Der fehlende Baustein im Cloud-Sicherheitsmodell Bestehende Cloud-Sicherheitsmaßnahmen schützen Daten zuverlässig im Ruhezustand und bei der Übertragung, nicht jedoch während der Verarbeitung. Werden Daten zur Verarbeitung in den Arbeitsspeicher (RAM) geladen, liegen sie unverschlüsselt vor und sind somit für Cloud-Administratoren oder im Falle gezielter Angriffe zugänglich. Wer seine Daten in fremde Infrastrukturen auslagert, war bisher auf das Vertrauen in den Betreiber angewiesen – ein vertraglich geregeltes Versprechen, jedoch keine technische Garantie. Mit zunehmender Digitalisierung und dem wachsenden Druck zur Cloud-Migration – insbesondere in hochregulierten Bereichen wie der öffentlichen Verwaltung oder der Rüstungsindustrie reicht dieses Vertrauen jedoch nicht aus. Confidential Computing adressiert diese Herausforderung technologisch: Daten werden auch während ihrer aktiven Verarbeitung in hardwarebasierten Sicherheitszonen geschützt. Der Cloud-Betreiber wird technisch vom Zugriff auf die verarbeiteten Daten ausgeschlossen. Sicherheit entsteht somit nicht mehr durch Zusicherung, sondern durch kryptografisch nachweisbare Isolation. Was ist Confidential Computing? Confidential Computing ist eine Technologie, die Daten während der aktiven Verarbeitung, also im sogenannten Data-in-Use-Zustand, schützt. Die Verarbeitung findet dabei innerhalb einer hardwarebasierten, attestierten vertrauenswürdigen Ausführungsumgebung statt. Diese verhindert unbefugte Zugriffe sowie die Modifikation von Anwendungen und verarbeiteten Daten. Im Zusammenspiel mit bereits etablierten Schutzmaßnahmen vervollständigt Confidential Computing das sogenannte 3D-Sicherheitsmodell, das eine lückenlose Verschlüsselung über alle drei Datenzustände hinweg sicherstellt: Data at Rest: Daten im ruhenden Zustand, z. B. auf verschlüsselten Festplatten, Data in Transit: Daten bei der Übertragung, z. B. per VPN, Data in Use: Daten während der Verarbeitung im Arbeitsspeicher. Während die ersten beiden Zustände durch etablierte Verfahren wie Festplattenverschlüsselung und VPN zuverlässig abgedeckt sind, blieb Data in Use lange die blinde Stelle der Cloud-Sicherheit und ist damit der Ausgangspunkt der eigentlichen Herausforderung. Abbildung 1: Confidential Computing schließt die letzte Lücke in der Cloud-Sicherheit: Data in Use. Bedrohungsszenarien Warum brauchen wir Confidential Computing? Auch die öffentliche Verwaltung möchte von der Digitalisierung profitieren, wie es die Wirtschaft bereits seit Längerem tut. Allerdings hinkt die Umsetzung hinterher. Das BSI sieht Cloud Computing dabei als zentrales Rückgrat einer zukunftsfähigen Verwaltung: Für 80 % der öffentlichen Verwaltung hat die Cloud-Transformation eine hohe Relevanz. Bereits 71 % entwickeln eine Cloud-Strategie und nutzen erste Cloud Services. Doch nur 18 % setzen Cloud-Services umfangreich ein. Dabei geht es schon lange nicht mehr nur um klassische IT-Infrastrukturen: Confidential Cloud Computing ist ein technischer Weg, um auch besonders schutzbedürftige Fachverfahren sicher in die Cloud zu überführen. Viele davon, etwa solche mit VS-NfD-Einstufung, laufen jedoch noch isoliert auf eigener Hardware, da eine Cloud-Migration aus regulatorischen Gründen nicht ohne weiteres möglich ist. Das Kernproblem liegt in der Verarbeitung sensibler Daten in geteilten Infrastrukturen. Dabei entstehen drei Bedrohungsszenarien: Unbefugte Zugriffe durch Cloud-Administratoren: Privilegierte Systemzugänge bei Cloud-Anbietern ermöglichen potenziell Einblicke in Daten, die im RAM aktiv verarbeitet werden. Multi-Tenant-Risiken: Auf geteilter Hardware laufende Workloads verschiedener Mandanten können unter Umständen über Seitenkanäle voneinander beeinflusst werden. Für vertrauliche Szenarien ist bisher eine physische Trennung durch eigene Server erforderlich, was mit einem entsprechend hohen Kosten- und Betriebsaufwand verbunden ist. Side-Channel-Angriffe: Spezialisierte Hardware-Angriffe wie Spectre oder Meltdown nutzen Implementierungsschwächen moderner Prozessoren aus, um auf geschützten Speicher zuzugreifen. Verzahnung von Hardware und Kryptografie Wie funktioniert Confidential Computing? Sobald Daten zur Verarbeitung in den Arbeitsspeicher geladen werden, liegen sie unverschlüsselt vor und sind anfällig für Speicherabfragen, kompromittierte Root-Zugänge und gezielte Angriffe. Confidential Computing setzt hier an: Mithilfe einer hardwarebasierten vertrauenswürdigen Ausführungsumgebung (Trusted Execution Environment, TEE), Remote Attestierung und Laufzeitverschlüsselung werden die Daten während der Verarbeitung geschützt. TEEs nutzen Spezialfunktionen moderner Prozessoren, um den Speicherbereich der Enklave zu isolieren und vollständig zu verschlüsseln. Dadurch wird eine sichere Ausführungsumgebung geschaffen, die für das restliche System – einschließlich des Cloud-Betreibers – unsichtbar bleibt. Die Remote Attestierung liefert einen kryptografisch verifizierbaren Nachweis: Nur autorisierter, geprüfter Code läuft in einer nachweisbar intakten und manipulationsfreien Umgebung. Dieses Verfahren stellt sicher, dass das Sicherheitsversprechen der Enklave überprüfbar und technisch belastbar ist. Die Laufzeitverschlüsselung sorgt dafür, dass die Daten während des gesamten Verarbeitungszyklus verschlüsselt im RAM vorliegen. Sie werden ausschließlich innerhalb der CPU für den Moment der eigentlichen Berechnung entschlüsselt und beim Verlassen des Prozessors sofort wieder verschlüsselt. Diese enge Verzahnung von Hardware und Kryptografie macht die Sicherheit der Cloud-Infrastruktur messbar und ist nicht mehr von einer Vertrauensbeziehung zum Betreiber abhängig. Abbildung 2: Durchgängige Verschlüsselung von Daten: Durch den Einsatz hardwarebasierter Sicherheitszonen wird eine nachweislich abgeschottete Ablaufumgebung geschaffen, in der Daten in der Cloud verarbeitet werden können, ohne dass Dritte Einblick erhalten. regulatorischer Enabler Confidential Computing als Enabler für den öffentlichen Sektor und den Verteidigungsbereich Für Behörden und geheimschutzbetreute Organisationen ist Confidential Computing mehr als nur eine Sicherheitstechnologie – es ist ein regulatorischer Enabler. Das BSI hat Confidential Computing als validen Weg anerkannt, um den Schutz von Daten in Verwendung bei der Nutzung von Cloud-Lösungen im VS-Kontext der Bundesverwaltung umzusetzen. Confidential Computing als VS-NfD-Cloud-Enabler: Hardwarebasierte Souveränität mit BSI-Zulassung: Abschirmung von VS-NfD-Inhalten vor ungewollten Zugriffen Durchgängige Verschlüsselung der Daten bei Übertragung, Verarbeitung und Speicherung Technologischer Vertrauensersatz: Kryptografische Sicherheit statt reinem Vertrauen in den Cloud-Betreiber Ökosystem für den Einsatz von Off-the-shelf-Cloud-Technologien in regulierten Umgebungen Katalysator für Behörden-Innovation: sicherer Zugriff auf Cloud-Ressourcen ohne Kompromisse beim Geheimschutz. genua entwickelt auf Basis dieser Technologie ein Produktportfolio, das gezielt auf die Anforderungen des öffentlichen Sektors und geheimschutzbetreuter Organisationen ausgerichtet ist. Ziel ist es, entsprechende BSI-Zulassungen für den VS-NfD-Bereich zu erhalten. Aspekt Herkömmliche Cloud-Sicherheit Confidential Computing Schutzbereich Data at Rest und Data in Transit Zusätzlich: Data in Use Vertrauensbasis Vertragliche Zusicherung des Betreibers („Security by Contract“) Kryptografisch verifizierbarer Nachweis (Remote Attestierung) Betreiberzugriff Technisch möglich, vertraglich ausgeschlossen Technisch ausgeschlossen Mandatentrennung Oft physische Trennung erforderlich Sichere logische Trennung auf gemeinsamer Hardware Regulatorik (VS-NfD) Eingeschränkt möglich BSI-anerkannter Ansatz für Data-in-Use-Schutz Tabelle 1: Confidential Computing vs. herkömmlicher Cloud-Sicherheit Häufig gestellte Fragen Wie funktioniert Hardware-Isolation im Confidential Computing? > 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. Was bedeutet Remote-Attestierung und warum ist sie wichtig? > 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. Welche Probleme löst CoCo? > 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 Warum ist Confidential Computing für die Verarbeitung von VS-NfD-Daten relevant? > 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. Wie beeinflusst Confidential Computing die Systemarchitektur? > 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. Was ist der Unterschied zwischen TEE und Confidential Computing? > 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. Was ist der Unterschied zwischen herkömmlicher Cloud-Sicherheit und Confidential Computing? > 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. Wie funktioniert Confidential Computing in der Cloud? > 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. Kann der Cloud-Anbieter trotz Confidential Computing auf meine Daten zugreifen? > 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. Hat Confidential Computing Auswirkungen auf die Performance? > 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. Welche weiteren Anwendungsfelder gibt es? > 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. Wie trägt Confidential Computing zur DSGVO-Compliance bei? > 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. Welche vier Arten von Cloud Computing gibt es? > 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. Wie unterscheidet sich Confidential Computing von Zero Trust? > 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. Lassen Sie sich jetzt beraten Sie interessieren sich für eine Beratung von unseren Experten, wie Sie Ihre eigene Cloud-Infrastruktur zuverlässig vor Bedrohungen schützen können? Dann melden Sie sich jetzt! ANREDE Herr Frau Divers Keine Angabe Anrede * Vorname Nachname * E-Mail * Telefonnummer Firma * Ihre Anfrage * Weitere Informationen zur Verarbeitung Ihrer personenbezogenen Daten finden Sie in unseren Datenschutzhinweisen . Absenden Security by Design Sicherheit per Design und per Default VS-NfD VS-NfD-konforme P-A-P-Struktur
