Приложения работают с HSM через PKCS #11, KMIP, провайдеры Java JCA, Windows CNG или API производителей и облачных платформ; ключ никогда не покидает модуль, наружу выходят только подписи или расшифрованные данные. Уровень доверия обычно подтверждают сертификацией FIPS 140-3 (или 140-2) уровня 2 или 3 либо по Common Criteria. Публично доверенные CA обязаны хранить ключи в таких устройствах, а с 2023 года ключи публично доверенных сертификатов для подписи кода тоже должны генерироваться и храниться в аппаратных модулях.
Облачные сервисы управления ключами (AWS KMS, Google Cloud KMS, Azure Key Vault Managed HSM) предоставляют ключи, хранящиеся в HSM, как ресурсы API с политиками IAM и журналами аудита. Их вызовы подписи ECDSA возвращают подписи в кодировке DER, которые для токенов JWS ES256 нужно преобразовать в формат raw r‖s; пропуск этого шага — частая ошибка интеграции.
Ограничения, которые стоит проверить перед выбором: поддерживаемые алгоритмы и кривые (поддержка Ed25519, secp256k1 и постквантовых алгоритмов зависит от модели и прошивки), пропускная способность и задержка на одну подпись, процедуры резервного копирования и клонирования ключей, а также требуется ли предварительное хеширование при подписи больших сообщений.