기밀 컴퓨팅

Confidential computing

기밀 컴퓨팅은 사용 중인 데이터를 보호하는 데 중점을 둔 보안 및 개인 정보 보호 향상 계산 기술입니다.기밀 컴퓨팅은 저장 및 네트워크 암호화와 함께 사용할 수 있으며, 저장된 데이터와 전송 중인 데이터를 [1][2]각각 보호합니다.소프트웨어, 프로토콜, 암호화 및 기본적인 물리적 및 공급망 공격을 해결하도록 설계되었지만, 일부 비평가들은 [3]이 기술에 효과적인 아키텍처 및 사이드 채널 공격을 시연했습니다.

이 기술은 하드웨어 기반 TEE([3]신뢰할 수 있는 실행 환경)에서 계산을 수행하여 사용 중인 데이터를 보호합니다.기밀 데이터는 신뢰할 수 있는 것으로 평가된 후에만 TEE에 공개됩니다.다양한 유형의 기밀 컴퓨팅은 가상 머신, 애플리케이션 또는 기능 중 어느 것을 사용하는지에 관계없이 사용되는 데이터 격리 수준을 정의하며, 기술을 온프레미스 데이터 센터, 에지 위치 또는 퍼블릭 클라우드에 구현할 수 있습니다.이것은 종종 완전 동형 암호화, 안전한 다자간 계산 및 신뢰할 수 있는 컴퓨팅과 같은 다른 개인 정보 보호 향상 계산 기술과 비교됩니다.

기밀 컴퓨팅은 기밀 컴퓨팅 컨소시엄(CCC) 업계 그룹에 의해 추진되며, CCC의 회원에는 주요 [4]기술 제공업체가 포함됩니다.

특성.

신뢰할 수 있는 실행 환경(TEE) "애플리케이션 및 데이터가 사용되는 동안 무단 액세스 또는 수정되는 것을 방지하여 민감하고 규제가 심한 [4][5]데이터를 관리하는 조직의 보안 수준을 높입니다."신뢰할 수 있는 실행 환경은 중앙 처리 장치(CPU) 또는 그래픽 처리 장치(GPU)[6]와 같은 컴퓨터의 처리 구성 요소에서 인스턴스화될 수 있습니다.TEE는 다양한 구현에서 가상 시스템, 개별 애플리케이션 또는 컴퓨팅 [7]기능을 포함한 다양한 수준의 격리를 제공할 수 있습니다.일반적으로 컴퓨터의 계산 구성 요소 및 메모리에서 사용 중인 데이터는 암호가 해독된 상태로 존재하며 권한 없는 소프트웨어 또는 [8][9]관리자의 검사 또는 변조에 취약할 수 있습니다.CCC에 따르면 기밀 컴퓨팅은 최소 세 가지 [10]속성을 통해 사용 중인 데이터를 보호합니다.

  • 데이터 기밀성: "권한이 없는 엔티티는 TEE 내에서 사용 중인 데이터를 볼 수 없습니다."
  • 데이터 무결성: "권한 없는 엔티티는 TEE 내에서 사용 중인 데이터를 추가, 제거 또는 변경할 수 없습니다."
  • 코드 무결성: "권한 없는 엔티티는 TEE에서 실행 중인 코드를 추가, 제거 또는 변경할 수 없습니다."

신뢰할 수 있는 실행 환경 외에도 원격 암호화 증명은 기밀 컴퓨팅의 필수적인 부분입니다.증명 프로세스는 시스템의 신뢰성을 평가하고 기밀 데이터가 진짜이며 허용 가능한 보안 [11][12][13]상태로 작동한다는 검증 가능한 증거를 제시한 후에만 TEE에 공개되도록 지원합니다.이를 통해 검증 당사자는 기밀 컴퓨팅 환경의 "소프트웨어 및 데이터 상태에 대한 신뢰성, 정확하고 시기 적절한 보고서"를 통해 해당 환경의 신뢰성을 평가할 수 있습니다."하드웨어 기반 증명 체계는 안전한 [10]환경에서 증명 루틴을 실행하기 위해 신뢰할 수 있는 하드웨어 구성 요소 및 관련 펌웨어에 의존합니다."증명이 없으면 손상된 시스템은 다른 시스템을 신뢰하도록 속이고 TEE에서 특정 소프트웨어를 실행하고 있다고 주장하며 처리 중인 데이터의 기밀성 또는 무결성 또는 신뢰할 수 있는 [14][10][15]코드의 무결성을 손상시킬 수 있습니다.

기술적 접근법

기밀 컴퓨팅에 대한 기술적 접근 방식은 기밀 데이터에 액세스할 수 있는 소프트웨어, 인프라 및 관리자 요소에 따라 달라질 수 있습니다.TCB(신뢰할 수 있는 컴퓨팅 기반)를 포함하는 "신뢰 경계"는 어떤 요소가 기밀 데이터에 액세스할 수 있는지를 정의합니다. 요소가 악의적으로 [16]작동하는지에 관계없이 말입니다.기밀 컴퓨팅 구현은 특정 수준의 데이터 격리에서 정의된 신뢰 경계를 적용합니다.기밀 컴퓨팅의 세 가지 주요 유형은 다음과 같습니다.

가상 시스템 분리는 컴퓨터 인프라 또는 클라우드 제공자가 제어하는 요소를 제거하지만 인프라에서 실행되는 가상 시스템 내부의 요소를 통해 잠재적인 데이터 액세스를 허용합니다.응용프로그램 또는 프로세스 격리는 인증된 소프트웨어 응용프로그램 또는 프로세스에 의해서만 데이터 액세스를 허용합니다.기능 또는 라이브러리 격리는 더 큰 응용프로그램 내의 승인된 서브루틴 또는 모듈에 의해서만 데이터 액세스를 허용하도록 설계되어 더 [17][18]큰 응용프로그램의 승인되지 않은 코드를 포함하여 다른 시스템 요소에 의한 액세스를 차단합니다.

Trust boundary illustration of confidential computing
참고: 특정 구현에서는 가상 시스템 관리자 역할이[19] 모두 제거될 수 있습니다.

위협 모델

기밀 컴퓨팅은 사용 중인 데이터의 보호와 관련되므로 이 기술을 사용하여 특정 위협 모델만 해결할 수 있습니다.다른 유형의 공격은 다른 개인 정보 보호 [10]기술을 통해 보다 효과적으로 해결됩니다.

범위 내

다음 위협 벡터는 일반적으로 기밀 [10]컴퓨팅의 범위 내에서 고려됩니다.

  • 소프트웨어 공격: 호스트의 소프트웨어 및 펌웨어에 대한 공격을 포함합니다.여기에는 운영 체제, 하이퍼바이저, BIOS, 기타 소프트웨어 및 워크로드가 포함될 수 있습니다.
  • 프로토콜 공격: "증명 및 워크로드 및 데이터 전송과 관련된 프로토콜에 대한 공격"을 포함합니다.여기에는 손상을 초래할 수 있는 "워크로드 프로비저닝 또는 배치" 또는 데이터의 취약성이 포함됩니다.
  • 암호화 공격: "수학적 혁신, 컴퓨팅 능력의 가용성 및 양자 컴퓨팅과 같은 새로운 컴퓨팅 접근 방식을 포함한 여러 요인으로 인해 암호 및 알고리즘에서 발견되는 취약성"을 포함합니다.CCC는 하드웨어의 암호화 알고리즘을 업그레이드하는 것의 상대적인 어려움과 소프트웨어 및 펌웨어를 최신 상태로 유지해야 한다는 권장 사항을 포함하여 이 위협 요소에 대한 몇 가지 경고를 언급합니다.다각적이고 심층적인 방어 전략이 모범 사례로 권장됩니다.
  • 기본적인 물리적 공격: 콜드 부트 공격, 버스 및 캐시 스누핑, 공격 장치를 PCI Express 슬롯 또는 USB 포트와 같은 기존 포트에 연결합니다.
  • 기본적인 업스트림 공급망 공격: 디버깅 포트 추가와 같은 변경을 통해 TEE를 손상시키는 공격을 포함합니다.

이러한 위협에 대한 보호의 정도와 메커니즘은 특정 기밀 컴퓨팅 [20]구현에 따라 다릅니다.

범위를 벗어남

일반적으로 기밀 컴퓨팅의 범위를 벗어난 것으로 정의되는 위협은 [10]다음과 같습니다.

  • 칩 스크래핑 기술 및 전자 현미경 프로브와 같은 "하드웨어에 대한 장기적 및/또는 침입적 액세스가 필요한" 물리적 공격을 포함한 정교한 물리적 공격.
  • 업스트림 하드웨어 공급망 공격: CPU 제조 프로세스에 대한 공격, 제조 중 키 주입/생성의 CPU 공급망 공격을 포함합니다.신뢰할 수 있는 실행 환경의 기능을 직접 제공하지 않는 호스트 시스템의 구성 요소에 대한 공격도 일반적으로 범위를 벗어납니다.
  • 가용성 공격: 기밀 컴퓨팅은 보호된 데이터와 코드의 기밀성과 무결성을 보호하도록 설계되었습니다.서비스 거부 또는 분산 서비스 거부 공격과 같은 가용성 공격은 다루지 않습니다.

사용 사례

기밀 컴퓨팅은 퍼블릭 클라우드, 사내 데이터 센터 또는 네트워크 노드, 지사, 산업 시스템 [21]등 분산된 "엣지" 위치에 구축할 수 있습니다.

데이터 개인 정보 보호 및 보안

기밀 컴퓨팅은 인프라 공급자, 무단 또는 악의적인 소프트웨어 및 시스템 관리자 및 기타 클라우드 테넌트로부터 데이터 및 코드의 기밀성과 무결성을 보호합니다. 이는 민감하거나 규제가 심한 [22][23]데이터를 제어하려는 조직의 우려 사항일 수 있습니다.기밀 컴퓨팅이 제공하는 추가적인 보안 기능을 통해 보다 민감한 워크로드를 클라우드 또는 [24]에지 위치로 신속하게 전환할 수 있습니다.

다자간 분석

기밀 컴퓨팅은 개인 정보 보호 및 규정 [25][26]준수를 유지하면서 TEE 내의 기밀 또는 규제 데이터를 사용하여 여러 당사자가 공동 분석에 참여할 수 있도록 합니다.이 경우 모든 당사자가 공유 분석을 통해 혜택을 받지만 다른 당사자나 시스템 [8]호스트에 노출된 당사자의 중요한 데이터나 기밀 코드는 없습니다.의료 연구에 데이터를 제공하는 여러 의료 기관이나 금융 사기 또는 자금 [27][15]세탁을 식별하기 위해 협력하는 여러 은행이 그 예입니다.

옥스포드 대학 연구원들은 여러 이해 당사자를 상호 신뢰할 수 없는 데이터,[28] 알고리즘 및 하드웨어 공급자로 간주하는 엔드포인트 컴퓨터 전반의 신뢰할 수 있는 실행 환경에서 기밀 작업을 지원하는 "CRC(Confidential Remote Computing)"라는 대안 패러다임을 제안했습니다.

규정 준수

기밀 컴퓨팅은 규제된 데이터에 액세스할 수 있는 소프트웨어와 인력을 제한함으로써 데이터 보호 및 규정 준수를 지원할 뿐만 아니라 데이터 및 코드 무결성을 더욱 보장합니다.또한 TEE는 위험을 완화하기 위해 취한 조치의 증거를 제공하고 이러한 조치가 [29]적절했음을 입증함으로써 데이터 거버넌스를 지원할 수 있습니다.2021년 유럽연합 사이버보안청(ENISA)은 유럽연합의 일반 데이터 보호 규정 및 독일의 IT 보안법(ITSIG)[30]에 따라 데이터 보호와 관련하여 기밀 컴퓨팅을 "최첨단" 기술로 분류합니다.

데이터 현지화, 주권 및 거주

데이터 현지화 및 거주지 또는 데이터 주권에 관한 규정은 중요한 데이터가 특정 국가 또는 지리적 블록에 남아 있어야 데이터가 현지 법률에 따라 사용된다는 것을 보장할 수 있습니다.기밀 컴퓨팅을 사용하는 워크로드 소유자만 검증된 [31]TEE 내에서 처리하기 위해 데이터를 해독하는 데 필요한 암호화 키를 보유합니다.이는 워크로드 소유자의 [32][33]동의 없이 다른 국가 또는 관할 구역에서 일반 텍스트로 데이터가 유출 및 처리될 위험을 줄이는 기술적 보호 기능을 제공합니다.

기밀 컴퓨팅의 추가 사용 사례에는 향상된 레코드 개인 정보 보호 및 코드 무결성, 개인 정보 보호 광고 기술, 기밀 데이터베이스 등이 포함됩니다.

비판

여러 학술 및 보안 연구 그룹이 다양한 [3]접근 방식을 기반으로 CPU 기반 TEE에 대한 아키텍처 및 사이드 채널 공격을 시연했습니다.여기에는 페이지 장애,[34] [27]캐싱 및 메모리 [35]버스뿐만 아니라 특히 Intel SGX에 대한 Apic[36] 및 SGAxe[37], AMD SEV-SNP에 대한 Cipherleaks가[38] 포함됩니다.TCB(Trusted Computing Base) 복구와 같은 하드웨어의 업데이트 메커니즘은 [39][40]검색 시 사이드 채널 취약성을 완화할 수 있습니다.

기밀 컴퓨팅의 정의 자체도 일부 학술 연구자들에 의해 비판을 받았습니다.독일 드레스덴 공과대학의 학자들은 이것을 "불확실하고 불완전하며 심지어는 [41]상충되는 것"이라고 불렀습니다.연구원들은 연구를 용이하게 하고 다른 보안 [41]기술과의 비교를 용이하게 하기 위해 더 상세하고 정확하게 만들 것을 권고했습니다.

"기밀 원격 컴퓨팅"([42]CRC) 패러다임은 기밀 컴퓨팅을 TEE의 원래 설계 원칙으로 되돌리고 사용 가능한 최종 사용자 컴퓨터에서 실행되는 소규모 엔클로저를 옹호합니다. CRC는 다양한 데이터 소유자, 하드웨어 소유자 및 알고리즘 소유자와 같은 여러 이해 관계자를 위한 관행과 템플릿을 추가합니다.CRC는 개인 용도에 대한 관행 및 방법론을 추가함으로써 기밀 컴퓨팅의 광범위한 개념을 확장합니다.

주요 마이크로프로세서 또는 GPU 공급업체 중 어느 곳도 더 이상 개인용 컴퓨터용 장치에 기밀 컴퓨팅 하드웨어를 제공하지 않으므로 사용 사례를 서버급 플랫폼으로만 제한합니다.인텔 SGX는 2015년 6세대 인텔 코어(스카이레이크) 프로세서에 PC용으로 도입되었지만, 2022년 [43]11세대 인텔 코어 프로세서(로켓레이크)에서는 더 이상 사용되지 않았습니다.

다른 개인 정보 보호 향상 기술과의 비교

기밀 컴퓨팅은 종종 완전 동형 암호화, 안전한 다자간 컴퓨팅 및 신뢰할 수 있는 컴퓨팅을 포함한 다른 보안 또는 개인 정보 보호 기술과 비교됩니다.

완전 동형 암호화

완전 동형 암호화(FHE)는 사용자가 암호화된 데이터를 먼저 해독하지 않고도 암호화된 데이터에 대한 계산을 수행할 수 있도록 하는 암호화의 한 형태입니다.이와는 대조적으로 기밀 컴퓨팅은 프로세서 및 메모리의 하드웨어 강제 액세스 제어 TEE 내에서 암호화된 데이터를 전송하고, 데이터를 해독하고, 필요한 계산을 수행합니다.TEE를 종료하기 전에 데이터를 다시 암호화할 수 있습니다.서로 비교하면, FHE 성능은 기밀 컴퓨팅보다 높은 계산 오버헤드를 겪을 수 있고 광범위한 애플리케이션별[44] 코딩이 필요하지만 데이터가 암호 [45]해독되지 않기 때문에 사이드 채널 공격에 덜 취약합니다.몇몇 연구원들은 기밀 컴퓨팅 TEE와 FHE가 협력하여 [46][47]개별적으로 작용하는 기술의 단점을 완화하는 사용 사례를 설명했습니다.

안전한 다자간 컴퓨팅

SMPC(Secure Multi-party computation)는 여러 당사자가 분산 알고리즘을 사용하여 작업을 공동으로 계산하는 동시에 각 당사자의 데이터를 다른 당사자로부터 비공개로 유지할 수 있는 개인 정보 보호 기술입니다.기밀 컴퓨팅은 개인 정보 보호를 위한 다자간 협업에도 사용될 수 있습니다.서로 비교하면 SMPC를 사용하는 분산 컴퓨팅은 계산 및 네트워크 [48]대역폭 측면에서 비용이 더 많이 들 수 있지만, 전체 데이터 [45]세트를 보유한 당사자가 없기 때문에 사이드 채널 공격에 덜 취약합니다.

신뢰할 수 있는 컴퓨팅

Trusted Computing은 TPM(Trusted Platform Module)[49]과 같은 표준화된 하드웨어 기반 메커니즘을 사용하여 컴퓨팅 시스템에 대한 신뢰를 확립하는 것을 목표로 Trusted Computing Group에서 발표한 개념 및 표준 세트입니다. 기술적 관점에서 Trusted Computing과 기밀 컴퓨팅은 유사한 보안 개념에 의존합니다.신뢰 아키텍처 및 원격 증명 프로토콜과 같은 기능을 제공합니다.그러나 Trusted Computing은 다양한 위협 모델과 다양한 플랫폼(예: 전화, 랩톱, 서버, 네트워크 장비)을 대상으로 합니다. [50] 기밀 컴퓨팅은 사용 중인 코드 및 데이터의 기밀성과 무결성을 대상으로 하는 공격 벡터를 대상으로 합니다,특히 신뢰할 수 있는 실행 환경과 메모리 암호화를 사용합니다.

공급자

기밀 컴퓨팅 사용 사례에는 하드웨어와 소프트웨어의 조합이 필요하며, 종종 클라우드 서비스 공급업체 또는 서버 제조업체와 함께 제공됩니다.

하드웨어 공급자 기술 요소 소개 격리 수준
고급 마이크로 장치(AMD) AMD 보안 암호화된 가상화 - 보안 중첩 페이징(AMD SEV-SNP) CPU 2021년 3세대 AMD EPYC 서버 프로세서[51] 사용 가상[52] 시스템
팔 암 기밀 컴퓨팅 아키텍처(암 CCA) CPU 2021년 암 v9-A 아키텍처[53] 지원 가상[54] 시스템
IBM 리눅스용 IBM Secure Execution CPU 2020년 IBM z15 및 Linux[55] ONE 사용 가상 시스템
인텔 인텔 소프트웨어 가드 확장

(Intel SGX)

 CPU 2015년 6세대 Intel Core PC 프로세서[56](나중에 [a]더 이상 사용되지 않음)

Intel Xeon E 2100 시리즈 서버 프로세서[59](나중에 더 이상 사용되지 않음)에서의 2018년

2021년 3세대 Intel Xeon 스케일러블[60] 프로세서 탑재

 응용 프로그램/프로세서 라이브러리/기능[17]
Intel 트러스트 도메인 확장

(Intel TDX)

 CPU 2023년[61] 일부 클라우드 공급자를 통해 4세대 Intel Xeon 확장 가능 프로세서 탑재 가상[17] 시스템
엔비디아 Nvidia 기밀 컴퓨팅 GPU 2022년 Nvidia H100 제품군[62] GPU 사용 가상 시스템 또는 다중 사용자 GPU[63] 인스턴스

클라우드 컴퓨팅 공급자

기밀 컴퓨팅 기술 및 서비스는 Alibaba Cloud,[64] Baidu Cloud,[64] Google Cloud,[65] IBM Cloud,[66] Microsoft Azure,[67] OVH[68] Cloud 등을 포함한 퍼블릭 클라우드 컴퓨팅 공급자를 통해 액세스할 수 있습니다.

응용 프로그램 공급자

대부분의 기밀 컴퓨팅 사용 사례를 활성화하려면 애플리케이션 소프트웨어가 필요합니다.기밀 컴퓨팅 소프트웨어 애플리케이션 공급업체에는 Anjuna,[64] CanaryBit,[69] Cosmian,[70] CYSEC,[71] Decentriq,[72] Edgeless Systems,[73] Enclaive,[74] Fortanix,[75] IBM Hyper Protect Services,[76] Mithril Security,[77] Opaque Systems,[78] Scontain,[79] Secretarium[80] 등이 있습니다.

기밀 컴퓨팅 컨소시엄

기밀 컴퓨팅은 기밀 컴퓨팅 [81]컨소시엄이라는 옹호 및 기술 협력 그룹의 지원을 받습니다.CCC는 2019년 리눅스 재단 산하에 설립되었습니다.창립 초기 멤버는 Alibaba, Arm, Google Cloud, Huawei, Intel, Microsoft 및 Red Hat이었습니다.설립된 일반 구성원은 Baidu, ByteDance, Decentriq, Fortanix, Kindite, Oasis Labs, Swisscom, Tencent 및 VMware를 [82][83]포함합니다.CCC는 "개방형 협업을 통해 사용 중인 데이터를 [81]보호하고 기밀 컴퓨팅의 채택을 가속화하는 프로젝트에 중점을 두고 있다"고 밝혔습니다.

메모들

  1. ^ 인텔은 10세대 이후 인텔 코어 브랜드 PC 프로세서와 2300 시리즈 이후 제온 E 1 소켓 서버 프로세서에서 인텔 SGX를 사용하지 않았습니다.Xeon Scalable 및 Xeon D 브랜드 서버 [57][58]프로세서에서 계속 제공됩니다.

레퍼런스

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외부 링크