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FIPS 140-2 加密政策

FIPS 140-2（Federal Information Processing Standard Publication 140-2）是美國聯邦政府對密碼模組的安全標準，Level 1–4 涵蓋從軟體到硬體 HSM 的不同保障等級。政府機構、金融監管機構與部分醫療系統要求所有密碼操作使用 FIPS 核准的演算法與模組。

NextPDF Enterprise 的 FIPS 模組在 PHP 層強制執行密碼政策，確保任何 NextPDF 操作均不使用非 FIPS 演算法。

FIPS 核准演算法清單

允許

類型 核准演算法
對稱加密 AES-128-GCM, AES-256-GCM, AES-128-CBC, AES-256-CBC
非對稱簽章 RSA-PSS (≥2048), RSA-PKCS1v15 (≥2048), ECDSA P-256/P-384/P-521
金鑰交換 ECDH P-256/P-384/P-521, DH (≥2048 bits)
雜湊 SHA-256, SHA-384, SHA-512, SHA3-256, SHA3-384, SHA3-512
HMAC HMAC-SHA-256, HMAC-SHA-384, HMAC-SHA-512
KDF PBKDF2-HMAC-SHA-256 (≥100,000 iterations), HKDF-SHA-256

明確禁止

類型 禁止演算法 原因
雜湊 MD5, SHA-1 已知碰撞攻擊
對稱 RC4, DES, 3DES 已棄用，不安全
非對稱 RSA < 2048 bits 金鑰強度不足
亂數 /dev/urandom 直接用於金鑰 需 DRBG 機制

核心 API

FipsPolicy

use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\FipsPolicy;
use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\FipsLevel;

// FIPS 140-2 Level 1（軟體模式，最常見）
$policy = FipsPolicy::level1();

// 或帶有自定義配置
$policy = FipsPolicy::create(FipsLevel::Level1)
    ->requireOpenSslFipsProvider()        // 要求 OpenSSL 3.x FIPS provider
    ->prohibitNonFipsAlgorithms()         // 嘗試使用非 FIPS 演算法時拋出例外
    ->enableCryptoAuditLog($auditLogger)  // 記錄每次密碼操作
    ->enforceKeyMinimumLength(
        symmetric: 256,   // AES-256
        asymmetric: 4096, // RSA-4096
    );

PHP Compatibility

This example uses PHP 8.5 syntax. If your environment runs PHP 8.1 or 7.4, use NextPDF Backport for a backward-compatible build.

FipsModeGuard

模式守衛確保 NextPDF 在 FIPS 環境啟動前驗證密碼模組合規性：

use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\FipsModeGuard;

// 在應用程式啟動時執行
$guard = new FipsModeGuard($policy);

$status = $guard->verify();

if (!$status->isCompliant()) {
    foreach ($status->violations() as $violation) {
        // 每個違規項目包含修正建議
        throw new FipsComplianceException(
            'FIPS mode guard failed: ' . $violation->message() .
            ' Fix: ' . $violation->remediation()
        );
    }
}

// 成功後封印——後續任何非 FIPS 操作均拋出例外
$guard->seal();

FipsCryptoAuditLogger

記錄所有密碼操作，供合規稽核使用：

use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\FipsCryptoAuditLogger;
use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\CryptoOperation;

$auditLogger = new FipsCryptoAuditLogger(
    storageAdapter: $immutableLogAdapter,
    logLevel: AuditLogLevel::AllOperations, // 或 ViolationsOnly
);

// 自動由 FipsPolicy 注入到所有密碼操作
// 也可手動記錄自定義操作
$auditLogger->record(
    CryptoOperation::create(
        operationType: 'SIGN',
        algorithm: 'ECDSA-P384',
        keyId: $key->id(),
        documentId: $doc->id(),
        timestamp: new DateTimeImmutable(),
        outcome: CryptoOutcome::Success,
    )
);

OpenSSL FIPS Provider 配置

NextPDF Enterprise 的 FIPS 模式依賴 OpenSSL 3.x 的 FIPS provider：

# 確認 OpenSSL 版本（需 3.0+）
openssl version

# 驗證 FIPS provider 可用
openssl list -providers | grep fips

# openssl.cnf 配置（通常位於 /etc/ssl/openssl.cnf）

# openssl.cnf
[openssl_init]
providers = provider_sect

[provider_sect]
fips = fips_sect
default = default_sect

[fips_sect]
activate = 1

[default_sect]
activate = 1

use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\FipsModeGuard;

// NextPDF 會自動偵測 OpenSSL FIPS provider 狀態
$guard = new FipsModeGuard(FipsPolicy::level1());
$guard->verify(); // 若 FIPS provider 未啟動則拋出 FipsProviderException

HSM 整合（Level 3）

use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\HsmKeyProvider;
use NextPDF\Enterprise\Security\Fips\Pkcs11Adapter;

// FIPS 140-2 Level 3 需要使用 HSM 進行金鑰操作
$hsm = new HsmKeyProvider(
    adapter: new Pkcs11Adapter(
        libraryPath: '/usr/lib/pkcs11/libsofthsm2.so', // 或 Thales / nCipher
        slot: 0,
        pin: $hsmPin,
    ),
    policy: FipsPolicy::level3(),
);

$signingKey = $hsm->getSigningKey(keyId: 'signing-key-2025');

效能影響

操作 標準模式 FIPS 模式 開銷
AES-256-GCM 加密（1 MB）
RSA-4096 簽章
ECDSA P-384 簽章

延伸閱讀