FreeHSM C — Cible d’évaluation Common Criteria EAL4+

English version: EAL4_PLUS.md. In case of discrepancy, the English version prevails.

Nom de la TOE : FreeHSM Cryptographic Module Version : 1.0.0-FIPS EAL cible : EAL4 augmenté de ALC_FLR.2 (remédiation de défauts) et AVA_VAN.5 (analyse avancée de vulnérabilités) Profil de protection revendiqué : eIDAS QSCD (EN 419211-2) ou cPP for Cryptographic Modules (NIAP, dès publication)

---

1. Description de la TOE (ASE_INT.1)

1.1 Type de TOE

La TOE est un module cryptographique logiciel (« Soft HSM ») fournissant des services PKCS#11 v3.2 aux applications. Elle est livrée sous la forme d’un seul objet partagé libfreehsm.so plus le fichier de configuration freehsm.conf. Elle dépend du provider FIPS d’OpenSSL 3.x, traité comme module évalué séparément dans le même environnement opérationnel.

1.2 Fonctions de sécurité majeures

• Authentification multi-rôles (CO + USER) avec wrapping de clé dérivé par PBKDF2
• Throttle exponentiel sur le PIN + verrou permanent
• Chiffrement AES-GCM du token store avec rotation de la DEK au changement de PIN CO
• Log d’audit append-only HMAC-chaîné avec détection d’altération
• Secure heap OpenSSL pour tout matériel SSP (mlock + zéroisation)
• Auto-test pré-opérationnel (KAT) avant exposition d’aucun service
• Scellement optionnel de la DEK sur TPM 2.0, AWS KMS, GCP KMS, HashiCorp Vault, ou quorum (Shamir 3-of-5)

1.3 Matériel / firmware / logiciel hors TOE

• Noyau Linux ≥ 5.4 (pour getrandom, memfd_secret, prctl)
• glibc / musl
• Provider FIPS OpenSSL 3.x (évalué séparément, référence du certificat NIST CMVP à compléter)
• TPM 2.0 matériel optionnel (le TPM lui-même est hors TOE ; seule son API est utilisée)

2. Revendications de conformité (ASE_CCL.1)

• Version CC : 3.1 révision 5 (avril 2017) — conforme Parts 2 + Part 3
• Augmentation : ALC_FLR.2, AVA_VAN.5
• Conformité stricte au PP cPP-CMOD-v2.0 (dès publication)

3. Objectifs de sécurité (ASE_OBJ.2)

3.1 Objectifs de sécurité pour la TOE

Identifiant	Énoncé
O.CRYPTO	La TOE doit fournir des services cryptographiques utilisant uniquement les primitives FIPS-validées chargées depuis le provider FIPS OpenSSL.
O.AUTH	La TOE doit authentifier les opérateurs (CO, USER) avant tout accès au matériel de clé privée.
O.AUDIT	La TOE doit enregistrer les événements pertinents pour la sécurité dans un log append-only résistant à l’insertion, à la suppression et à la modification par un attaquant sans la clé MAC d’audit.
O.SSP	La TOE doit protéger les SSP (DEKs, clés privées, PINs) de la divulgation non autorisée durant l’opération et à la terminaison (zéroisation).
O.SELFTEST	La TOE doit exécuter des auto-tests pré-opérationnels et conditionnels ; en cas d’échec, la TOE doit entrer dans un état ERROR irrécouvrable.
O.ROLE_SEP	La TOE doit imposer la séparation entre rôles CO et USER : seul le CO peut ré-initialiser le token ou déverrouiller un PIN USER ; seul le propriétaire du rôle peut changer son propre PIN.

3.2 Objectifs de sécurité pour l’environnement opérationnel

Identifiant	Énoncé
OE.OS	L’OS opérationnel doit fournir l’isolation de processus (pas de ptrace depuis un autre UID) et la capacité mlock.
OE.STORAGE	Le système de fichiers stockant les tokens doit fournir un remplacement atomique (rename + fsync).
OE.OPENSSL	Le provider FIPS OpenSSL doit être installé, validé et en mode approuvé.
OE.OP	Les opérateurs doivent protéger leurs credentials d’authentification (PIN) et ne pas se connecter via un canal non fiable.
OE.PHYS	L’hôte doit être physiquement protégé contre les accès non autorisés (salle serveur ou équivalent).

4. Exigences de sécurité (ASE_REQ.2)

4.1 Classe FAU — Audit

• FAU_GEN.1 (génération de données d’audit) — la TOE génère des entrées d’audit pour les événements listés dans fhsm_audit_event_t (cf. include/fhsm_audit.h).
• FAU_GEN.2 (association à l’identité utilisateur) — chaque entrée contient le slot, la session, et le rôle authentifié.
• FAU_SAA.1 (analyse de violation potentielle) — la TOE détecte 5 échecs d’authentification consécutifs → événement de verrouillage.
• FAU_STG.1 (stockage protégé du trail d’audit) — le log est HMAC-chaîné ; la clé MAC d’audit est dérivée de la DEK et ne sort jamais de la TOE.

4.2 Classe FCS — Support cryptographique

• FCS_CKM.1 (génération de clé cryptographique) — toutes les clés sont générées par le DRBG du provider FIPS ; les services de génération émettent FHSM_EV_GENERATE_KEY / _KEYPAIR.
• FCS_CKM.4 (destruction de clé cryptographique) — tous les SSP sont stockés dans le secure heap et zéroïsés par OPENSSL_secure_clear_free lors de C_DestroyObject, C_Logout, C_Finalize, ou verrouillage.
• FCS_COP.1 (opération cryptographique) — opérations restreintes aux algorithmes listés en §4 de FIPS_140_3.fr.md.
• FCS_RBG_EXT.1 (génération de bits aléatoires) — CTR_DRBG-AES-256 du provider FIPS OpenSSL avec source d’entropie conforme SP 800-90B.

4.3 Classe FDP — Protection des données utilisateur

• FDP_ACC.1 (contrôle d’accès partiel) — la SFP « accès objet » restreint les privilèges SO/USER per §3 de FIPS_140_3.fr.md.
• FDP_ACF.1 (contrôle d’accès basé sur attributs de sécurité) — décisions basées sur CKA_PRIVATE, CKA_SENSITIVE, CKA_EXTRACTABLE et le rôle authentifié.
• FDP_ITC.2 (import avec attributs de sécurité) — C_UnwrapKey positionne CKA_LOCAL = false ; les imports passent par le même contrôle d’accès.
• FDP_RIP.1 (protection des informations résiduelles) — zéroisation du secure heap au free ; les objets détruits via C_DestroyObject sont irrécupérables.

4.4 Classe FIA — Identification et authentification

• FIA_UAU.2 (authentification utilisateur avant toute action) — C_GetTokenInfo est le seul service public appelable avant C_Login.
• FIA_AFL.1 (gestion des échecs d’authentification) — 5 échecs consécutifs → verrou ; compteur persisté dans le token.
• FIA_UID.2 (identification utilisateur avant toute action) — le rôle (CO/USER) est identifié au C_Login via le flag CKU_*.
• FIA_SOS.1 (vérification des secrets) — PIN ≥ 8 octets ; passé à PBKDF2 avec ≥ 200 000 itérations.

4.5 Classe FMT — Gestion de la sécurité

• FMT_MOF.1 (gestion du comportement des fonctions de sécurité) — seul le CO peut appeler C_InitToken et C_SetPIN sur le PIN USER.
• FMT_MTD.1 (gestion des données TSF) — modification d’attributs limitée per la SFP.
• FMT_SMR.1 (rôles de sécurité) — CO et USER sont les seuls rôles.

4.6 Classe FPT — Protection de la TSF

• FPT_TST.1 (test de la TSF) — auto-tests pré-opérationnels au C_Initialize.
• FPT_FLS.1 (préservation d’un état sécurisé en cas de défaillance) — en cas d’échec d’auto-test, la TOE entre dans l’état ERROR latché.
• FPT_RCV.1 (recovery manuel de confiance) — la sortie de ERROR exige un redémarrage manuel par l’administrateur.

4.7 Classe FTA — Accès à la TOE

• FTA_SSL.4 (terminaison utilisateur) — C_Logout et C_CloseSession zéroïsent les secrets de session.

5. Conception modulaire (ADV_TDS.3)

Sous-système	Fichier(s)	TSFI exposé
State machine	src/fhsm_state.c	(interne uniquement)
Secure memory	src/fhsm_memory.c	(interne uniquement)
Primitives crypto	src/fhsm_crypto.c + kat/	(interne uniquement)
Token store	src/fhsm_token.c	(interne uniquement)
Session table	src/fhsm_session.c	(interne uniquement)
Audit log	src/fhsm_audit.c	(interne uniquement)
Façade PKCS#11	src/fhsm_pkcs11.c	C_* (PKCS#11 v3.2 complet)

La TSFI est exclusivement l’ensemble des symboles C_* exportés par libfreehsm.so. Tous les autres symboles sont cachés par -fvisibility=hidden et le script de version du linker.

6. Cycle de vie (ALC_*)

6.1 ALC_CMC.4 — Support de production, procédures d’acceptation, automatisation

• Contrôle de version : Git, tags signés uniquement. La clé publique du mainteneur est publiée sur keys.openpgp.org avec vérification de l’adresse et figure dans le dépôt sous afchine-pubkey.asc ; un trousseau docs/keys/dev-pubkeys.gpg a été nommé ici comme forme future à plusieurs mainteneurs et n’a jamais été écrit, puisqu’il n’y en a qu’un.
• Build : reproductible via Dockerfile.build épinglé (Debian 12 + OpenSSL 3.x).
• Acceptation : chaque tag de release déclenche la suite de tests complète + KAT + lint + cppcheck + clang-tidy.

6.2 ALC_FLR.2 — Procédures de signalement de défauts

• Contact sécurité public : security@freehsm.example (empreinte de clé PGP à compléter).
• Fenêtre de divulgation coordonnée : 90 jours.
• Politique de backport : chaque branche supportée (courante + N-1) reçoit chaque correctif de sécurité dans les 14 jours suivant la divulgation publique.

6.3 ALC_TAT.1 — Outils de développement bien définis

• Compilateur : gcc ≥ 12.0 ou clang ≥ 15.0 avec le jeu de flags défini dans Makefile.
• Testé sous valgrind --tool=memcheck, valgrind --tool=helgrind, ASAN, UBSAN.

7. Analyse de vulnérabilités (AVA_VAN.5)

La TOE est conçue pour résister à des attaquants avec potentiel d’attaque au-dessus du Haut (Beyond-High), la cible AVA_VAN.5. Preuves :

• Résistance aux canaux auxiliaires : compare constant-time des tags/MAC ; mlock du secure heap pour défier l’exfiltration cold-boot ; pas de branchement sur secret dans AES-GCM, HMAC ou PBKDF2 (délégué au provider FIPS OpenSSL, validé séparément).
• Résistance à l’injection de faute : chaque résultat d’auto-test est doublement vérifié (compare constant-time) ; l’état ERROR est latché donc une seule faute ne peut pas déverrouiller une opération précédemment rejetée.
• Attaques logiques : le log d’audit rend la détection après coup triviale ; le throttle + lockout rend le brute-force en ligne impraticable.
• Analyse de couverture : rapport lcov (cible ≥ 95% lignes, 90% branches) attaché à chaque release.

8. Livraison (ALC_DEL.1)

La TOE est livrée sous forme d’archive source .tar.xz signée (make dist) et un package binaire RPM/DEB compilé reproductiblement. Les deux bundles sont signés par la même clé GPG. Les clients vérifient la signature et l’empreinte SHA-256 publiée sur le site du projet via HTTPS.

9. Liste des TSF — ajouts v1.1.0

Le rafraîchissement pré-soumission CST ajoute 4 TSF transverses qui complètent la couverture fonctionnelle EAL4+ :

Identifiant TSF	Famille	Description	Source
FCS_RBG_EXT.1	FCS (Support cryptographique)	DRBG durci avec seed multi-source (getrandom + RDRAND + /dev/urandom + jitter TSC), conditionneur SHA-384 selon SP 800-90C, health tests NIST SP 800-90B (RCT, APT, CRNGT), reseed auto 1 MiB ou 1 h.	src/fhsm_drbg.c, include/fhsm_drbg.h, RNG.md
FCS_CKM_EXT.4	FCS	Pair-wise consistency check post C_GenerateKeyPair (RSA, EC, ML-KEM, ML-DSA, SLH-DSA). Échec → ERROR latché + refus de persister. Conforme FIPS 140-3 §7.10.2.b.	src/fhsm_pairwise.c, include/fhsm_pairwise.h
FPT_TST_EXT.1	FPT (Protection des TSF)	Sealing TPM 2.0 de la DEK par token (opt-in via FHSM_TPM_SEALING=1). DEK liée aux PCR 0-7 de la chaîne de boot. Mismatch à l’unseal traité comme PIN incorrect (résistance aux oracles).	src/fhsm_token_tpm.c, src/fhsm_tpm.c
FMT_SMR_EXT.1	FMT (Gestion sécurité)	Bascule mode runtime entre permissive (défaut) et strict via env FHSM_MODE ou directive mode = ; les anciennes orthographes legacy et fips restent acceptées. Permet à un binaire unique de satisfaire l’évaluateur FIPS 140-3 ET les opérateurs qui ont besoin d’interopérer avec des systèmes anciens.	src/fhsm_mode.c, src/dispatch/fhsm_dispatch_legacy.c

9.1 Couverture ADV_FSP mise à jour

Interface externe	TSF couvertes
C_GenerateKeyPair	FCS_CKM_EXT.4 (pair-wise check) + FCS_CKM.1 existante
Tout consommateur de fhsm_rng_bytes	FCS_RBG_EXT.1 (RCT + APT + CRNGT)
fhsm_token_init / fhsm_token_login	FPT_TST_EXT.1 (sealing TPM optionnel)
Tout appel C_* de mécanisme	FMT_SMR_EXT.1 (dispatch mode-dépendant)