FIPS 140-3

FIPS 140-3 (Federal Information Processing Standard Publication 140-3) — это федеральный стандарт обработки информации США, устанавливающий требования к криптографическим модулям для обеспечения безопасности информационных систем государственных учреждений. Стандарт определяет классификацию, уровни защиты, методы тестирования и сертификации программных и аппаратных средств, реализующих криптографические функции. FIPS 140-3 является преемником стандарта FIPS 140-2 и был опубликован Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) в 2019 году.

История

Предпосылки создания

Разработка стандартов FIPS началась в 1970-х годах в рамках политики США по стандартизации криптографических средств для федеральных ведомств. Первый стандарт, FIPS 140-1, был опубликован в 1994 году и содержал четыре уровня безопасности. В 2001 году его сменил FIPS 140-2, который стал основным документом для сертификации криптографических модулей на протяжении почти двух десятилетий.

Разработка FIPS 140-3

Работа над новым стандартом началась в 2013 году в связи с устареванием требований FIPS 140-2, особенно в части алгоритмов (например, SHA-1) и методов аутентификации. Проект прошёл несколько этапов публичного обсуждения, и окончательная версия была утверждена 22 марта 2019 года. Стандарт вступил в силу 22 сентября 2019 года, заменив FIPS 140-2. Однако переходный период, в течение которого допускалась сертификация по старому стандарту, продлился до 22 сентября 2021 года.

Отношения с другими стандартами

FIPS 140-3 тесно связан с международным стандартом ISO/IEC 19790:2012 «Информационные технологии — Методы безопасности — Требования безопасности к криптографическим модулям». Фактически, FIPS 140-3 является адаптацией этого международного стандарта для нужд правительства США с дополнительными требованиями, изложенными в документе NIST SP 800-140.

Структура и уровни безопасности

Уровни защиты

Стандарт определяет четыре возрастающих уровня безопасности, каждый из которых добавляет новые требования к физической защите, аутентификации и контролю доступа:

Криптографические алгоритмы

FIPS 140-3 требует использования только утверждённых NIST криптографических алгоритмов. К ним относятся:

• Симметричные шифры: AES (с длиной ключа 128, 192, 256 бит), Triple DES (ограниченно, только для совместимости).
• Асимметричные алгоритмы: RSA (с длиной ключа не менее 2048 бит), ECDSA, DSA.
• Хеш-функции: SHA-2 (SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512), SHA-3.
• Протоколы: TLS 1.2 и 1.3 (с определёнными настройками).

Требования к криптографическим модулям

Классификация модулей

Стандарт выделяет два типа модулей:

• Программные модули — реализованные в виде программного обеспечения, работающего на стандартном аппаратном обеспечении.
• Аппаратные модули — реализованные на специализированных микросхемах, платах расширения или в виде отдельных устройств.

Основные области требований

FIPS 140-3 охватывает 11 областей требований (security areas):

1. Криптографический модуль — определение границ модуля, его интерфейсов и логической структуры.
2. Интерфейсы и порты — физические и логические интерфейсы для ввода/вывода данных, управления, питания.
3. Роли, услуги и аутентификация — определение ролей (оператор, администратор) и механизмов входа.
4. Модель конечного автомата — описание состояний модуля (инициализация, работа, ошибка, остановка).
5. Физическая безопасность — для аппаратных модулей: защита от вскрытия, пломбирование, датчики.
6. Операционная среда — для программных модулей: требования к ОС, изоляции процессов, защите памяти.
7. Криптографический ключ управления — генерация, хранение, распределение, уничтожение ключей.
8. ЭМИ/ЭМС — защита от электромагнитных помех и утечек.
9. Самопроверка — модуль должен выполнять тесты при запуске и периодически.
10. Обеспечение безопасности — документация, управление конфигурацией, процедуры.
11. Устойчивость к атакам — защита от атак по сторонним каналам (например, временной анализ).

Процесс сертификации

Участвующие организации

Сертификация по FIPS 140-3 проводится в рамках программы CMVP (Cryptographic Module Validation Program), которая управляется совместно NIST и Канадским центром кибербезопасности (CCCS). Лаборатории, аккредитованные NVLAP (National Voluntary Laboratory Accreditation Program), проводят тестирование.

Этапы сертификации

1. Разработка и документация — производитель готовит техническую документацию, включая описание модуля, политику безопасности, тестовые сценарии.
2. Тестирование в лаборатории — аккредитованная лаборатория проводит функциональные тесты, тесты на соответствие алгоритмам, тесты на устойчивость к атакам.
3. Проверка NIST — после завершения лабораторных испытаний NIST и CCCS проверяют отчёт и выдают сертификат.
4. Публикация — сертифицированный модуль вносится в реестр на сайте NIST.

Срок действия

Сертификат действителен в течение пяти лет, после чего требуется повторная сертификация. При изменении версии модуля или операционной среды может потребоваться частичная или полная пересертификация.

Применение

Государственный сектор США

Все федеральные агентства США обязаны использовать криптографические модули, сертифицированные по FIPS 140-3, для защиты информации, отнесённой к категории «чувствительной, но не секретной» (Sensitive but Unclassified, SBU). Это касается систем электронного документооборота, защищённой электронной почты, VPN-шлюзов, систем шифрования дисков.

Коммерческий сектор

Хотя стандарт обязателен только для государственных учреждений, многие коммерческие компании, особенно работающие с правительственными контрактами, также требуют сертификации FIPS 140-3. Примеры продуктов, прошедших сертификацию:

• Программные библиотеки: OpenSSL (с патчами FIPS), Bouncy Castle.
• Аппаратные модули: HSM (Hardware Security Module) от компаний Thales, Utimaco, IBM.
• Операционные системы: некоторые версии Windows Server и Red Hat Enterprise Linux с включённым режимом FIPS.

Международное использование

Стандарт признаётся не только в США, но и в других странах, включая Канаду (через совместную программу), Японию, Австралию и государства Евросоюза. В России сертификация по FIPS 140-3 не является обязательной, однако некоторые организации, работающие с международными партнёрами, могут использовать такие модули.

Критика и ограничения

Недостатки

• Сложность и стоимость — сертификация может занимать от нескольких месяцев до года и стоить десятки тысяч долларов, что затрудняет её для малых разработчиков.
• Закрытость алгоритмов — стандарт требует использования только утверждённых NIST алгоритмов, что исключает применение альтернативных криптосистем (например, постквантовых, не прошедших стандартизацию).
• Отсутствие защиты от уязвимостей — сертификация проверяет соответствие требованиям, но не гарантирует отсутствие программных ошибок или уязвимостей в реализации.

Альтернативы

В некоторых странах существуют собственные стандарты сертификации криптографических модулей, например:

• ГОСТ Р 34.10-2012 (Россия) — требования к криптографическим алгоритмам.
• Common Criteria (ISO/IEC 15408) — международный стандарт, который может включать криптографические требования.

Интересные факты

• Первый сертификат по FIPS 140-3 был выдан в 2020 году для аппаратного модуля HSM от компании Thales.
• Стандарт требует, чтобы модуль выполнял самопроверку (self-test) при каждом включении питания, включая тесты алгоритмов (KAT — Known Answer Test) и тесты целостности.
• В 2023 году NIST объявил о начале работы над FIPS 140-4, который будет учитывать постквантовую криптографию и облачные среды.

Источники

• National Institute of Standards and Technology. FIPS PUB 140-3: Security Requirements for Cryptographic Modules. — Gaithersburg, MD, 2019.
• NIST Special Publication 800-140: Implementation Guidance for FIPS 140-3 and the Cryptographic Module Validation Program. — 2021.
• International Organization for Standardization. ISO/IEC 19790:2012: Information technology — Security techniques — Security requirements for cryptographic modules. — Geneva, 2012.
• Cryptographic Module Validation Program (CMVP) — официальный сайт NIST.
• Федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» от 27.07.2006 № 149-ФЗ (в части требований к криптографическим средствам, используемым в РФ).