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Elastic 文档 ›Elasticsearch 指南 [8.17] ›保护 Elastic Stack ›手动配置安全性

FIPS 140-2

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FIPS 140-2

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联邦信息处理标准 (FIPS) 出版物 140-2 (FIPS PUB 140-2)，题为“密码模块的安全要求”，是美国政府用于批准密码模块的计算机安全标准。Elasticsearch 提供符合 FIPS 140-2 的模式，因此可以在配置了 FIPS 140-2 的 JVM 中运行。

与 Elasticsearch 捆绑的 JVM 未配置为 FIPS 140-2。您必须配置具有 FIPS 140-2 认证的 Java 安全提供程序的外部 JDK。有关支持的 JVM 配置，请参阅 Elasticsearch JVM 支持矩阵。有关所需的许可，请参阅订阅。

符合 FIPS 140-2 的要求需要仅使用 FIPS 批准的/NIST 推荐的加密算法。通常可以通过以下方式完成此操作

  • 安装和配置 FIPS 认证的 Java 安全提供程序。
  • 确保 Elasticsearch 的配置符合 FIPS 140-2，如下所述。
  • 在 elasticsearch.yml 中将 xpack.security.fips_mode.enabled 设置为 true。请注意 - 仅此设置不足以符合 FIPS 140-2。

为 FIPS 140-2 配置 Elasticsearch

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有关 FIPS 140-2 合规性所需配置的详细说明超出了本文档的范围。用户有责任确保符合 FIPS 140-2。Elasticsearch 已经使用下面描述的特定配置进行了测试。但是，还有其他配置可以实现合规性。

以下是所需配置的总体概述

  • 使用外部安装的 Java 安装。与 Elasticsearch 捆绑的 JVM 未配置为 FIPS 140-2。
  • 在 Elasticsearch 的 lib 目录中安装 FIPS 认证的安全提供程序 .jar 文件。
  • 配置 Java 以使用 FIPS 认证的安全提供程序（请参见下文）。
  • 配置 Elasticsearch 的安全管理器以允许使用 FIPS 认证的提供程序（请参见下文）。
  • 确保密钥库和信任库已正确配置（请参见下文）。
  • 确保 TLS 设置已正确配置（请参见下文）。
  • 确保密码哈希设置已正确配置（请参见下文）。
  • 确保缓存的密码哈希设置已正确配置（请参见下文）。
  • 配置 elasticsearch.yml 以使用 FIPS 140-2 模式，请参阅（下文）。
  • 验证安全提供程序是否已正确安装和配置（请参见下文）。
  • 查看升级注意事项（请参见下文）和限制（请参见下文）。

Java 安全提供程序

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有关安装和配置 FIPS 认证的 Java 安全提供程序的详细说明超出了本文档的范围。具体而言，需要一个 FIPS 认证的 JCA 和 JSSE 实现，以便 JVM 使用 FIPS 验证的 NIST 推荐的加密算法实现。

Elasticsearch 已使用 Bouncy Castle 的 bc-fips 1.0.2.5 和 bctls-fips 1.0.19 进行了测试。有关哪些 JVM 和安全提供程序组合在 FIPS 模式下受支持的详细信息，请参阅 Elasticsearch JVM 支持矩阵。Elasticsearch 不附带 FIPS 认证的提供程序。用户有责任安装和配置安全提供程序，以确保符合 FIPS 140-2。使用 FIPS 认证的提供程序将确保仅使用批准的加密算法。

要配置 Elasticsearch 以使用其他安全提供程序，请配置 Elasticsearch 的 JVM 属性 java.security.properties 以指向 Elasticsearch 的 config 目录中的文件（示例）。确保 FIPS 认证的安全提供程序配置为最低顺序。此文件应包含必要的配置，以指示 Java 使用 FIPS 认证的安全提供程序。

Java 安全管理器

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在 Elasticsearch 中运行的所有代码都受到 Java 安全管理器强制执行的安全限制。您已安装和配置的安全提供程序可能需要其他权限才能正常工作。您可以通过提供自己的 Java 安全策略来授予这些权限

要配置 Elasticsearch 的安全管理器，请配置 JVM 属性 java.security.policy 以指向 Elasticsearch 的 config 目录中具有所需权限的文件（示例）。此文件应包含 Java 安全管理器授予安全提供程序所需权限的必要配置。

Elasticsearch 密钥库

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FIPS 140-2（通过 NIST 特别出版物 800-132）规定加密密钥应至少具有 112 位的有效强度。因此，存储节点安全设置的 Elasticsearch 密钥库需要使用满足此要求的密码进行密码保护。这意味着密码需要 14 个字节长，这相当于 14 个字符的 ASCII 编码密码或 7 个字符的 UTF-8 编码密码。您可以使用 elasticsearch-keystore passwd 子命令来更改或设置现有密钥库的密码。请注意，当密钥库受密码保护时，您必须在每次 Elasticsearch 启动时都提供密码。

TLS

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FIPS 140-2 不允许使用 SSLv2 和 SSLv3，因此不能将 SSLv2Hello 和 SSLv3 用于 ssl.supported_protocols。

TLS 密码的使用主要受相关加密模块（您的 JVM 使用的 FIPS 批准的安全提供程序）的约束。Elasticsearch 中默认配置的所有密码都符合 FIPS 140-2，因此可以在 FIPS 140-2 JVM 中使用。请参阅ssl.cipher_suites。

TLS 密钥库和密钥

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密钥库可以在许多通用 TLS 设置中使用，以便方便地存储密钥和信任材料。在配置了 FIPS 140-2 的 JVM 中，既不能使用 JKS，也不能使用 PKCS#12 密钥库。请避免使用这些类型的密钥库。您的 FIPS 140-2 提供程序可以提供可以使用的符合要求的密钥库实现，或者您可以使用 PEM 编码的文件。要使用 PEM 编码的密钥材料，您可以使用相关的 *.key 和 *.certificate 配置选项，对于信任材料，您可以使用 *.certificate_authorities。

FIPS 140-2 合规性规定用于 TLS 的公钥长度必须与 TLS 中使用的对称密钥算法的强度相对应。根据您选择使用的 ssl.cipher_suites 值，TLS 密钥必须具有与下表对应的长度

表 83. 可比的密钥强度

对称密钥算法

RSA 密钥长度

ECC 密钥长度

3DES

2048

224-255

AES-128

3072

256-383

AES-256

15630

512+

存储的密码哈希

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虽然 Elasticsearch 提供了许多用于安全地哈希磁盘上凭据的算法，但只有基于 PBKDF2 的算法系列符合 FIPS 140-2 对于存储密码哈希的要求。但是，由于 PBKDF2 本质上是一个密钥派生函数，您的 JVM 安全提供程序可能会强制执行 112 位密钥强度要求。尽管 FIPS 140-2 没有规定用户密码标准，但此要求可能会影响 Elasticsearch 中的密码哈希。为了满足此要求，同时允许您使用满足您安全策略的密码，Elasticsearch 提供了 pbkdf2_stretch，这是在 FIPS 140-2 环境中运行 Elasticsearch 时建议使用的哈希算法。pbkdf2_stretch 在将用户密码传递给 PBKDF2 实现之前，会对用户密码执行一轮 SHA-512。

如果您有外部策略和工具可以确保保留的、本地的和文件领域的所有用户密码都长于 14 个字节，您仍然可以使用纯 pbkdf2 选项之一，而不是 pbkdf2_stretch。

您必须将 xpack.security.authc.password_hashing.algorithm 设置为可用的 pbkdf_stretch_* 值之一。启用 FIPS-140 模式后，xpack.security.authc.password_hashing.algorithm 的默认值为 pbkdf2_stretch。请参阅用户缓存和密码哈希算法。

密码哈希配置更改不是追溯性的，因此不会更新磁盘上保留的、本地的和文件领域的现有用户的存储哈希凭据。为了确保符合 FIPS 140-2，请使用文件领域的 elasticsearch-user CLI 工具以及本地和保留领域的创建用户和更改密码 API 重新创建用户或更改其密码。其他类型的领域不受影响，不需要任何更改。

缓存的密码哈希

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对于缓存哈希，建议使用 ssha256（加盐 sha256）。虽然 PBKDF2 符合 FIPS-140-2 标准，但它的设计使其速度较慢，因此通常不适合作为缓存哈希算法。缓存的凭据永远不会存储在磁盘上，而加盐 sha256 为内存中的凭据哈希提供了足够的安全性，而不会造成过高的性能开销。您可以使用 PBKDF2，但应首先仔细评估性能影响。根据您的部署情况，PBKDF2 的开销可能会抵消使用缓存的大部分性能增益。

要么将所有 cache.hash_algo 设置为 ssha256，要么将其保留为未定义，因为 ssha256 是所有 cache.hash_algo 设置的默认值。请参阅用户缓存和密码哈希算法。

用户缓存在节点重启时将被清空，因此任何使用不合规算法的现有哈希都将被丢弃，并且将使用您选择的算法创建新的哈希。

配置 Elasticsearch elasticsearch.yml

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  • 在 elasticsearch.yml 中将 xpack.security.fips_mode.enabled 设置为 true。此设置用于确保将一些内部配置配置为符合 FIPS 140-2 标准，并提供一些额外的验证。
  • 将 xpack.security.autoconfiguration.enabled 设置为 false。这将禁用安全设置的自动配置。用户必须确保安全设置已正确配置为符合 FIPS-140-2 标准。这仅适用于新安装。
  • 根据需要设置 xpack.security.authc.password_hashing.algorithm，请参阅上方。
  • 其他相关的安全设置。例如，传输和 HTTP 接口的 TLS。（此处或下面的示例中未明确涵盖）
  • 可选：在 elasticsearch.yml 中设置 xpack.security.fips_mode.required_providers，以确保所需的安全提供程序（8.13+）。请参阅下方。
xpack.security.fips_mode.enabled: true
xpack.security.autoconfiguration.enabled: false
xpack.security.fips_mode.required_providers: ["BCFIPS", "BCJSSE"]
xpack.security.authc.password_hashing.algorithm: "pbkdf2_stretch"

验证安全提供程序是否已安装

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要验证安全提供程序是否已安装并正在使用，您可以使用以下任一步骤

  • 验证所需的安全提供程序是否在 java.security.properties 指向的文件中以最低的顺序配置。例如，security.provider.1 的顺序低于 security.provider.2
  • 在 elasticsearch.yml 中将 xpack.security.fips_mode.required_providers 设置为所需安全提供程序的列表。此设置用于确保正确安装和配置了正确的安全提供程序。(8.13+) 如果未正确安装安全提供程序，Elasticsearch 将无法启动。["BCFIPS", "BCJSSE"] 是用于 Bouncy Castle 的 FIPS JCE 和 JSSE 认证提供程序的值。

升级注意事项

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Elasticsearch 8.0+ 需要 Java 17 或更高版本。Elasticsearch 8.13+ 已经过 Bouncy Castle 的 Java 17 认证 FIPS 实现的测试，是在 FIPS 140-2 模式下运行 Elasticsearch 时推荐的 Java 安全提供程序。请注意 - Elasticsearch 不附带 FIPS 认证的安全提供程序，需要显式安装和配置。

或者，考虑使用 FedRAMP 认证的 GovCloud 区域中的 Elasticsearch Service。

某些加密算法可能在更新的 FIPS 140-2 安全提供程序中不再默认可用。值得注意的是，现在不鼓励使用 Triple DES 和 PKCS1.5 RSA，Bouncy Castle 现在需要显式配置才能继续使用这些算法。

如果您计划将现有集群升级到可以在 FIPS 140-2 配置的 JVM 中运行的版本，我们建议首先在现有 JVM 中执行滚动升级到新版本，并执行所有必要的配置更改，为在 FIPS 140-2 模式下运行做准备。然后，您可以执行节点的滚动重启，在 FIPS 140-2 JVM 中启动每个节点。在重启期间，Elasticsearch

  • 将安全设置升级到最新的合规格式。FIPS 140-2 JVM 无法加载以前格式的版本。如果您的密钥库没有密码保护，您必须手动设置密码。请参阅Elasticsearch 密钥库。
  • 将自生成的试用许可证升级到最新的 FIPS 140-2 合规格式。

如果您的订阅已经支持 FIPS 140-2 模式，您可以选择执行滚动升级，同时在 FIPS 140-2 JVM 中运行每个升级的节点。在这种情况下，除了下面概述的必要配置更改之外，您还需要在启动每个节点之前手动重新生成 elasticsearch.keystore 并将所有安全设置迁移到其中。

限制

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由于 FIPS 140-2 合规性强制执行的限制，在 FIPS 140-2 模式下运行时，一小部分功能不可用。列表如下

  • Azure Classic Discovery 插件
  • elasticsearch-certutil 工具。但是，可以在非 FIPS 140-2 配置的 JVM 中使用 elasticsearch-certutil（将 ES_JAVA_HOME 环境变量指向不同的 java 安装），以便生成可以在 FIPS 140-2 配置的 JVM 中使用的密钥和证书。
  • 当使用 TLS 进行传输安全或使用 PKI 进行客户端身份验证时，SQL CLI 客户端无法在 FIPS 140-2 配置的 JVM 中运行。
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