Vad är ett säkerhetselement? Hur skyddar det hårdvaruplånböcker?

De flesta ser det aldrig, interagerar aldrig med det och hör sällan talas om det. Ändå är det just detta specialiserade chip som ansvarar för att skydda de privata nycklarna som ger ägarna kontroll över sina digitala tillgångar. Utan det skulle många moderna hårdvaruplånböcker vara betydligt mer sårbara för fysisk stöld och sofistikerade attacker. Att förstå vad ett säkerhetselement är och vad det faktiskt gör hjälper till att förklara varför hårdvaruplånböcker har blivit ett av de säkraste sätten att förvara kryptovaluta på.

Säkerhetselement skapades för att skydda hemligheter

Ett säkerhetselement är ett specialiserat datorchip som är utformat för ett huvudsyfte: att skydda mycket känslig information.

Till skillnad från processorn i en vanlig bärbar dator eller smartphone är ett säkerhetselement specifikt konstruerat för att lagra hemligheter och utföra kryptografiska operationer utan att exponera den information det skyddar. Istället för att försöka utföra många olika beräkningsuppgifter fokuserar det på att hålla konfidentiella data isolerade från allt annat inuti enheten.

Denna specifika typ av teknik har inte sitt ursprung i kryptovalutor. Säkerhetselement har länge använts i betalkort, SIM-kort, elektroniska pass och myndigheters identifieringssystem. Dessa branscher stod inför samma utmaning för många år sedan: att skydda digitala autentiseringsuppgifter även om någon fysiskt hade tagit kontroll över enheten.

Hårdvaruplånböcker tillämpar samma koncept på kryptovalutor.

Varför hårdvaruplånböcker behöver en

Varje kryptovalutaplånbok är beroende av privata nycklar.

En privat nyckel är i grunden den hemlighet som bevisar äganderätten till digitala tillgångar. Den som får tillgång till den nyckeln kan godkänna transaktioner och flytta medel. Att skydda den är den enskilt viktigaste uppgiften för varje plånbok.

Programvaruplånböcker lagrar nycklar på enheter som är anslutna till internet, vilket gör dem sårbara om datorn eller smarttelefonen smittas av skadlig programvara. Hårdvaruplånböcker löser en stor del av det problemet genom att förvara den privata nyckeln i en separat enhet som är isolerad från internet. Säkerhetselementet förstärker det skyddet genom att skapa ytterligare ett isoleringslager inuti själva hårdvaruplånboken.

I stället för att låta plånbokens huvudprocessor få direkt åtkomst till den privata nyckeln håller säkerhetselementet hemligheten inlåst i sin egen skyddade miljö. Inte ens andra komponenter inuti plånboken kan utan vidare läsa av nyckeln när de vill.

Förvaring av privata nycklar i säkerhetselementet

Ett av de största missförstånden kring hårdvaruplånböcker handlar om hur transaktioner signeras.

När någon skickar kryptovaluta kopierar plånboken inte den privata nyckeln till en dator innan transaktionen godkänns. Istället skickas den osignerade transaktionen till hårdvaruplånboken för granskning.

Efter att ägaren har bekräftat transaktionsuppgifterna på plånbokens betrodda skärm utför säkerhetselementet den matematiska signeringsprocessen internt. Endast den färdiga digitala signaturen lämnar chipet. Den privata nyckeln i sig lämnar aldrig chipet. Denna åtskillnad minskar dramatiskt risken för att skadlig programvara som körs på en ansluten dator ska kunna stjäla den information som behövs för att få tillgång till medlen.

Byggd för att motstå fysiska attacker

Att hålla en privat nyckel isolerad är bara en del av uppgiften. Ett säkerhetselement är också konstruerat för att göra det extremt svårt att stjäla den informationen, även om någon skulle komma över själva hårdvaruplånboken.

Till skillnad från ett vanligt datorchip har ett säkerhetselement skyddsfunktioner inbyggda direkt i kiseln. Dessa skyddsmekanismer är utformade för att upptäcka eller fördröja försök att manipulera chipet, undersöka dess interna kretsar eller påverka dess funktion. Om chipet upptäcker onormala förhållanden, såsom onormal spänning, oväntade temperaturer eller andra tecken på manipulation, kan det sluta fungera, återställa sig själv eller skydda den information som lagras inuti.

Ett annat hot kommer från attacker som försöker avslöja hemligheter genom att noggrant mäta hur ett chip beter sig när det utför beräkningar. Forskare kallar dessa för sidokanalattacker eftersom de analyserar information såsom strömförbrukning, tidsförlopp eller elektromagnetiska signaler istället för att attackera programvaran direkt.

Säkerhetselement är specifikt utformade för att göra dessa tekniker betydligt svårare genom att dölja eller slumpmässigt ordna den information som angripare försöker observera.

Slumpmässighet är viktigare än de flesta inser

Säkerheten börjar långt innan den första transaktionen någonsin signeras.

När en hårdvaruplånbok konfigureras för första gången måste den generera en startfras som så småningom kommer att generera alla privata nycklar som används av plånboken. Den processen är beroende av slumpmässighet. Om slumptalen är svaga eller förutsägbara kan även de resulterande nycklarna bli förutsägbara. Den senaste säkerhetsluckan i hårdvaruplånboken Coldcard belyser detta ämne ännu tydligare, eftersom felaktig firmware helt kringgick hårdvaruentropin.

För att förhindra att detta sker innehåller säkerhetselement hårdvarubaserade slumptalsgeneratorer som hämtar entropi från fysiska processer inuti chipet istället för att helt förlita sig på mjukvara. Vissa plånbokskonstruktioner kombinerar även flera slumpmässiga källor, vilket ytterligare minskar risken för att ett enda fel ska kunna försvaga säkerheten hos de genererade nycklarna.

Oberoende tester ger ytterligare ett lager av förtroende

Ett säkerhetselement förklaras inte bara säkert av tillverkaren.

Många chip som används för att skydda känslig information genomgår oberoende säkerhetsutvärderingar enligt ett internationellt ramverk som kallas Common Criteria. Under denna process försöker specialiserade testlaboratorier kringgå chipets säkerhet med hjälp av avancerade tekniker innan det kan erhålla certifiering.

Många säkerhetselement som används i hårdvaruplånböcker erhåller certifieringar på Evaluation Assurance Level 5+ eller Level 6+, vilket indikerar att de har testats mot sofistikerade attackmetoder inom ett definierat omfång. Dessa certifieringar garanterar inte att ett chip är omöjligt att knäcka. Istället visar de att oberoende experter har utvärderat dess säkerhetspåståenden med hjälp av rigorösa teststandarder.

Ett säkerhetselement är inget magiskt skydd

Trots sitt starka skydd kan säkerhetselement inte eliminera alla tänkbara risker.

Om någon luras eller till och med tvingas att godkänna en bedräglig transaktion, frivilligt avslöjar en återställningsfras eller lagrar säkerhetskopior på ett osäkert sätt, kan det säkra elementet inte förhindra dessa misstag. På samma sätt kan ingen kommersiell säkerhetsteknik lova fullständigt skydd mot högspecialiserade laboratorieattacker som utförs av välfinansierade angripare med obegränsad tid och resurser.

Säkerhetselementet är utformat för att höja kostnaden och svårighetsgraden för en attack tillräckligt mycket för att den ska bli opraktisk för den överväldigande majoriteten av brottslingar i verkligheten. Det är ett lager i en bredare säkerhetsstrategi snarare än en komplett lösning i sig.

God säkerhet bygger på fler än ett skyddslager

Den starkaste säkerheten för en hårdvaruplånbok uppnås genom att kombinera flera skyddsåtgärder snarare än att förlita sig på en enda funktion.

Att använda en stark lösenfras, noggrant verifiera transaktionsuppgifterna på enhetens skärm, skydda säkerhetskopior av återställningsfrasen och överväga ytterligare säkerhetsåtgärder såsom arrangemang med flera signaturer bidrar alla till att minska risken. Säkerhetselementet kompletterar dessa metoder genom att säkerställa att plånbokens mest känsliga hemlighet förblir isolerad under normal drift.

Varför säkerhetselement fortfarande är viktiga

I takt med att ägandet av kryptovalutor ökar och digitala tillgångar blir mer värdefulla fortsätter angripare att söka efter nya sätt att kompromettera plånböcker. Detta har gjort säkerhetselement till en allt viktigare del av den moderna hårdvaruplånbokens utformning. Äldre hårdvaruplånböcker från tidigare tider använder kanske inte säkerhetselement, men numera har det blivit standard.

Deras uppgift är enkel men avgörande. De genererar känsliga hemligheter, skyddar dem i en säker miljö och utför kryptografiska operationer utan att avslöja den information som ger ägarna kontroll över sina medel. Även om ingen säkerhetsteknik är perfekt höjer säkerhetselementen avsevärt tröskeln för alla som försöker stjäla privata nycklar genom fysiska eller tekniska attacker.

För dem som väljer kallförvaring via en hårdvaruplånbok ger förståelsen för säkerhetselementets roll en tydligare bild av hur modern självförvaring fungerar. Chipet gör inte användarna oövervinnliga, men det utgör en av de viktigaste byggstenarna för att skydda digitala tillgångar, vilket gör det möjligt för människor att ta kontroll över sin kryptovaluta samtidigt som de nycklar som är viktigast förvaras säkert bakom dedikerade hårdvaruskydd.