Confidential Computing: Data-in-Use sicher in der Cloud

Abgeschottete Bereiche innerhalb der Hardware, sogenannte Trusted Execution Environments (TEEs) oder Enklaven, bilden den technischen Kern der Hardware-Isolation. Spezialfunktionen moderner Prozessoren ermöglichen es, bestimmte Bereiche des Hauptspeichers für eine Enklave zu reservieren und vollständig zu verschlüsseln. Dadurch sind Workloads im RAM vor externen Zugriffen und Modifikationen geschützt.

Remote-Attestierung ist ein kryptografisches Verfahren, das vor dem Start der Datenverarbeitung bestätigt, dass ausschließlich autorisierter Code in einer intakten und manipulationsfreien Hardwareumgebung ausgeführt wird. Ohne Attestierung wäre das Sicherheitsversprechen einer Enklave nicht überprüfbar. Die Attestierung macht das Vertrauen in die Ausführungsumgebung nachweisbar und damit belastbar.

• Die „Sicherheitslücke“ bei der Datenverarbeitung 
• Die „Vertrauensfrage“ gegenüber Cloud-Anbietern 
• Risiken durch geteilte Infrastrukturen (Multi-Tenancy)
• Schutz vor spezialisierten Hardware-Angriffen
• Regulatorische Hürden für Behörden und Defense
• Schutz von geistigem Eigentum und KI

Behörden stehen unter Druck, die Vorteile der Cloud wie Skalierbarkeit und Effizienz zu nutzen, scheitern jedoch bei sensiblen Fachverfahren an regulatorischen Hürden. Confidential Computing schafft eine nachweisbar abgeschottete Ausführungsumgebung, die den Zugriff durch den Cloud-Betreiber technisch verhindert. Das BSI hat diesen Ansatz als validen Weg für den Data-in-Use-Schutz im VS-Cloud-Kontext anerkannt.

Confidential Computing verändert, wo und wie Vertrauen in einer IT-Architektur verankert wird. Anstatt dem gesamten Software-Stack – bestehend aus Betriebssystem, Hypervisor und Cloud-Plattform – zu vertrauen, wird die vertrauenswürdige Rechenbasis auf die Hardware selbst reduziert. Das hat Konsequenzen für das Architekturdesign: Anwendungen müssen so strukturiert sein, dass schutzbedürftige Komponenten klar von unkritischen getrennt und in Enklaven ausgelagert werden können. Remote-Attestierung wird dabei zu einem festen Bestandteil des Systemdesigns.

Ein Trusted Execution Environment (TEE) ist die zugrundeliegende Hardwarekomponente, also eine hardwarebasierte, isolierte Ausführungsumgebung. Confidential Computing ist der übergeordnete Begriff für den Ansatz, Daten während ihrer Verarbeitung durch TEEs zu schützen. Ein TEE ist das technische Mittel, Confidential Computing das Sicherheitsparadigma.

Herkömmliche Sicherheitslösungen schützen Daten im ruhenden Zustand (Data at Rest) sowie bei der Übertragung (Data in Transit). Während der eigentlichen Verarbeitung im Arbeitsspeicher sind sie jedoch ungeschützt. Confidential Computing schließt diese Lücke durch hardwarebasierte Isolation und macht den Schutz kryptografisch nachweisbar. Der zentrale Unterschied besteht darin, dass Sicherheit nicht durch vertragliches Vertrauen in den Betreiber, sondern durch technische Garantien entsteht.

In Cloud-Umgebungen läuft Confidential Computing auf der physischen Hardware des Anbieters, jedoch so, dass dieser selbst keinen Zugriff auf die verarbeiteten Daten hat. Die Enklave wird direkt auf dem Prozessor des Cloud-Servers eingerichtet, während Hypervisor und Betriebssystem des Anbieters ausgeschlossen bleiben. Für die Nutzenden ist dieser Prozess transparent: In vielen Fällen können bestehende Anwendungen ohne grundlegende Änderungen in einer Confidential-Computing-Umgebung betrieben werden, beispielsweise als Confidential VM, in Linux-basierten Container-Umgebungen wie Kubernetes oder als isolierte Enklave auf dem physischen Server des Anbieters.

Nein. Durch hardwarebasierte Enklaven (Trusted Execution Environments, TEE) werden die Daten im RAM vollständig verschlüsselt und erst unmittelbar vor der Berechnung innerhalb der CPU entschlüsselt. Cloud-Administratoren werden technisch aus der vertrauenswürdigen Rechenbasis ausgeschlossen. Ein unbefugter Einblick in die verarbeiteten Inhalte ist somit nicht möglich – unabhängig von den Zugriffsrechten des Betreibers.

Ja. Die fortlaufende Verschlüsselung und Entschlüsselung im Arbeitsspeicher sowie der Overhead durch die Enklave führen zu messbaren Performance-Einbußen gegenüber einem nicht abgesicherten Betrieb. Das Ausmaß ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall und der eingesetzten Hardwareplattform. Für viele praxisrelevante Szenarien ist dieser Overhead angesichts der erzielten Sicherheitseigenschaften jedoch akzeptabel.

Confidential Computing findet zunehmend Anwendung im Gesundheitswesen (z. B. DSGVO-konformer Betrieb von Patientendaten in der Cloud), im Finanzsektor (z. B. DORA-Compliance), in KI-Szenarien (Schutz von Trainingsdaten und Nutzer-Prompts) sowie in industriellen Umgebungen zum Schutz von geistigem Eigentum und zur Absicherung von Fernwartungszugängen. Diese Anwendungsfälle haben gemeinsam, dass vertrauliche Daten auch während ihrer Verarbeitung in geteilter Infrastruktur geschützt sein müssen.

Die DSGVO fordert technische und organisatorische Maßnahmen zum Schutz personenbezogener Daten – auch während ihrer Verarbeitung. Confidential Computing unterstützt die Einhaltung dieser Anforderungen, indem es den Zugriff durch den Infrastrukturbetreiber technisch ausschließt und diesen Ausschluss kryptografisch nachweisbar macht. Damit lässt sich auch in Cloud-Umgebungen dokumentieren, dass personenbezogene Daten zu keinem Zeitpunkt unbefugt eingesehen werden konnten.

Cloud Computing wird typischerweise in vier Bereitstellungsmodelle unterteilt: Public Cloud (geteilte Infrastruktur eines Anbieters, öffentlich zugänglich), Private Cloud (dedizierte Infrastruktur für eine Organisation), Hybrid Cloud (Kombination aus Public und Private Cloud) sowie Multi-Cloud (parallele Nutzung mehrerer Cloud-Anbieter). Confidential Computing ist grundsätzlich in allen vier Modellen einsetzbar und adressiert jeweils das gleiche Grundproblem: den Schutz von Daten während ihrer Verarbeitung – unabhängig davon, wer die Infrastruktur betreibt.

Confidentional Computing und Zero Trust sind sich ergänzende Konzepte. Zero Trust ist ein Sicherheitsparadigma, das jeden Zugriff auf Netzwerke und Anwendungen individuell prüft und kein implizites Vertrauen gewährt – unabhängig davon, ob der Zugriff von innen oder außen erfolgt. Confidential Computing operiert auf einer anderen Ebene: Es schützt nicht den Zugriff auf Ressourcen, sondern die Daten während ihrer aktiven Verarbeitung in der Hardware. Beide Ansätze schließen sich nicht aus, sondern ergänzen sich in einer mehrschichtigen Sicherheitsarchitektur.