El papel de los módulos de seguridad de hardware de pago en la prevención de violaciones de datos

Las filtraciones de datos son una amenaza constante; los atacantes buscan continuamente formas de interceptar datos y extorsionar a las empresas . Los módulos de seguridad de hardware (HSM) son una herramienta valiosa para la protección de datos confidenciales en su organización. En resumen, los HSM almacenan claves criptográficas utilizadas para cifrar datos. Los HSM de pago previenen las filtraciones de datos, especialmente en el sector de pagos, al garantizar que todas las operaciones criptográficas en bloques PIN, valores de verificación de tarjetas y claves de transacción se realicen dentro de un perímetro a prueba de manipulaciones, certificado por PCI PTS HSM, del cual las claves nunca salen en texto plano. La acción recomendada para cualquier procesador de pagos, banco adquirente o red de tarjetas es implementar HSM de pago, implementar bloques de claves TR-31 para todos los intercambios de claves simétricas y ejecutar procedimientos de gestión de claves bajo control dual y conocimiento dividido para cumplir con los requisitos de seguridad de PIN de PCI. Esta guía explica cómo los HSM de pago logran la prevención de filtraciones a nivel arquitectónico. Para obtener información más amplia sobre las capacidades de los HSM de pago y la jerarquía de claves de pago, consulte HSM de pago: El futuro de la seguridad de pagos.

Respuesta rápida: ¿Cómo previenen los HSM de pago las filtraciones de datos?

Los HSM de pago previenen las filtraciones de datos al aislar todas las operaciones de claves de pago dentro de un perímetro de hardware a prueba de manipulaciones. Las claves están codificadas y restringidas a una sola operación cada una; los mecanismos anti-manipulación borran todo el material de las claves ante una intrusión física, y el dispositivo aplica un control dual para todas las operaciones de gestión de claves. Un atacante que comprometa el servidor de aplicaciones o el sistema operativo no puede extraer las claves del HSM de forma utilizable. Un atacante que intente retirar físicamente el HSM activa el borrado. La combinación de aislamiento de hardware, restricciones de clave codificadas y respuesta a la manipulación física es lo que hace que los HSM de pago sean estructuralmente resistentes a los vectores de filtración de datos que tienen éxito sistemáticamente contra el almacenamiento de claves basado en software.

¿Qué es un HSM?

Los HSM, o módulos de seguridad de hardware, son dispositivos que se utilizan para proteger claves y realizar operaciones criptográficas en un entorno seguro e inviolable. Si bien algunos HSM almacenan las claves de forma remota, estas están cifradas y son ilegibles. Solo el HSM puede descifrarlas y utilizarlas internamente. Al usar estas claves criptográficas para cifrar datos dentro del entorno de hardware seguro del HSM, los datos que se cifran o descifran quedan protegidos contra ataques externos.

Si bien el cifrado no requiere un HSM, los esquemas de cifrado que no lo utilizan deben abordar ciertas cuestiones. Analicemos estas cuestiones para comprender mejor para qué sirve un HSM y quién debería usarlo.

1. Los datos en reposo deben estar cifrados.
2. Los datos en tránsito pueden estar en riesgo.
3. Descifrar datos para su uso presenta un punto de ataque.
4. Las claves deben almacenarse separadas de los datos que protegen.
5. Para cumplir con los distintos estándares de seguridad, es necesario garantizar la separación de funciones y responsabilidades.

Los datos en reposo deben estar cifrados

Posiblemente, el caso de uso más fundamental de cualquier plataforma o aplicación de seguridad sea el cifrado de datos en reposo. Para evitar que una base de datos con información confidencial se filtre al público, debe estar cifrada. Esto significa que un simple acceso no sería suficiente para obtener la información que contiene. Es preferible cifrar cada entrada de la base de datos individualmente en lugar de cifrar el archivo completo, ya que el cifrado por entrada minimiza la superficie de ataque y mejora el rendimiento en operaciones pequeñas que requieren solo una entrada de la base de datos.

Los datos en tránsito pueden estar en riesgo

Lo anterior gestiona los datos en reposo, pero para poder usarlos, es necesario descifrarlos en algún momento. Se puede minimizar el número de puntos de exposición de estos datos.

Sin embargo, cuando una aplicación, por su diseño, requiere un punto final que no puede aislarse ni confiarse tanto como la ubicación de la base de datos, los datos en tránsito son más vulnerables que los datos en reposo. Al utilizar un HSM para almacenar las claves que cifran el contenido de la base de datos, los datos sin cifrar nunca quedan expuestos a ataques internos. Un empleado o un atacante que lograra acceder al centro de datos jamás podría ver el contenido de la base de datos a la que se accede, que podría incluir información confidencial como números de tarjetas de crédito.

Descifrar datos para su uso presenta un punto de ataque

Cuando los datos se descifran para su uso, son inherentemente vulnerables incluso cuando solo se almacenan en la memoria. Al proporcionar una máquina a prueba de manipulaciones que ni usuarios ni atacantes pueden abrir, ni siquiera los usuarios conocerán el contenido de las claves o los archivos si la aplicación lo requiere. Esta capa adicional de seguridad de hardware distingue a un HSM de una computadora convencional que realiza operaciones.

Las claves deben almacenarse por separado de los datos que protegen

Para proteger adecuadamente una base de datos, es fundamental separar las claves de los datos que protegen. Si una base de datos está cifrada, pero la clave se almacena en el mismo directorio, es como si no estuviera cifrada. La única seguridad que proporciona el cifrado reside en la necesidad de reunir dos componentes de ubicaciones distintas en un mismo lugar para acceder a la información.

Los HSM proporcionan un entorno donde las claves se pueden almacenar por separado del servidor de la base de datos, pero permanecen fácilmente accesibles. Las aplicaciones autorizadas pueden utilizar las claves enviando los datos cifrados al HSM, y se pueden realizar operaciones con los datos dentro del HSM si es necesario.

Implementación de la separación de funciones y deberes para cumplir con los estándares de seguridad

Si bien las distintas aplicaciones requieren el cumplimiento de diferentes estándares, un estándar común es la separación de roles y funciones. Este concepto exige que los usuarios tengan únicamente el nivel mínimo de acceso necesario para completar sus tareas. Por ejemplo, una aplicación cliente que verifica una firma no debería tener acceso a la clave utilizada para firmar un archivo. Esto protege la clave contra el uso indebido mediante ataques como la inyección de código. Los HSM pueden limitar los privilegios de los clientes de forma individual.

Los HSM también pueden exigir el quórum para realizar ciertas operaciones. Esto significa que un solo usuario no tendría el privilegio de realizar la operación sin la presencia y aprobación de un número determinado de otros usuarios en el quórum. La capacidad de los HSM para exigir, a nivel físico cuando sea necesario, esta separación de funciones es una de las principales ventajas de usar un HSM.

Jerarquía de claves de pago y prevención de infracciones

La jerarquía de claves de pago define la relación estructurada de las claves criptográficas que protegen las transacciones de pago. Comprender esta jerarquía es fundamental para entender por qué una brecha en un nivel no compromete automáticamente todo el entorno de pago.

• Clave maestra local (LMK): La clave de cifrado de nivel superior se almacena únicamente dentro del HSM y nunca se exporta en texto plano. Todas las demás claves se cifran con la clave maestra de nivel inferior (LMK) en reposo. Una brecha de seguridad en el servidor de aplicaciones no expone la LMK, ya que esta nunca sale del HSM.
• Llave maestra de zona (ZMK): Se utilizan para intercambiar claves de trabajo entre entidades de pago. Las ZMK se intercambian mediante bloques de claves TR-31 o protocolos asimétricos TR-34, por lo que el valor de la clave siempre va envuelto en atributos de uso que impiden su uso indebido.
• Clave PIN de zona (ZPK): Se utiliza exclusivamente para la traducción de PIN entre nodos de pago. El ZPK se introduce en el HSM, por lo que no se puede aplicar a ninguna otra operación.
• Clave de verificación de la tarjeta (CVK): Genera y verifica los valores de verificación de la tarjeta (CVV/CVC) durante la autorización. Solo se utiliza para operaciones con CVV.
• Clave maestra de terminal (TMK): Se carga en cajeros automáticos o terminales de punto de venta durante la inyección de claves. El proceso de inyección se realiza dentro del HSM, por lo que el valor TMK nunca queda expuesto.

TR-31 y TR-34: Cómo los estándares de intercambio de claves previenen las filtraciones

TR-31 (Bloque de Clave Segura Interoperable) previene el uso indebido de claves durante el intercambio al encapsular una clave simétrica junto con sus atributos de uso en un bloque criptográficamente vinculado antes de la transmisión. Un atacante que intercepte un bloque de clave TR-31 no puede extraer los atributos de uso y reutilizar la clave para una operación diferente, ya que tanto los atributos como el valor de la clave están criptográficamente vinculados. Los requisitos de seguridad de PCI PIN exigen TR-31 para todos los intercambios de claves simétricas. Los métodos tradicionales de distribución de claves en texto plano, donde los valores de clave se transmitían sin vincular los atributos de uso, son la fuente histórica de los ataques de uso indebido de claves en la industria de pagos.

TR-34 proporciona la misma protección para el establecimiento inicial de claves mediante criptografía asimétrica. Cuando dos entidades de pago no comparten material de clave previamente, TR-34 permite que una envíe una clave simétrica a la otra, cifrada con la clave pública del destinatario, de modo que solo el HSM del destinatario pueda descifrarla. Esto elimina la práctica histórica de que los custodios de claves dividan manualmente una clave en componentes de papel, un procedimiento propenso a errores humanos y fallos de seguridad física si no se ejecuta correctamente.

Controles de PIN de PCI: ¿Qué aplican los HSM de pago?

Control de pines PCI	Cómo lo aplica el HSM de pago	Escenario de violación de seguridad evitado
Control dual para la generación y carga de claves.	HSM requiere que varios custodios autorizados estén presentes simultáneamente para las operaciones de carga de claves.	Impide que un único empleado genere y cargue una clave maliciosa.
Conocimiento dividido	LMK se genera a partir de múltiples componentes clave en poder de distintos custodios; ningún custodio posee la clave completa.	Impide que un único custodio comprometido pueda reconstruir la clave maestra.
Teclas pulsadas	A cada clave en el HSM se le asigna un tipo que limita su uso a una sola operación.	Impide que un atacante que extrae una clave la utilice para operaciones no autorizadas.
Intercambio de bloques de claves TR-31	Todos los intercambios de claves simétricas utilizan bloques de clave TR-31 con atributos de uso criptográficamente vinculados.	Evita el mal uso de la llave después de la intercepción.
respuesta ante manipulación física	HSM borra todo el material clave al detectar intrusiones físicas o ataques ambientales.	Impide la extracción de la llave de un dispositivo robado o abierto físicamente.
Certificación PCI PTS HSM	El firmware, el hardware y las funciones de gestión de claves del HSM se prueban de forma independiente conforme a los requisitos de PCI PTS HSM.	Proporciona la seguridad de que el dispositivo implementa correctamente los controles requeridos.

HSM de pago

Los HSM de pago son HSM especializados que realizan operaciones específicas para el sector de pagos. Estas operaciones se asocian a claves específicas, como las claves PIN de zona y las claves maestras de zona.

Una clave PIN de zona se limita a operaciones de traducción de PIN. Esto difiere significativamente de una clave en un HSM de propósito general, que normalmente puede realizar diversas funciones básicas. Estas funciones incluyen cifrado, descifrado, verificación de firmas, etc. Las claves en un HSM de pago generalmente no pueden realizar estas operaciones básicas o de bajo nivel, sino que requieren operaciones específicas de alto nivel que implican varios pasos.

En el procesamiento de pagos, una sola transacción puede requerir varias operaciones de alto nivel, como la traducción del PIN. Sin un módulo de seguridad de hardware (HSM) diseñado específicamente para pagos, existe un mayor riesgo de uso indebido de claves. Al vincular todas las claves a operaciones específicas y garantizar que todo el código se ejecute en el HSM dentro de una única operación de alto nivel, se minimiza la superficie de ataque y se previene el uso indebido de claves.

Ejemplo de aplicación: Traducción de PIN

La traducción de PIN es una operación común en el sector de pagos. Es fundamental que, al introducir un PIN en un cajero automático o terminal de punto de venta (TPV), este viaje de forma segura y cifrada hasta su destino final. Un acceso directo al banco es inviable y no se ajusta al funcionamiento del sistema de pagos. Los servidores de traducción de PIN protegen continuamente el PIN durante su transmisión, desde los distintos puntos de origen hasta que llega al banco para verificar su exactitud. Las claves de traducción de PIN están bloqueadas para esta operación; dichas claves descifran y cifran el PIN en tránsito en una sola operación, todo dentro del módulo de seguridad de hardware (HSM) del sistema de pago. El PIN nunca se descifra a texto plano fuera del HSM en ningún nodo de la cadena.

Incumplimiento de datos

Las filtraciones de datos son una amenaza constante en cualquier sector. Los consumidores confían en que las empresas protejan sus datos y, a menudo, no piensan en las consecuencias ni en la posibilidad de que estos no estén protegidos. Cuando se producen ataques a gran escala y de gran repercusión, el daño a la reputación de las empresas puede perdurar durante años, incluso décadas.

El cifrado es la principal protección de los datos de los consumidores. Incluso si un atacante logra acceder a una base de datos, el cifrado protegerá su contenido contra filtraciones o usos maliciosos. Dado que siempre existe la posibilidad de errores humanos o de que agentes internos malintencionados actúen, ninguna empresa puede ser completamente inmune a las filtraciones de datos. Sin embargo, con las medidas adecuadas, estas filtraciones pueden ser extremadamente raras y difíciles de explotar.

Diversos tipos de violaciones de datos

Si bien su organización podría verse afectada por diversos tipos de ataques , las filtraciones de datos más comunes suelen clasificarse en unas pocas categorías. Los ataques de intermediario (Man-in-the-Middle) se centran en interceptar datos o suplantar la identidad de los puntos finales. El atacante puede recopilar información de los usuarios, poniendo en riesgo a sus clientes. Los ataques de inyección de código pueden ser más graves y causar mayor daño en un período más corto. Al ejecutar código malicioso, los atacantes podrían comprometer datos o robar bases de datos, enviando la información fuera de las instalaciones. La mayor amenaza para los datos de los usuarios suele involucrar a miembros de la propia organización; la filtración de datos, a menudo accidental, representa un gran riesgo para la reputación de su organización. El cifrado mediante HSM ayuda a prevenir todos estos ataques, ya que los datos resultan inservibles para cualquier atacante que no pueda obtener las claves, las cuales están protegidas dentro del perímetro del HSM.

Violaciones de datos en la industria de pagos

Si una organización del sector de pagos sufriera una filtración de datos, los atacantes podrían interceptar las comunicaciones y obtener información que abarca desde los PIN de los clientes hasta los números de tarjetas de crédito y otros datos vitales de las cuentas. Con acceso a las claves de pago, un atacante podría obtener esta información sin que su organización se percatara de la filtración. Por este motivo, los módulos de seguridad de hardware (HSM) para pagos son esenciales en este sector.

Solo los HSM de pago pueden proteger adecuadamente las claves en un entorno de hardware dedicado e implementar las políticas necesarias para mantenerlas a salvo de ataques o usos indebidos. Para cumplir con PCI-DSS , los HSM de pago son necesarios para las funciones de gestión de PIN según los Requisitos de Seguridad de PIN de PCI. Asimismo, ciertos niveles de cumplimiento de FIPS requieren el uso de un HSM para almacenar claves. Invertir en un HSM de pago no solo le ayudará a cumplir con estos estándares, sino que también minimizará la superficie de ataque y protegerá adecuadamente a su empresa contra filtraciones de datos. Para obtener una descripción completa de las capacidades de los HSM de pago, incluyendo la jerarquía de claves, TR-31 y los procedimientos de ceremonia de claves, consulte HSM de pago: El futuro de la seguridad de pagos.

La industria de pagos

El procesamiento de pagos es un entorno que presenta desafíos únicos, que en muchos casos difieren de los problemas que un HSM estándar puede resolver de forma inmediata. Sin embargo, los HSM para pagos no solo cuentan con soluciones para estos desafíos, sino también con un conjunto de herramientas operativas para que el procesamiento de pagos sea seguro, sencillo y eficiente. La industria de pagos está en rápida expansión y tiene una presencia constante en el mundo empresarial. Para tener éxito en este sector, es fundamental contar con una sólida red de confianza entre los clientes.

En este caso, los clientes son las instituciones financieras en cuyo nombre su organización realiza estas transacciones. Sin su confianza, su empresa no podrá operar en el sector. Por lo tanto, la seguridad es de suma importancia. Un solo error puede tener consecuencias permanentes o duraderas para los clientes a los que sirven las instituciones financieras.

Evidencia de auditoría: ¿Qué aportan las implementaciones de HSM de pago para las evaluaciones PCI?

La implementación de un HSM de pago genera la siguiente evidencia de auditoría requerida para las evaluaciones PCI PIN y PCI DSS:

• Registros clave de la ceremonia: guiones, firmas de custodios, declaraciones de testigos y registros de verificación KCV para la generación y carga de LMK y ZMK.
• Registros de certificación HSM: Documento de aprobación PCI PTS HSM y certificado de validación FIPS 140-2 o 140-3 para cada HSM en producción, incluyendo la versión de firmware que coincida con la configuración validada.
• Registros de implementación de TR-31: Documentación que confirma que todo el intercambio de claves simétricas utiliza bloques de claves compatibles con TR-31, probados y verificados frente a los HSM de la contraparte.
• Registros TR-34: Documentación de los procedimientos de establecimiento de claves asimétricas utilizados para el intercambio inicial de claves con los centros de distribución de claves.
• Inventario clave: Un inventario actualizado de todas las claves en el entorno HSM, incluyendo el tipo de clave, el algoritmo, el valor de verificación de la clave, el custodio y la fecha de la última rotación.
• Política de control dual y conocimiento dividido: Las políticas escritas y los registros de capacitación confirman que todo el personal con acceso a HSM comprende y ha recibido capacitación sobre los requisitos de control dual.
• Exportaciones de registros de auditoría de HSM: Registros de eventos de acceso administrativo, operaciones de carga de claves y cualquier secuencia de comandos anómala, conservados según los requisitos de retención de la documentación PCI.
• Registros de seguridad física: Registros de control de acceso, registros de visitantes y registros de monitoreo ambiental para el entorno del centro de datos donde se ubican los módulos de seguridad de hardware (HSM).

Conclusión

Los HSM protegen los datos de los consumidores actuando como un límite seguro del que las claves privadas no salen. Los HSM de pago van más allá al reforzar las funciones de estas claves, limitar las operaciones a funciones específicas de pago de alto nivel que se ejecutan dentro del HSM y generar la ceremonia de clave y la documentación TR-31 que exigen las evaluaciones PCI PIN. Al operar de esta manera, las transacciones se procesan de forma segura sin comprometer la velocidad, la superficie de ataque es mínima y cualquier dato filtrado queda en un estado en el que los atacantes no pueden utilizarlo.

Preguntas frecuentes

¿Cómo evitan los HSM de pago las filtraciones de datos?

Los HSM de pago previenen las filtraciones de datos al garantizar que todas las operaciones criptográficas se realicen dentro de un entorno de hardware a prueba de manipulaciones, del cual las claves nunca salen en texto plano. Las claves se escriben y se limitan a una sola operación cada una; los mecanismos anti-manipulación borran todo el material de las claves en caso de intrusión física, y se aplica un control dual a todas las operaciones de gestión de claves. Un atacante que comprometa el servidor de la aplicación no podrá extraer las claves del HSM de forma utilizable.

¿Qué requisitos de PCI DSS exigen el uso de HSM de pago?

El requisito 3.7 de PCI DSS abarca la protección de las claves criptográficas utilizadas para proteger los datos de las cuentas almacenadas y exige control dual, conocimiento dividido y almacenamiento de claves separado de los datos. Los requisitos de seguridad de PIN de PCI exigen explícitamente hardware certificado como PCI PTS HSM para todas las funciones de gestión de PIN. Se requieren HSM validados según FIPS 140-2 o 140-3 para ciertos niveles de cumplimiento de FIPS.

¿Qué es la traducción del PIN y cómo la protege un módulo de seguridad de hardware (HSM) de pago?

La traducción del PIN es el proceso de volver a cifrar un bloque PIN de una clave PIN de zona a otra a medida que una transacción viaja a través de la red de pago. Cada nodo descifra y vuelve a cifrar el bloque PIN dentro de su HSM, por lo que el PIN nunca se descifra a texto plano fuera del hardware en ningún punto de la cadena.

¿Qué es TR-31 y por qué es necesario para el intercambio de claves HSM de pago?

TR-31 es un estándar ASC X9 que encapsula una clave simétrica junto con sus atributos de uso en un bloque de clave criptográficamente vinculado, lo que evita el uso indebido de la clave al hacer que los atributos de uso sean inseparables del material de la clave. Los requisitos de seguridad de los PIN de PCI exigen TR-31 para todos los intercambios de claves simétricas entre entidades de pago.

¿Cómo genera un HSM de pago evidencia de auditoría para las evaluaciones del PIN de PCI?

Los HSM de pago generan evidencia de auditoría a través de registros de auditoría interna de acceso administrativo y operaciones clave, guiones de ceremonias de claves y registros de firmas de custodios, registros de certificación de HSM, incluyendo la aprobación PCI PTS HSM y los documentos de validación FIPS, registros de implementación TR-31 y registros de inventario de claves. Todo esto es examinado por un Evaluador de Seguridad Calificado durante una evaluación de PIN PCI.

¿Qué ocurre si un módulo de seguridad de hardware (HSM) de pago detecta una manipulación?

Cuando un módulo de seguridad de hardware (HSM) de pago detecta manipulación, borra inmediatamente todo el material de clave almacenado en el hardware, sobrescribiendo cada valor de clave para que no pueda recuperarse del dispositivo. Los usuarios autorizados deben entonces restaurar las claves a partir de componentes de clave de respaldo en poder de los custodios, ensamblados bajo doble control. Esta respuesta física ante manipulación impide la extracción de claves de un dispositivo robado o abierto.