なぜこの記事を書いたのか

AWS の暗号化に使われるサービスをはっきりと選択できませんでした。SSE-KMS 、SSE-S3 やSSE-C 、CloudHSM の違いをはっきりさせました。

それぞれの名前

SSE-KMS ：AWS KMS キーによるサーバー側の暗号
SSE-S3 ：Amazon S3 マネージドキーによるサーバー側の暗号化
SSE-C ：顧客提供のキーによるサーバー側の暗号化
CloudHSM ：法令遵守のためのハードウェアベースキーストレージ

AWS-SAA 認定試験における SSE-KMS、SSE-S3、SSE-C、CloudHSM の比較

項目	SSE-KMS	SSE-S3	SSE-C	CloudHSM
暗号化キーの管理	ユーザー	AWS	ユーザー	ユーザー
暗号化アルゴリズム	AES-256 (デフォルト)	AES-256	AES-256 (推奨)	RSA 2048 (デフォルト)
データの保存場所	ユーザーが選択した KMS キーの場所	S3 リージョン	ユーザーが選択した場所	HSM クラスタ
費用	KMS の使用量に基づいて課金	無料	無料	HSM クラスタの使用量に基づいて課金
監査	ユーザー	AWS	ユーザー	ユーザー
コンプライアンス	ユーザーが KMS キーのコンプライアンス証明書を管理	AWS が提供するコンプライアンス証明書	ユーザー	ユーザー
ユースケース	より高度な制御が必要な場合	S3 オブジェクトの暗号化に適している	コスト重視の場合	機密性の高いデータの暗号化に適している

問題文中の取捨選択

SSE-KMS は、要件に対して2択に絞られる確率が高いです。キーローテーションを手動/自動の設定可能で、キーの管理とローテーションの作業を削減したい企業に大人気です
SSE-S3 はキー管理をAWS に任せて無料で利用できる暗号化サービスですが、SSE-KMS に比べると機能が劣ります。そのため、コスト重視であったり、機密性の低いデータの保護に用いられることがあります。
- また、S3 バケットを複数のリージョンに複製するクロスリージョンレプリケーション(CRR)を使い、双方のS3 で同じKMS キーを使う「マルチリージョンキー」の要件がない限り、SSE-S3 のほうが運用上のオーバーヘッドが最小限になります
SSE-C はSSE-KMS と同じユーザー管理のサーバー側暗号化ですが、機能も少なく、コストを重視するとき以外は選択肢に入りません
CloudHSM はKMS より高価で、機密性の高いデータの暗号化に用いられることが多いので、あまり正解になりません。ただし、ユーザー側からキーマテリアルを即時に削除したり、AWS CloudTrail とは関係のない独自の監査ログを提供できることから、要件に合致することがあります。

閑話休題、CloudHSM のディザスタリカバリー(DR)

CloudHSM がハードウェアなら、DR 戦略が必要で、バックアップ計画も立てられるのでしょうか？

Amazon 公式の説明では、できると書かれています。HSM バックアップでは、HSM は暗号化されてS3 に保存されます。S3 に保存されるHSM バックアップデータは、AWS-KMS によって暗号化されます。復元は、同じ製造元の AWS HSM にのみ可能です。とはいえ、CloudHSM 自体が個人で使うには高額なので、DR テストは企業や団体のプロジェクトに組み込んだとき1度試しておきたいです。

Security of cluster backups
https://docs.aws.amazon.com/cloudhsm/latest/userguide/data-protection-backup-security.html

AWS CloudHSM が HSM からバックアップを作成する際、HSM はすべてのデータを暗号化してから AWS CloudHSM に送信します。データは平文形式で HSM を出ることがありません。さらに、AWS はバックアップを復号化できません。なぜなら、AWS はバックアップの復号化に使用されるキーにアクセスできないからです。

HSM は、データを暗号化するために、一時的で固有の暗号化キーである「Ephemeral Backup Key (EBK)」を使用します。EBK は、AWS CloudHSM がバックアップを作成する際に HSM 内で生成される AES 256 ビットの暗号化キーです。HSM は EBK を生成してから、FIPS 承認済み AES キーラップメソッド (NIST 特殊出版物 800-38F 準拠) を使用して HSM のデータを暗号化します。その後、HSM は暗号化されたデータを AWS CloudHSM に渡します。暗号化されたデータには、暗号化された EBK のコピーも含まれます。

EBK を暗号化するために、HSM は別の暗号化キーである「Persistent Backup Key (PBK)」を使用します。PBK も AES 256 ビットの暗号化キーです。HSM は、PBK を生成するために、FIPS 承認済みキー導出関数 (KDF) をカウンターモードで使用します (NIST 特殊出版物 800-108 準拠)。この KDF の入力には以下が含まれます。

ハードウェア製造元によって HSM ハードウェアに永続的に組み込まれている「Manufacturer Key Backup Key (MKBK)」

最初に AWS CloudHSM によって設定されたときに HSM に安全にインストールされる「AWS Key Backup Key (AKBK)」

暗号化処理は、以下の図にまとめています。この図では、バックアップ暗号化キーは、PBK (Persistent Backup Key) と EBK (Ephemeral Backup Key) を表しています。

AWS CloudHSM のバックアップ復元と暗号化
AWS CloudHSM は、同じ製造元が作成した AWS 所有の HSM にのみバックアップを復元できます。すべてのバックアップには、すべてのユーザー、キー、およびオリジナルの HSM からの構成が含まれているため、復元された HSM はオリジナルと同じ保護とアクセス制御を含みます。復元されたデータは、復元前に HSM にあった可能性がある他のデータをすべて上書きします。

バックアップは暗号化されたデータのみで構成されます。サービスはバックアップを Amazon S3 に保存する前に、AWS Key Management Service (AWS KMS) を使用してバックアップを再度暗号化します。

ポイントまとめ:
復元は、同じ製造元の AWS HSM にのみ可能
バックアップには、オリジナル HSM の全情報が含まれる
復元は、既存のデータを上書きする
バックアップ自体も、Amazon S3 に保存前に AWS KMS で暗号化される