Cifrado basado en hardware

El cifrado basado en hardware consiste en el uso de hardware informático para asistir al software, o incluso reemplazarlo, en el proceso de cifrado de datos . Normalmente, esto se implementa como parte del conjunto de instrucciones del procesador . Por ejemplo, el algoritmo de cifrado AES (un cifrado moderno ) puede implementarse utilizando el conjunto de instrucciones AES en la arquitectura x86 , ampliamente utilizada . ^{[ 1 ]} Dichas instrucciones también existen en la arquitectura ARM . ^{[ 2 ]} Sin embargo, existen sistemas menos comunes donde el módulo de criptografía está separado del procesador central, implementándose como un coprocesador , en particular un criptoprocesador seguro o acelerador criptográfico , como el IBM 4758 o su sucesor, el IBM 4764. [ ^{3 ] Las} implementaciones de hardware pueden ser más rápidas y menos vulnerables a la explotación que las implementaciones de software tradicionales, y además pueden protegerse contra manipulaciones. ^{[ 4 ]}

Antes del uso del hardware informático, la criptografía podía realizarse mediante diversos medios mecánicos o electromecánicos . Un ejemplo temprano es la escítala utilizada por los espartanos . ^{[ 5 ]} La máquina Enigma era una máquina de cifrado electromecánica utilizada notablemente por los alemanes en la Segunda Guerra Mundial . Después de la Segunda Guerra Mundial , se desarrollaron sistemas puramente electrónicos. En 1987 se inició el proyecto ABYSS (A Basic Yorktown Security System). ^{[ 6 ] [ 7 ]} El objetivo de este proyecto era proteger contra la piratería de software . Sin embargo, la aplicación de las computadoras a la criptografía en general se remonta a la década de 1940 y a Bletchley Park , donde la computadora Colossus se utilizó para romper el cifrado utilizado por el Alto Mando alemán durante la Segunda Guerra Mundial . El uso de computadoras para cifrar , sin embargo, llegó más tarde. En particular, hasta el desarrollo del circuito integrado , del cual el primero se produjo en 1960, las computadoras eran poco prácticas para el cifrado, ya que, en comparación con el formato portátil de la máquina Enigma , ^{[ 8 ]} las computadoras de la época ocupaban el espacio de un edificio entero. Fue solo con el desarrollo de la microcomputadora que el cifrado informático se volvió factible, fuera de aplicaciones de nicho. El desarrollo de la World Wide Web llevó a la necesidad de que los consumidores tuvieran acceso al cifrado, ya que las compras en línea se generalizaron. ^{[ 9 ]} Las principales preocupaciones de los consumidores eran la seguridad y la velocidad. ^{[ 9 ]} Esto llevó a la eventual inclusión de los algoritmos clave en los procesadores como una forma de aumentar tanto la velocidad como la seguridad. ^{[ 4 ]}

Implementar criptografía en hardware implica dedicar parte del procesador a esta tarea, lo que puede generar un gran aumento de velocidad. ^{[ 4 ]} En particular, las arquitecturas de procesadores modernas que admiten la segmentación (pipelining) suelen ejecutar otras instrucciones simultáneamente con la instrucción de cifrado. Además, el hardware puede contar con métodos para proteger los datos del software. Por consiguiente, incluso si el sistema operativo se ve comprometido, los datos pueden permanecer seguros (véase Extensiones de protección de software ). ^{[ 17 ]}

Sin embargo, si la implementación del hardware se ve comprometida, surgen problemas importantes. El software malicioso puede recuperar los datos del hardware (supuestamente) seguro; una gran clase de métodos utilizados es el ataque de temporización . ^{[ 18 ]} Esto es mucho más problemático de resolver que un error de software, incluso dentro del sistema operativo . Microsoft aborda regularmente los problemas de seguridad a través de Windows Update . De manera similar, se publican actualizaciones de seguridad periódicas para Mac OS X y Linux , así como para sistemas operativos móviles como iOS , Android y Windows Phone . Sin embargo, el hardware es un problema diferente. A veces, el problema se puede solucionar mediante actualizaciones del microcódigo del procesador (un tipo de software de bajo nivel). Sin embargo, otros problemas pueden solo resolverse reemplazando el hardware o mediante una solución alternativa en el sistema operativo que mitiga la ventaja de rendimiento de la implementación del hardware, como en el exploit Spectre . ^{[ 19 ]}

• Hardware de cifrado de disco
• Cifrado de disco completo basado en hardware
• Módulo de seguridad de hardware