2024年初，一场名为EmeraldWhale的大规模网络安全攻击暴露了超过10,000个私有Git代码库，泄露了超过15,000条云服务凭据。攻击者利用配置错误的Git代码库，未经授权地访问了以明文存储的敏感数据。这次数据泄露凸显了一个关键且反复出现的问题：硬编码凭据、管理不善的密钥以及不足的安全控制仍然是企业环境中最常见的攻击向量之一。
随着企业采用多云策略和现代应用架构，保护敏感数据、管理机器身份以及实施加密服务的复杂性呈指数级增长。然而，许多组织仍然依赖过时的安全实践。将静态密钥存储在配置文件中、手动轮换证书以及临时加密实现都会带来重大安全风险——不仅可能导致数据泄露，还可能违反合规性要求。
在ICT.technology，我们观察到，许多组织往往低估了这些风险，直到发生安全事件。保护现代基础设施不仅仅依赖于技术本身——它需要一种全面的自动化方法，以确保可扩展性、合规性和运营效率。这正是HashiCorp Vault的价值所在。
Vault已成为企业安全基础设施的行业标准，提供了一个统一的解决方案来管理密钥、基于身份的安全控制以及加密即服务。Vault不仅仅是存储密钥，而是动态生成密钥、管理机器身份并自动执行加密，同时强制实施精细化访问控制。
在本文中，我们将探讨Vault如何变革安全基础设施，为什么传统方法存在局限性，以及企业如何利用Vault增强其安全体系。无论您是负责评估企业安全解决方案的决策者，还是希望找到可扩展密钥管理方式的工程师，本指南都将为您提供使用HashiCorp Vault保护现代基础设施的实用路线图。
为什么传统安全方法失败，而Vault与众不同
传统的安全基础设施方法通常依赖于静态凭据、手动证书管理以及各自独立的加密解决方案，但这些方法已被证明无法满足现代企业环境的需求。这些方式往往导致安全漏洞、运营低效以及合规性挑战。
设想一个典型的企业环境：应用程序、服务和基础设施组件需要进行身份验证、访问敏感资源，并保护机密数据。传统上，这些需求通常依赖于一套零散的静态凭据、手动配置的加密密钥以及独立的证书管理工具。例如，TLS证书可能是通过外部证书供应商手动获取的，这个过程往往需要数天才能完成。
问题在于，这些方法既不可扩展，也不安全。静态凭据被硬编码在源代码或配置文件中，使其容易泄露。手动轮换密钥容易引发人为错误并导致运营瓶颈。零散的安全解决方案增加了管理复杂性，并提高了合规性风险。为了减少手动管理负担，TLS证书通常会被配置极长的生存时间（TTL），这进一步增加了企业的安全风险。
但企业没有理由接受这一现状。Vault通过引入统一的、自动化的、基于身份的密钥管理、机器身份认证和加密服务，彻底改变了安全基础设施的模式。Vault不仅仅存储密钥，而是动态生成密钥、实施精细化访问控制，并自动管理密钥生命周期。
借助Vault，企业可以用一个集中的安全平台替代零散的安全工作流，并使其与基础设施无缝集成——无论是在本地部署、云端，还是跨多个云环境。
这种方法从根本上改变了企业管理安全基础设施的方式。企业不再需要管理多个独立的安全系统，而是可以通过一个统一的平台来处理从机器身份验证到加密服务的所有安全需求。
设想一个典型的企业场景，应用程序和服务需要安全通信、访问敏感资源，并具备加密能力。在传统方法下，管理这些需求通常需要多个专门的系统，每个系统都有自己的管理负担和安全考量。Vault通过其统一的API提供集中化的安全服务，从而简化了这一过程。
然而，实现有效的安全基础设施需要仔细考虑企业的需求。组织不仅需要支持PKI管理和加密即服务等复杂场景，还需要设计Vault架构，以确保高可用性、灾难恢复能力以及合规性要求。
在ICT.technology，我们采用全面、模块化，并符合最佳实践的架构来实施Vault，以满足企业需求。
其基础是一个高可用的Vault集群，该集群通常部署在多个数据中心（如果可能），或至少分布在不同的故障域中。这确保了不会因单点故障导致整个集群宕机。
通过Vault集成的Raft存储后端，企业部署可实现数据的高可用性和一致性。数据在集群节点之间甚至整个集群间同步。性能复制（Performance Replication）和灾难恢复（Disaster Recovery）集群可确保业务连续性，并满足区域数据主权要求，例如欧盟客户需遵循GDPR合规性。
硬件安全模块（HSMs）提供对主密钥和关键密钥的额外保护，满足金融、医疗等行业的严格合规性要求。
基于身份的安全：适用于人类与机器
Vault的真正优势在于其对基于身份的安全性的先进处理方式。在现代企业中，身份管理不仅限于人类用户，还包括服务、应用程序和基础设施组件。例如，Starbucks 使用HashiCorp Vault来保护密钥并管理其遍布各个零售网点的100,000多个边缘设备的身份认证。这一实施方案确保了人类和机器身份均能得到安全认证和授权，突显了Vault在处理复杂身份安全需求方面的强大能力。
对于人类用户的身份认证，Vault通过OIDC、LDAP和JWT等方法与企业身份提供商无缝集成。这种集成使企业能够保持一致的访问控制策略，同时利用现有的身份管理投资。Vault Enterprise 进一步增强了这些能力，通过Sentinel集成实现Policy-as-Code，使企业能够根据时间、IP地址范围和MFA状态等因素实施复杂的访问控制策略。
机器身份认证是Vault在现代基础设施中的关键功能。Vault通过Kubernetes认证、云供应商特定的身份认证方法和TLS证书等方式，实现安全的机器间通信和自动化安全访问。这一功能在传统基于IP的安全机制不足以应对的动态环境中特别重要。
当Vault与Consul结合使用，实现服务发现、网络分段和服务网格功能，并配合Terraform进行基础设施部署时，它构建了一个完整的现代应用架构安全基础。
加密即服务
现代应用程序越来越需要加密能力，但实施正确的加密仍然是一个挑战。Vault的加密即服务（Encryption-as-a-Service，EaaS）能力通过Transit密钥引擎，使企业能够集中化和标准化其加密操作。该服务提供高级加密功能，包括密钥轮换、数据加密/解密和安全密钥管理。
其使用方式十分简单：用户或应用程序进行身份认证后，将包含敏感信息的文档发送至REST API端点。Vault根据用户或应用的授权要求加密数据，并返回加密后的文档。然后，该文档可安全存储在数据库、文件系统、CMS或其他存储位置。解密过程遵循相同的工作流，即将加密文档发送到Vault，由其返回解密后的内容。
Transit引擎支持多种加密算法和密钥类型，使企业能够实施符合自身安全与合规需求的加密策略。密钥轮换可以基于时间或使用次数自动执行，从而确保良好的加密实践，而无需额外的运营负担。通过与应用程序和基础设施的紧密集成，企业可以构建全面的加密服务，以在保障数据安全的同时保持运营效率。
企业PKI与证书管理
公钥基础设施（PKI）管理是Vault最强大的功能之一。PKI密钥引擎使企业能够实现自动化的证书管理工作流，包括证书的自动签发、轮换和吊销。这一能力不仅适用于简单的SSL/TLS证书，还能扩展到复杂的多层PKI架构，支持整个组织的安全基础设施。
在企业环境中，Vault的PKI功能使组织能够完全控制证书生命周期，同时确保适当的安全控制和审计能力。
一个典型的案例是Athenahealth，一家领先的医疗科技公司，该公司采用HashiCorp Vault来简化并标准化其密钥管理操作。这一举措增强了其安全态势，并确保了敏感患者和运营数据的保护。
根证书颁发机构（Root CAs）可以离线存储或受HSM保护，而由Vault管理的中级证书颁发机构（Intermediate CAs）负责日常证书操作。
通过与Terraform集成，企业可以在基础设施部署过程中自动化证书供应，而与Consul的集成则可以支持服务网格架构中的证书分发和自动轮换。
与HashiCorp工具及企业系统的集成
Vault的集成能力不仅限于基本的API访问，还包括与其他HashiCorp工具及企业系统的深度集成。Vault、Terraform和Consul的组合使企业能够实现高级安全自动化和服务网格部署。例如，Expedia 利用这些工具维护其计算平台的可靠性，确保在其服务中的安全性和高效运行。
Terraform能够自动化Vault基础设施的部署和配置，而Consul则提供服务发现、网络分段和服务网格功能。
通过Terraform提供程序和自定义集成，企业可以在基础设施部署过程中自动供应密钥、证书和加密服务。这一集成实现了安全即代码（Security-as-Code）实践，使安全配置和策略能够在版本控制下进行管理，并自动应用于各个环境。
满足关键企业安全需求
实施企业级高可用性
在企业环境中，安全基础设施的高可用性是不可妥协的。例如，Citi 作为一家全球金融服务公司，使用HashiCorp Vault来管理密钥并保护其庞大基础设施中的敏感信息，从而确保高可用性和强大的安全措施。
安全服务的任何访问中断都可能导致广泛的业务服务故障。Vault Enterprise 通过集成的Raft存储和高级集群功能来解决这一问题。性能复制（Performance Replication）使企业能够在不同的数据中心和地区维护多个活动Vault集群，确保低延迟访问安全服务，同时满足数据主权要求。
Vault管理的PKI基础设施必须具备高度的弹性，因为证书操作对于系统的正常运行至关重要。Vault的架构确保了证书签发服务在维护窗口或部分系统故障期间仍然可用。然而，Vault本身并不提供证书吊销列表（CRL）分发点（CDP）或在线证书状态协议（OCSP）服务。如果CRL生成因系统停机而中断，依赖该服务的系统可能无法检查证书的吊销状态。
用于加密服务的Transit密钥引擎通过集群操作来保持高可用性，确保应用程序能够持续访问加密和解密功能。
但作为经验丰富的IT决策者或工程师，您深知一件事情：灾难总会以意想不到的方式发生。HashiCorp Vault 也不例外。Vault Enterprise 具备灾难恢复（DR）能力，可通过专用的DR复制集群提供额外的弹性。这些集群维护Vault数据和配置（包括PKI证书、加密密钥和身份认证策略）的最新副本，以便在区域性故障或其他灾难发生时快速切换。然而，这种弹性并不等于自动修复——实施DR集群需要仔细考虑网络连接、监控和故障切换流程，以确保业务连续性。
如果出于性能考虑需要多个集群，例如某些密钥需要在不同数据中心可用，则建议结合使用DR复制和性能复制。
在上图所示的架构中，Cluster A（中间）将所有数据复制到Cluster B（左侧），从而在Cluster B上创建了Cluster A的1:1副本。客户端可以连接到Cluster B，但其令牌和租约仅在Cluster B本地有效。在地理位置B工作的员工不能自动使用其令牌访问总部（HQ）基础设施（反之亦然），除非获得显式授权并连接到地理位置A的Vault集群。
对于灾难恢复，Cluster A 还会复制数据到DR集群C。服务令牌在Cluster A和Cluster C上均有效（允许在灾难发生时切换），但在Cluster B上无效。
确保全面的审计与合规性
现代企业的合规性要求企业具备全面的审计能力和细粒度的访问控制。Vault Enterprise 提供详细的审计日志，记录所有操作，包括：
- 成功和失败的身份认证尝试
- 密钥访问
- 证书操作
- 加密活动
- 配置变更
这些审计日志可以集成到企业SIEM（安全信息与事件管理）系统中，例如Splunk或ELK Stack，以实现集中化的安全监控和分析。
对于PKI操作，Vault详细记录了证书签发、续期和吊销的全过程，使企业能够证明其符合PCI DSS、SOX等合规性标准。Transit引擎的密钥轮换和加密操作也会被记录，提供清晰的审计轨迹，确保密钥生命周期的透明度。
Vault Enterprise 通过Sentinel集成，实现比基本访问控制更高级的策略强制执行。企业可以实施强制加密、访问时间限制和地理位置限制等合规性要求。这些策略适用于人类身份和机器身份，确保所有访问行为都符合一致的安全控制标准。
Sentinel策略可以强制执行特定的证书签发要求、密钥使用规则和加密操作规范，确保安全操作符合组织政策。通过采用“策略即代码”（Policy-as-Code）原则，企业可以在所有环境中强制执行安全合规性，同时保持灵活的访问控制管理。
在企业范围内扩展安全基础设施
随着组织扩大对Vault的使用，正确的架构设计和运营流程变得至关重要。Vault Enterprise 的命名空间（Namespace）隔离功能使企业能够在单一Vault基础设施中，保持不同业务部门和应用之间的逻辑分离和隔离，同时进行集中管理。这一能力对于需要维护独立安全域，同时确保一致性策略执行的大型企业尤为重要。
每个命名空间可以维护自己的PKI基础设施、加密密钥和身份认证策略，同时继承企业级别的安全控制。通过这种方式，企业可以将安全管理权限下放给各个团队，同时保持集中式监督和合规性强制执行。
Vault Enterprise 的控制组（Control Groups）提供额外的治理能力，要求敏感操作必须经过多个审批。这一功能对于实施职责分离（Separation of Duties, SoD）和确保关键安全操作的适当监管特别有价值。企业可以为根证书生成、主密钥轮换和策略修改等关键操作定义复杂的审批工作流，确保对安全基础设施的严格治理。
现代企业中的机器身份认证规模庞大，因此需要仔细考虑性能优化和自动化需求。Vault的架构通过自动证书续期和批量令牌生成等机制，实现高效的机器身份认证。与Consul的集成支持证书和安全凭据的自动分发，而Terraform自动化则确保不同环境中的安全配置始终保持一致。
展望未来
随着企业安全需求的不断发展，先进安全基础设施在维护安全性和合规性方面的作用变得越来越关键。组织必须采用全面的安全方法，以应对现代环境的复杂性，同时确保在人类和机器身份之间保持一致的安全控制。
HashiCorp Vault 全面的安全基础设施解决方案，加上Vault Enterprise 提供的企业级功能，为企业应对这些挑战提供了坚实的基础。通过实施正确的架构，并利用PKI、加密服务和基于身份的安全等高级功能，企业可以构建具有弹性的安全基础设施，在满足业务需求的同时保持高安全标准。
未来的安全基础设施可能会更加侧重于自动化、零信任架构（Zero Trust Architectures）以及复杂的机器身份管理。那些今天就投资构建强大安全能力的企业，将能够更好地应对这些不断变化的需求，同时保持现代企业环境所需的安全防御能力。
