Advancing hardware security with open-source Integrated HSM technology

在今年的OCP全球峰会上，微软宣布启动Project Tessera项目，这是微软Azure集成硬件安全模块（HSM）技术的演进版本，该项目由微软与Marvell®、Oracle以及开放计算项目（OCP）联合开发，全面转向开源倡议。Project Tessera进一步推进了我们在平台安全领域推动开放、行业通用标准的承诺。

Project Tessera的初衷非常明确：当整个行业协作推进硬件安全时，全行业都能从中受益。

Project Tessera延续了Azure集成HSM引入的直接连接HSM架构的工作负载，向更广泛的社区开源架构、规格、协议、驱动程序、软件、固件和可重复构建环境。随着时间推移，该计划将逐步实现完全开源的硅芯片实现，同时广泛提供硬件，使生态系统中的各类组织能够采用、集成并为该平台做出贡献。

这一方法延续了微软与其他行业合作伙伴在Caliptra项目中建立的模式，Caliptra是一个完全开源的硅芯片信任根，现已在硬件生态系统中得到广泛应用微软Azure集成HSM的开源实践。通过Project Tessera，微软、Marvell®、Oracle和开放计算项目等业界领袖将采用相同的透明度和协作模式，与行业共同推进硬件密钥保护技术。

网络安全形势正在迅速变化，保护密钥和凭证的重要性前所未有。我们现在正面临两大代际变革，从根本上重塑我们对网络安全格局的认知：

1. 人工智能正在提升网络攻击的速度和规模

人工智能驱动的攻击正在增加攻击的规模、速度和复杂性，为攻击者提供了新的操作方式，并压缩了漏洞发现与利用之间的时间间隔。这些能力放大了凭证窃取、密钥外泄和签名滥用等风险。

密钥和凭证是高价值的控制资产。一旦被攻破，攻击者可以伪装成受信任实体，绕过安全控制，授权恶意操作，暴露敏感数据，并破坏软件安全防御。保护这些资产需要具备多层强化防护的基础设施，能够抵御来自多个并发攻击向量的持续攻击。

1. 量子计算正在改变密码学风险范围

量子计算承诺带来变革性进展，但它也对当今许多密码算法构成风险。足够强大的量子计算机可能破解广泛使用的公钥密码学，从而破坏数字签名、身份验证和身份验证机制。

后量子密码学曾被视为一项重要但遥远的技术变革。随着量子计算的进步，组织逐渐认识到过渡的紧迫性、规模和复杂性，这一视角已发生改变。基于HSM的签名基础设施将是首批迁移的关键系统之一，需要支持后量子密码学且与传统HSM兼容的HSM来实现迁移。

这些新兴威胁推动了Azure集成HSM的开发，该方案旨在满足基于硬件的密钥保护严格安全标准，同时通过大规模部署量子抗性集成HSM，加速微软向后量子密码学的过渡。

Azure集成HSM引入了与工作负载绑定的HSM，使加密操作更接近工作负载，同时密钥始终在HSM安全边界内持续保护。这种架构增强了密钥保护，提升了加密性能，提供了加密灵活性，并简化了操作模型。

Tessera是Azure首个集成HSM模型的演进，结合了在大规模部署Azure集成HSM过程中获得的经验，并通过与Open Compute Project的合作推动技术进步，目标是全面应对人工智能和量子计算时代密钥与凭证管理的挑战。

**消除密钥管理反模式**

在集中式HSM部署模型中，HSM基础设施与计算资源分离，需要加密操作通过网络传输。由此产生的延迟和操作依赖性可能导致企业采用提高性能或可用性的变通方案，但无意中削弱了密钥保护。这些常见的密钥管理反模式包括：

• HSM密钥可能充当证书颁发机构，并对外部生成的密钥进行背书。这些密钥随后可能作为受信任的代理使用，却未接受同等的硬件保护。

• HSM生成的密钥可能被创建为可提取的，并以加密形式从HSM导出。当密钥在HSM之外使用时，可能无法达到FIPS 140-3 Level 3 HSM的同等安全保证，从而更容易受到泄露或滥用。

其他反模式做法包括将密钥缓存到HSM之外以提高弹性、使用软件持有密钥以减少与远程HSM的网络延迟、共享密钥和安全域以简化治理、依赖专有协议实现互操作性。这些实践旨在优先保障操作灵活性，但可能导致密钥保护、策略执行和可审计的溯源性在不同环境中的一致性降低，削弱HSM本应提供的安全价值。

Project Tessera的目标是推动集成HSM模型的演进，以应对行业面临的挑战，同时不牺牲安全性。该项目将交付Tessera集成HSM，这是一个完全开源的集成HSM，旨在在整个密钥生命周期中始终如一地强制执行FIPS 140-3三级密钥保护标准。

通过将强硬件根保护与开源实现和开放协议相结合，Tessera集成HSM为实现更高的透明度、互操作性和HSM生态系统创新开辟了路径。原生支持的量子抗性密码学将有助于行业向后量子密码学的过渡。

图1：Tessera集成HSM

**展示开放、互操作的HSM生态系统**

今天在Open Compute Project全球峰会上，微软与Marvell®演示了Tessera集成HSM传输协议，展示了在Tessera集成HSM和Marvell® LiquidSecurity® 2 HSM之间建立HSM分区克隆和弹性环的能力。演示展示了两种异构HSM如何在一个弹性且统一的安全域中协同工作。安全域内的不可提取密钥始终在HSM内部受到保护，仅对参与安全域的授权HSM分区可用，并始终由分区所有者单独控制。

Tessera集成HSM协议使用后量子密码学保护HSM之间的通信。这使得与Tessera集成HSM关联的授权工作负载可以同时使用经典密码学和后量子密码学服务，同时密钥在HSM边界内保持安全，且只能由密钥所有者授权使用。

图2：分区克隆示例

Project Tessera的规范、协议、软件库、驱动程序、固件和硬件均通过Tessera集成HSM GitHub提供。未来，该仓库将增加更多开源硅芯片、新的硬件设计以及与社区共同开发的增强功能。

**通过机密计算扩展Project Tessera**

OCP社区内参与Project Tessera的早期合作者正在探索Tessera集成HSM密钥保护架构如何超越专用集成HSM硬件系统的应用范围。作为这项工作的组成部分，该项目正在开源一个基于unikernel的最小化Tessera固件堆栈，该固件设计用于在硬件隔离的机密计算环境中运行。

该实现使用与硬件集成HSM相同的固件堆栈，将通用安全架构扩展到HSM和机密计算环境。在此模型中，加密密钥在机密计算容器内受到保护，该容器为安全绑定工作负载（包括工作容器和虚拟机）提供加密服务。初始实现利用了AMD SEV-SNP，并与开源虚拟化技术如OpenVMM集成，Open Compute社区正在努力扩展对其他机密计算架构的支持。

Project Tessera的互补部署模型在具有不同硬件能力和保证要求的系统中扩展了强大的密钥保护。对于没有专用集成HSM硬件的平台，机密计算提供了广泛部署的、硬件隔离的密钥保护，且具有最小的可信计算基础。

Project Tessera提供了最高水平的硬件保证，其专用、防篡改的安全边界设计可满足严格的认证要求，包括FIPS 140-3 Level 3和Common Criteria。

图3：保证级别的保护配置文件

这些部署模型共享相同的Project Tessera固件和编程模型，为组织在基础设施中提供一致的加密安全基础，同时为新系统中集成HSM和更高保证级别提供自然的升级路径。

这些模型共同使强大的密钥保护在具有不同安全保证需求的广泛系统中变得可访问，所有这些都基于通用的开源架构。随着Open Compute Project社区持续推进Tessera集成HSM的发展，我们看到了更广泛的行业协作机会，可以加强密钥保护、扩展安全密钥管理，并加速整个生态系统的创新。

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欲了解更多信息，请前往Open Compute Project Global Summit上的微软展位观看实时演示，在GitHub上探索Tessera集成HSM实现，并阅读微软基础设施社区博客获取更多硬件安全公告：OCP2026硬件安全更新。

查看微软在本次OCP峰会的参与情况：aka.ms/OCP2026

了解更多关于Azure基础设施的信息：aka.ms/silicontosystems