Las aplicaciones se comunican con un HSM mediante PKCS #11, KMIP, proveedores JCA de Java, CNG de Windows o las API de los fabricantes y de la nube; la clave nunca sale, solo salen las firmas o los datos descifrados. El nivel de garantía suele expresarse como validación FIPS 140-3 (o 140-2) de nivel 2 o 3, o como certificación Common Criteria. Las CA de confianza pública deben guardar sus claves en dispositivos de este tipo y, desde 2023, las claves de firma de código de confianza pública también deben generarse y almacenarse en hardware.
Los servicios de gestión de claves en la nube (AWS KMS, Google Cloud KMS, Azure Key Vault Managed HSM) exponen claves respaldadas por HSM como recursos de API con políticas de IAM y registros de auditoría. Sus llamadas de firma ECDSA devuelven firmas codificadas en DER, que hay que convertir a r‖s en bruto para los tokens JWS ES256, un error de integración habitual.
Límites que conviene comprobar antes de elegir uno: los algoritmos y las curvas admitidos (la compatibilidad con Ed25519, secp256k1 y los algoritmos poscuánticos varía según el modelo y el firmware), el rendimiento y la latencia por firma, los procedimientos de copia de seguridad y clonación de claves, y si se necesita firma con pre-hash para mensajes grandes.