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“创建自己的密钥”规范

项目
08/08/2024

本文介绍将受 HSM 保护的密钥从客户的本地 HSM 导入 Key Vault 的规范。

方案

Key Vault 客户希望在 Azure 外部将密钥安全地从本地 HSM 传输到 HSM 支持的 Azure Key Vault。导入在 Key Vault 外部生成的密钥的过程称为创建自己的密钥 (BYOK)。

要求如下：

要传输的密钥永远不会以纯文本形式存在于 HSM 的外部。
在 HSM 外部，要传输的密钥始终受 Azure Key Vault HSM 中保存的密钥保护。

术语

密钥名称	键类型	源	说明
密钥交换密钥 (KEK)	RSA	Azure Key Vault HSM	在 Azure Key Vault 中生成的由 HSM 支持的 RSA 密钥对
包装密钥	AES	供应商 HSM	本地 HSM 生成的 [临时] AES 密钥
目标密钥	RSA、EC、AES（仅限托管 HSM）	供应商 HSM	要传输到 Azure Key Vault HSM 的密钥

密钥交换密钥：客户在将导入 BYOK 密钥的密钥保管库中生成的 HSM 支持的密钥。此 KEK 必须具有以下属性：

它是 RSA-HSM 密钥（4096 位、3072 位或 2048 位）
它将具有固定 key_ops（仅限“导入”），将只允许在 BYOK 期间使用
必须位于将导入目标密钥的同一保管库中

用户步骤

要执行密钥传输，用户需要执行以下步骤：

生成 KEK。
检索 KEK 的公钥。
使用 HSM 供应商提供的 BYOK 工具 - 将 KEK 导入目标 HSM，并导出受 KEK 保护的目标密钥。
将受保护的目标密钥导入 Azure Key Vault。

客户使用 HSM 供应商提供的 BYOK 工具和文档完成步骤 3。会生成一个密钥传输 Blob（“.byok”文件）。

HSM 约束

现有 HSM 可能会对其管理的密钥应用约束，包括：

可能需要将 HSM 配置为允许基于密钥包装的导出
可能需要将目标密钥标记为 CKA_EXTRACTABLE，以便 HSM 允许受控导出
在某些情况下，可能需要将 KEK 和包装密钥标记为 CKA_TRUSTED，这允许它用于 HSM 中的包装密钥。

通常，源 HSM 的配置不在此规范的范围内。 Microsoft 期望 HSM 供应商生成 BYOK 工具随附的文档，以包含此类配置步骤。

注意

其中几个步骤可以使用其他接口（如 Azure PowerShell 和 Azure 门户）来执行。还可以使用 Key Vault SDK 中的等效函数以编程方式执行。

生成 KEK

使用 az keyvault key create 命令创建 KEK，并将密钥操作设置为“导入”。记下从以下命令返回的密钥标识符 'kid'。

az keyvault key create --kty RSA-HSM --size 4096 --name KEKforBYOK --ops import --vault-name ContosoKeyVaultHSM

注意

服务支持不同的 KEK 长度；例如，Azure SQL 仅支持 2048 或 3072 字节的密钥长度。有关详细信息，请参阅服务文档。

检索 KEK 的公钥

下载 KEK 的公钥部分，并将其存储到 PEM 文件中。

az keyvault key download --name KEKforBYOK --vault-name ContosoKeyVaultHSM --file KEKforBYOK.publickey.pem

使用 HSM 供应商提供的 BYOK 工具生成密钥传输 blob

客户将使用 HSM 供应商提供的 BYOK 工具创建密钥传输 blob（存储为“.byok”文件）。 KEK 公钥（作为 .pem 文件）将输入此工具。

密钥传输 Blob

长期以来，Microsoft 希望使用 PKCS#11 CKM_RSA_AES_KEY_WRAP 机制将目标密钥传输到 Azure Key Vault，因为此机制生成单个 blob，更重要的是，中间 AES 密钥由两个 HSM 处理，并保证是临时的。此机制目前在某些 HSM 中不可用，但使用 AES 密钥通过 CKM_AES_KEY_WRAP_PAD 保护目标密钥，结合使用 CKM_RSA_PKCS_OAEP 保护 AES 密钥会产生等效 blob。

目标密钥明文依赖于密钥类型：

对于 RSA 密钥，为包装在 PKCS#8 [RFC5208] 中的私钥 ASN.1 DER 编码 [RFC3447]
对于 EC 密钥，为包装在 PKCS#8 [RFC5208] 中的私钥 ASN.1 DER 编码 [RFC5915]
对于八进制密钥，为密钥的原始字节

然后，使用 CKM_RSA_AES_KEY_WRAP 机制来转换明文密钥的字节：

将生成临时 AES 密钥，并使用带有 SHA1 的 RSA-OAEP 通过包装 RSA 密钥加密。
编码的明文密钥使用 AES 密钥通过使用填充的 AES 密钥包装进行加密。
加密的 AES 密钥和加密的明文密钥连接以生成最终的已加密文本 blob。

传输 blob 的格式主要使用 JSON Web 加密紧凑序列化 (RFC7516) 作为一种将所需元数据传递给服务进行正确解密的工具。

如果使用 CKM_RSA_AES_KEY_WRAP_PAD，传输 blob 的 JSON 序列化为：

{
  "schema_version": "1.0.0",
  "header":
  {
    "kid": "<key identifier of the KEK>",
    "alg": "dir",
    "enc": "CKM_RSA_AES_KEY_WRAP"
  },
  "ciphertext":"BASE64URL(<ciphertext contents>)",
  "generator": "BYOK tool name and version; source HSM name and firmware version"
}

kid = KEK 的密钥标识符。对于 Key Vault 密钥，如下所示： https://ContosoKeyVaultHSM.vault.azure.net/keys/mykek/eba63d27e4e34e028839b53fac905621
alg = 算法。
dir = 直接模式，即被引用的 kid 用于直接保护已加密文本，该文本是 CKM_RSA_AES_KEY_WRAP 的准确表示
generator = 信息字段，表示 BYOK 工具的名称和版本以及源 HSM 制造商和模型。此信息可用于故障排除和支持。

JSON blob 存储在扩展名为“.byok”的文件中，以便在使用 ‘Add-AzKeyVaultKey’ (PSH) 或 ‘az keyvault key import’ (CLI) 命令时，Azure PowerShell/CLI 客户端正确处理。

上传密钥传输 blob 以导入 HSM 密钥

客户会将密钥传输 Blob（“.byok”文件）传输到联机工作站，然后运行 az keyvault key import 命令，将此 Blob 作为新的 HSM 支持的密钥导入 Key Vault 中。

要导入 RSA 密钥，请使用以下命令：

az keyvault key import --vault-name ContosoKeyVaultHSM --name ContosoFirstHSMkey --byok-file KeyTransferPackage-ContosoFirstHSMkey.byok --ops encrypt decrypt

若要导入 EC 密钥，必须指定密钥类型和曲线名称。

az keyvault key import --vault-name ContosoKeyVaultHSM --name ContosoFirstHSMkey --byok-file --kty EC-HSM --curve-name "P-256" KeyTransferPackage-ContosoFirstHSMkey.byok --ops sign verify

执行上述命令时，将导致发送 REST API 请求，如下所示：

PUT https://contosokeyvaulthsm.vault.azure.net/keys/ContosoFirstHSMKey?api-version=7.0

导入 RSA 密钥时的请求正文：

{
  "key": {
    "kty": "RSA-HSM",
    "key_ops": [
      "decrypt",
      "encrypt"
    ],
    "key_hsm": "<Base64 encoded BYOK_BLOB>"
  },
  "attributes": {
    "enabled": true
  }
}

导入 EC 密钥时的请求正文：

{
  "key": {
    "kty": "EC-HSM",
    "crv": "P-256",
    "key_ops": [
      "sign",
      "verify"
    ],
    "key_hsm": "<Base64 encoded BYOK_BLOB>"
  },
  "attributes": {
    "enabled": true
  }
}

“key_hsm”值是以 Base64 格式编码的 KeyTransferPackage-ContosoFirstHSMkey.byok 的全部内容。

参考

Key Vault 开发人员指南

后续步骤

BYOK 分步说明：将受 HSM 保护的密钥导入 Key Vault (BYOK)

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