ハードウェアベースのフルディスク暗号化

ハードウェアベースのフルディスク暗号化( FDE )は、Hitachi、Integral Memory、iStorage Limited、Micron、Seagate Technology、 Samsung、Toshiba、Viasat UK、Western Digitalなど、多くのハードディスクドライブ(HDD/ SSD ) ベンダーから提供されています。対称暗号化キーはコンピューターのCPUとは独立して維持されるため、データストア全体を暗号化でき、コンピューターのメモリが潜在的な攻撃ベクトルになるのを防ぐことができます。

ハードウェア FDE には、ハードウェア暗号化装置とデータ ストアという 2 つの主要コンポーネントがあります。現在、一般的に使用されているハードウェア FDE には次の 4 種類があります。

1. ハードディスクドライブ（HDD）FDE（自己暗号化ドライブ）
2. 密閉型ハードディスクドライブ FDE
3. リムーバブルハードディスクドライブ FDE
4. ブリッジとチップセット(BC) FDE

特定の目的のために設計されたハードウェアは、多くの場合、ディスク暗号化ソフトウェアよりも優れたパフォーマンスを実現できます。また、ディスク暗号化ハードウェアは、ソフトウェアで行う暗号化よりもソフトウェアに対して透過的にすることができます。キーが初期化されると、ハードウェアは原則として OS に対して完全に透過的になり、どの OS でも動作します。ディスク暗号化ハードウェアがメディア自体に統合されている場合、メディアはより統合性を高めるように設計されている可能性があります。このような設計の 1 つの例としては、論理セクターよりもわずかに大きい物理セクターの使用が挙げられます。

通常、自己暗号化ドライブ( SED )と呼ばれます。HDD FDE は、Trusted Computing Groupが開発したOPALおよび Enterprise 標準を使用して HDD ベンダーによって作成されます。^[1]キー管理はハードディスク コントローラ内で行われ、暗号化キーは 128 ビットまたは 256ビットのAdvanced Encryption Standard (AES) キーです。ドライブの電源投入時の認証は、ソフトウェアプリブート認証環境 (つまり、ソフトウェア ベースのフル ディスク暗号化コンポーネント - ハイブリッド フル ディスク暗号化) またはBIOSパスワードを介してCPU内で実行する必要があります。さらに、一部の SED はIEEE 1667標準をサポートしています。^[2]

日立、マイクロン、シーゲイト、サムスン、東芝は、 Trusted Computing Group Opal Storage Specific Serial ATAドライブを提供するディスクドライブメーカーです。HDDはコモディティ化しているため、SEDによりドライブメーカーは収益を維持できます。 ^[3] 古い技術には、独自のSeagate DriveTrustや、Western Digitalを含むすべてのドライブメーカーが出荷している、古くて安全性の低いPATAセキュリティコマンド標準があります。TCG標準のエンタープライズSASバージョンは、「TCGエンタープライズ」ドライブと呼ばれます。

標準のハード ドライブ フォームファクタ ケース内には、暗号化装置 (BC)、キーストア、および市販の小型フォーム ファクタのハード ディスク ドライブが収納されています。

• 内蔵ハードディスクドライブのケースは改ざん防止機能を備えているため、検査時にデータが改ざんされていないことをユーザーが確信できます。
• キーストアや内蔵ハードドライブ（ソリッドステートの場合）を含む暗号化装置の電子機器は、他の改ざん防止対策によって保護できます。
• キーは消去できるため、ユーザーは暗号化されたデータを破壊せずに認証パラメータが使用されるのを防ぐことができます。後で同じキーを内蔵ハードディスクドライブ FDE に再度ロードして、このデータを取得できます。
• SED は内部の電子機器へのアクセスに関係なく、復号化キーがなければ読み取ることができないため、改ざんは問題になりません^{[説明が必要]}。

例えば、Viasat UK（旧Stonewood Electronics）のFlagStone、Eclypt ^[4]、DARC-ssd ^[5]ドライブ、またはRFIDトークンを搭載したGuardDisk ^[6]などです。

挿入型ハードドライブFDEは、標準フォームファクタの ハードディスクドライブを挿入することを可能にする。このコンセプトは^{[7]で見ることができる。}

• これは、使用していないときにコンピューターから[暗号化されていない]ハードドライブを取り外して金庫に保管する方法の改良版です。
• この設計は、同じキーを使用して複数のドライブを暗号化するために使用できます。
• 通常、それらは安全にロックされていないため^[8]、ドライブのインターフェースは攻撃に対して無防備です。

暗号化ブリッジおよびチップセット (BC) は、コンピューターと標準のハードディスク ドライブの間に配置され、そこに書き込まれるすべてのセクターを暗号化します。

インテルはダンベリーチップセット^[9]のリリースを発表しましたが、その後このアプローチを放棄しました。^[要出典]

ハードウェアベースの暗号化は、ドライブに組み込まれている場合、またはドライブ エンクロージャ内に配置されている場合、ユーザーにとって非常に透過的です。ドライブは、起動時の認証を除き、パフォーマンスが低下することなく、他のドライブと同様に動作します。ディスク暗号化ソフトウェアとは異なり、暗号化はすべてオペレーティング システムとホストコンピュータのプロセッサから見えないため、複雑さやパフォーマンスのオーバーヘッドはありません。

主な 2 つの使用例は、保存データの保護と暗号化ディスク消去です。

保存データの保護は、コンピューターまたはラップトップの電源をオフにするだけで済みます。ディスクはディスク上のすべてのデータを自己保護します。OS を含むすべてのデータがAESのセキュア モードで暗号化され、読み取りと書き込みがロックされているため、データは安全です。ドライブのロックを解除するには、最大 32 バイト (2^256) の強力な認証コードが必要です。

暗号シュレッディングとは、暗号化キーを削除または上書きするだけでデータを「削除」する方法です。暗号化ディスク消去（または暗号消去）コマンドが（適切な認証情報を使用して）発行されると、ドライブは新しいメディア暗号化キーを自動生成し、「新しいドライブ」状態になります。^[10]古いキーがなければ、古いデータは回復不能になるため、ディスクサニタイズを提供するための効率的な手段となりますが、これは時間のかかる（そしてコストのかかる）プロセスになることがあります。たとえば、国防総省の基準に準拠するためにサニタイズが必要な、暗号化も機密扱いもされていないコンピューターハードドライブは、3回以上上書きする必要があります。 ^[11] 1テラバイトのエンタープライズSATA3ディスクでは、このプロセスを完了するのに何時間もかかります。より高速なソリッドステートドライブ（SSD）テクノロジーの使用により、この状況は改善されますが、企業による導入は今のところ遅いです。^[12]ディスクサイズが毎年大きくなるにつれて、この問題は悪化するでしょう。暗号化されたドライブでは、キーを変更するだけで、完全かつ安全なデータ消去アクションがわずか数ミリ秒で完了するため、ドライブを非常に迅速に安全に再利用できます。このサニタイズ アクティビティは、SED ではファームウェアに組み込まれたドライブ独自のキー管理システムによって保護されており、必要な元のキーに関連する確認パスワードと安全な認証によって、誤ってデータが消去されるのを防止します。

キーがランダムに自己生成される場合、通常、データ回復を可能にするためにコピーを保存する方法はありません。この場合、このデータを偶発的な損失や盗難から保護するには、一貫性のある包括的なデータバックアップポリシーが必要です。もう1つの方法は、ユーザー定義のキー（一部の密閉型ハードディスクドライブFDE）^[13]を外部で生成し、FDEにロードすることです。

最近のハードウェア モデルは、デュアルマスター ブート レコード(MBR) システムを使用して他のデバイスからのブートを回避し、アクセスを許可します。このシステムでは、オペレーティング システムとデータ ファイルの MBR がすべて暗号化され、オペレーティング システムのブートに必要な特別な MBR も暗号化されます。SED では、すべてのデータ要求がファームウェアによって傍受され、システムが特別な SEDオペレーティング システムからブートされない限り、暗号化解除は行われません。その後、ドライブの暗号化された部分のMBRがロードされます。これは、暗号化管理システム用の独自のオペレーティング システムを含む、見えない別のパーティションを持つことで機能します。つまり、他のブート方法ではドライブにアクセスできません。^{[引用が必要]}

通常、FDEは一度ロック解除されると、電源が供給されている限りロック解除されたままになります。^[14]エアランゲン・ニュルンベルク大学 の研究者は、電源を切らずにドライブを別のコンピュータに移動することに基づく多くの攻撃を実証しました。^[14] さらに、ドライブの電源を切らずに、攻撃者が制御するオペレーティングシステムでコンピュータを再起動することも可能になる可能性があります。

自己暗号化ドライブを搭載したコンピュータがスリープモードになると、ドライブの電源はオフになりますが、暗号化パスワードはメモリに保持されるため、パスワードを要求せずにドライブをすぐに再開できます。攻撃者はこれを利用して、たとえば延長ケーブルを挿入するなどして、ドライブへの物理的なアクセスを容易に行うことができます。^[14]

ドライブのファームウェアが侵害される可能性があり^{[15] [16]}、そのドライブに送信されるデータは危険にさらされる可能性があります。たとえデータがドライブの物理メディア上で暗号化されていたとしても、ファームウェアが悪意のある第三者によって制御されているという事実は、その第三者によって復号化される可能性があることを意味します。データがオペレーティングシステムによって暗号化され、スクランブルされた形式でドライブに送信された場合、ファームウェアが悪意のあるものであるかどうかは問題になりません。

ハードウェア ソリューションは、ドキュメントが不十分であるとも批判されています^{[誰によって？ ] 。暗号化方法の多くの側面は、ベンダーによって公開されていません。これにより、ユーザーは製品のセキュリティと潜在的な攻撃方法を判断する可能性がほとんどありません。また、}ベンダー ロックインのリスクも高まります。

さらに、システム全体にハードウェアベースのフルディスク暗号化を実装することは、既存のハードウェアを交換するコストが高いため、多くの企業にとって困難です。これにより、ハードウェア暗号化テクノロジへの移行がより困難になり、通常、ハードウェアベースとソフトウェアベースの両方のフルディスク暗号化ソリューションに対して明確な移行および集中管理ソリューションが必要になります。^[17]ただし、密閉型ハードディスクドライブFDEとリムーバブルハードドライブFDEは、多くの場合、単一のドライブベースでインストールされます。

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