硬件安全性集成 - AWS IoT Greengrass

硬件安全性集成

注意

Greengrass Nucleus 组件的 v2.5.3 及更高版本中提供了此功能。AWS IoT Greengrass 目前不支持在 Windows 核心设备上使用此功能。

您可以通过 PKCS#11 接口将 AWS IoT Greengrass Core 软件配置为使用硬件安全模块(HSM)。此功能使您能够安全地存储设备的私有密钥和证书,避免其在软件中暴露或重复。您可以将私有密钥和证书存储在 HSM 或可信平台模块(TPM)等硬件模块上。

AWS IoT Greengrass Core 软件使用私有密钥和 X.509 证书来对 AWS IoT 和 AWS IoT Greengrass 服务的连接进行身份验证。密钥管理器组件使用此私有密钥来安全加密和解密您部署到 Greengrass 核心设备的密钥。将核心设备配置为使用 HSM 时,这些组件将使用您存储在 HSM 中的私有密钥和证书。

Moquette MQTT 代理组件还会存储其本地 MQTT 服务器证书的私有密钥。此组件将设备文件系统上的私有密钥存储在组件的工作文件夹中。目前,AWS IoT Greengrass 不支持将此私有密钥或证书存储在 HSM 中。

提示

AWS 合作伙伴设备目录中搜索支持此功能的设备。

要求

您必须满足以下要求才能在 Greengrass 核心设备上使用 HSM:

  • 核心设备上安装了 Greengrass Nucleus v2.5.3 或更高版本。在核心设备上安装 AWS IoT Greengrass Core 软件时,可以选择兼容版本。

  • 核心设备上安装了 PKCS#11 提供程序组件。在核心设备上安装 AWS IoT Greengrass Core 软件时,可以下载并安装此组件。

  • 支持 PKCS#1 v1.5 签名方案和 RSA-2048 密钥大小(或更大)的 RSA 密钥或 ECC 密钥的硬件安全模块。

    注意

    要使用带 ECC 密钥的硬件安全模块,必须使用 Greengrass Nucleus v2.5.6 或更高版本。

    要使用硬件安全模块和密钥管理器,必须使用带 RSA 密钥的硬件安全模块。

  • AWS IoT Greengrass Core 软件可以在运行时加载(使用 libdl)以调用 PKCS#11 函数的 PKCS#11 提供程序库。PKCS#11 提供程序库必须实施以下 PKCS#11 API 操作:

    • C_Initialize

    • C_Finalize

    • C_GetSlotList

    • C_GetSlotInfo

    • C_GetTokenInfo

    • C_OpenSession

    • C_GetSessionInfo

    • C_CloseSession

    • C_Login

    • C_Logout

    • C_GetAttributeValue

    • C_FindObjectsInit

    • C_FindObjects

    • C_FindObjectsFinal

    • C_DecryptInit

    • C_Decrypt

    • C_DecryptUpdate

    • C_DecryptFinal

    • C_SignInit

    • C_Sign

    • C_SignUpdate

    • C_SignFinal

    • C_GetMechanismList

    • C_GetMechanismInfo

    • C_GetInfo

    • C_GetFunctionList

  • 硬件模块必须可按槽标签解析,如 PKCS#11 规范所定义。

  • 如果 HSM 支持对象 ID,则必须将私有密钥和证书存储在同一槽中的 HSM 中,并且它们必须使用相同的对象标签和对象 ID。

  • 证书和私有密钥必须由对象标签来解析。

  • 私有密钥必须具有以下权限:

    • sign

    • decrypt

  • (可选)要使用密钥管理器组件,必须使用 2.1.0 或更高版本,并且私有密钥必须具有以下权限:

    • unwrap

    • wrap

硬件安全最佳实践

配置 Greengrass 核心设备硬件安全时,请考虑以下最佳实践。

  • 使用内部硬件随机数字生成器直接在 HSM 上生成私有密钥。这种方法比导入您在其他地方生成的私有密钥更加安全,因为私有密钥保留在 HSM 中。

  • 将私有密钥配置为不可变并禁止导出。

  • 使用 HSM 硬件供应商推荐用于通过硬件保护的私有密钥生成证书签名请求(CSR)的预配置工具,然后使用 AWS IoT 控制台或 API 生成客户端证书。

注意

在 HSM 上生成私有密钥时,轮换密钥的安全最佳实践并不适用。

安装具有硬件安全性的 AWS IoT Greengrass Core 软件

安装 AWS IoT Greengrass Core 软件时,可以将其配置为使用您在 HSM 中生成的私有密钥。这种方法遵循安全最佳实践,在 HSM 中生成私钥,使私钥保留在 HSM 中。

要安装具有硬件安全性的 AWS IoT Greengrass Core 软件,请执行以下操作:

  1. 在 HSM 中生成私有密钥。

  2. 通过私有密钥创建证书签名请求(CSR)。

  3. 通过 CSR 创建证书。您可以创建由 AWS IoT 或其他根证书颁发机构(CA)签名的证书。有关如何使用其他根 CA 的更多信息,请参阅《AWS IoT Core 开发人员指南》中的创建您自己的客户端证书

  4. 下载 AWS IoT 证书并将其导入 HSM。

  5. 通过指定使用 PKCS#11 提供程序组件以及 HSM 中的私有密钥和证书的配置文件安装 AWS IoT Greengrass Core 软件。

安装具有硬件安全性的 AWS IoT Greengrass Core 软件时,您可以选择以下安装选项之一:

目前,在通过自动资源预置AWS IoT 实例集预置进行安装时,AWS IoT Greengrass 不支持安装具有硬件安全性的 AWS IoT Greengrass 核心软件。

在现有核心设备上配置硬件安全性

您可以将核心设备的私有密钥和证书导入 HSM 以配置硬件安全性。

注意事项
  • 您必须拥有对核心设备文件系统的根访问权限。

  • 在此过程中,您将关闭 AWS IoT Greengrass Core 软件,因此在配置硬件安全性时,核心设备处于离线状态且不可用。

要在现有核心设备上配置硬件安全性,您需要执行以下操作:

  1. 初始化 HSM。

  2. PKCS#11 提供程序组件部署到该核心设备。

  3. 停止 AWS IoT Greengrass Core 软件。

  4. 将核心设备的私有密钥和证书导入到 HSM。

  5. 更新 AWS IoT Greengrass Core 软件的配置文件以使用 HSM 中的私有密钥和证书。

  6. 启动 AWS IoT Greengrass Core 软件。

第 1 步:初始化硬件安全模块

完成以下步骤,初始化核心设备上的 HSM。

初始化硬件安全模块
  • 在 HSM 中初始化 PKCS#11 令牌,然后保存该令牌的槽 ID 和用户 PIN。查看 HSM 的文档,了解如何初始化令牌。稍后在部署和配置 PKCS#11 提供程序组件时,您将用到槽 ID 和用户 PIN。

第 2 步:部署 PKCS#11 提供程序组件

完成以下步骤,部署和配置 PKCS#11 提供程序组件。您可以将组件部署到一台或多台核心设备。

  1. AWS IoT Greengrass 控制台导航菜单中,选择组件

  2. 组件页面上,选择公有组件选项卡,然后选择 aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider

  3. aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider 页面上,选择部署

  4. 添加到部署中,选择要修改的现有部署,或者选择创建新部署,然后选择下一步

  5. 如果您选择创建新部署,请为部署选择目标核心设备或事物组。在指定目标页面的部署目标下面,选择核心设备或事物组,然后选择下一步

  6. 选择组件页面上的公有组件下,选择 aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider,然后选择下一步

  7. 配置组件页面上,选择 aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider,然后执行以下操作:

    1. 选择配置组件

    2. 配置 aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider 模式的配置更新要合并的配置中,输入以下配置更新。使用目标核心设备的值更新以下配置参数。指定之前初始化 PKCS#11 令牌的槽 ID 和用户 PIN。稍后您会将私有密钥和证书导入 HSM 的此槽。

      name

      PKCS#11 配置的名称。

      library

      AWS IoT Greengrass Core 软件可以使用 libdl 加载的 PKCS#11 实施库的绝对文件路径。

      slot

      包含私有密钥和设备证书的槽的 ID。此值不同于槽索引或槽标签。

      userPin

      用于访问该槽的用户 PIN。

      { "name": "softhsm_pkcs11", "library": "/usr/lib/softhsm/libsofthsm2.so", "slot": 1, "userPin": "1234" }
    3. 选择确认以关闭模式,然后选择下一步

  8. 配置高级设置页面上,保留默认配置设置,然后选择下一步

  9. 检查 页上,选择 部署

    完成部署可能最多需要 1 分钟。

要部署 PKCS#11 提供程序组件,请创建 components 对象中包含 aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider 的部署文档,并指定该组件的配置更新。按照 创建部署 中的说明创建新部署或修改现有部署。

以下示例部分部署文档指定部署并配置 PKCS#11 提供程序组件。使用目标核心设备的值更新以下配置参数。保存槽 ID 和用户 PIN,以便稍后在将私有密钥和证书导入 HSM 时使用。

name

PKCS#11 配置的名称。

library

AWS IoT Greengrass Core 软件可以使用 libdl 加载的 PKCS#11 实施库的绝对文件路径。

slot

包含私有密钥和设备证书的槽的 ID。此值不同于槽索引或槽标签。

userPin

用于访问该槽的用户 PIN。

{ "name": "softhsm_pkcs11", "library": "/usr/lib/softhsm/libsofthsm2.so", "slot": 1, "userPin": "1234" }
{ ..., "components": { ..., "aws.greengrass.crypto.Pkcs11Provider": { "componentVersion": "2.0.0", "configurationUpdate": { "merge": "{\"name\":\"softhsm_pkcs11\",\"library\":\"/usr/lib/softhsm/libsofthsm2.so\",\"slot\":1,\"userPin\":\"1234\"}" } } } }

完成部署可能需要数分钟。您可以使用 AWS IoT Greengrass 服务来检查部署的状态。您可以查看 AWS IoT Greengrass Core 软件日志,验证 PKCS#11 提供程序组件是否成功部署。有关更多信息,请参阅下列内容:

如果部署失败,可以对每台核心设备上的部署进行问题排查。有关更多信息,请参阅 故障排除 AWS IoT Greengrass V2

第 3 步:更新核心设备上的配置

AWS IoT Greengrass Core 软件使用指定设备运行方式的配置文件。此配置文件包含可以在哪里找到设备用于连接 AWS Cloud 的私有密钥和证书。完成以下步骤,将核心设备的私有密钥和证书导入 HSM,并更新配置文件以使用 HSM。

更新核心设备上的配置以采用硬件安全性
  1. 停止 AWS IoT Greengrass Core 软件。如果您使用 systemd 将 AWS IoT Greengrass Core 软件配置为系统服务,可以运行以下命令来停止该软件。

    sudo systemctl stop greengrass.service
  2. 找到核心设备的私有密钥和证书文件。

    • 如果您通过自动预置实例集预置安装 AWS IoT Greengrass Core 软件,则私有密钥在 /greengrass/v2/privKey.key 中,证书在 /greengrass/v2/thingCert.crt 中。

    • 如果您通过手动预置安装 AWS IoT Greengrass Core 软件,则私有密钥默认在 /greengrass/v2/private.pem.key 中,证书默认在 /greengrass/v2/device.pem.crt 中。

    您也可以在 /greengrass/v2/config/effectiveConfig.yaml 中查看 system.privateKeyPathsystem.certificateFilePath 属性以查找这些文件的位置。

  3. 将私有密钥和证书导入 HSM。查看 HSM 文档,了解如何导入私有密钥和证书。使用之前初始化 PKCS#11 令牌的槽 ID 和用户 PIN 导入私有密钥和证书。私有密钥和证书必须使用相同的对象标签和对象 ID。保存您在导入每个文件时指定的对象标签。稍后在更新 AWS IoT Greengrass Core 软件配置以使用 HSM 中的私有密钥和证书时将用到此标签。

  4. 更新 AWS IoT Greengrass Core 软件配置以使用 HSM 中的私有密钥和证书。要更新配置,请修改 AWS IoT Greengrass Core 配置文件,然后使用更新的配置文件运行 AWS IoT Greengrass Core 软件以应用新配置。

    执行以下操作:

    1. 创建 AWS IoT Greengrass Core 配置文件备份。如果您在配置硬件安全性时遇到问题,可以使用此备份来恢复核心设备。

      sudo cp /greengrass/v2/config/effectiveConfig.yaml ~/ggc-config-backup.yaml
    2. 在文本编辑器中打开 AWS IoT Greengrass Core 配置文件。例如,您可以运行以下命令来使用 GNU nano 编辑文件。将 /greengrass/v2 替换为 Greengrass 根文件夹的路径。

      sudo nano /greengrass/v2/config/effectiveConfig.yaml
    3. system.privateKeyPath 的值替换为 HSM 中私有密钥的 PKCS#11 URI。将 iotdevicekey 替换为之前导入私有密钥和证书处的对象标签。

      pkcs11:object=iotdevicekey;type=private
    4. system.certificateFilePath 的值替换为 HSM 中证书的 PKCS#11 URI。将 iotdevicekey 替换为之前导入私有密钥和证书处的对象标签。

      pkcs11:object=iotdevicekey;type=cert

    完成这些步骤后,AWS IoT Greengrass Core 配置文件中的 system 属性应与以下示例类似。

    system: certificateFilePath: "pkcs11:object=iotdevicekey;type=cert" privateKeyPath: "pkcs11:object=iotdevicekey;type=private" rootCaPath: "/greengrass/v2/rootCA.pem" rootpath: "/greengrass/v2" thingName: "MyGreengrassCore"
  5. 在更新的 effectiveConfig.yaml 文件中应用配置。使用 --init-config 参数运行 Greengrass.jar 以在 effectiveConfig.yaml 中应用配置。将 /greengrass/v2 替换为 Greengrass 根文件夹的路径。

    sudo java -Droot="/greengrass/v2" \ -jar /greengrass/v2/alts/current/distro/lib/Greengrass.jar \ --start false \ --init-config /greengrass/v2/config/effectiveConfig.yaml
  6. 启动 AWS IoT Greengrass Core 软件。如果您使用 systemd 将 AWS IoT Greengrass Core 软件配置为系统服务,可以运行以下命令来启动该软件。

    sudo systemctl start greengrass.service

    有关更多信息,请参阅 运行 AWS IoT Greengrass Core 软件

  7. 查看 AWS IoT Greengrass Core 软件日志,验证软件是否启动并连接到 AWS Cloud。AWS IoT Greengrass Core 软件使用私有密钥和证书来连接 AWS IoT 和 AWS IoT Greengrass 服务。

    sudo tail -f /greengrass/v2/logs/greengrass.log

    以下信息级别的日志消息表明 AWS IoT Greengrass Core 软件已成功连接 AWS IoT 和 AWS IoT Greengrass 服务。

    2021-12-06T22:47:53.702Z [INFO] (Thread-3) com.aws.greengrass.mqttclient.AwsIotMqttClient: Successfully connected to AWS IoT Core. {clientId=MyGreengrassCore5, sessionPresent=false}
  8. (可选)在确认 AWS IoT Greengrass Core 软件可以使用 HSM 中的私有密钥和证书后,从设备文件系统中删除该私有密钥和证书文件。运行以下命令,并将文件路径替换为该私有密钥和证书文件的路径。

    sudo rm /greengrass/v2/privKey.key sudo rm /greengrass/v2/thingCert.crt

使用不支持 PKCS#11 的硬件

PKCS#11 库通常由硬件供应商提供或是开源软件。例如,对于符合标准的硬件(如 TPM1.2),可能会使用现有的开源软件。但是,如果您的硬件没有相应的 PKCS#11 库实施,或如果您想要编写自定义 PKCS#11 提供程序,请联系您的 Amazon Web Services 企业支持代表,咨询与集成相关的问题。

另请参阅