Digitální podpisy jsou kryptografické mechanismy používané k ověření pravosti a integrity čísel a dat. Můžeme si to představit jako digitální verzi tradiční metody vlastnoručního podpisu a je složitější a bezpečnější než podpisy.
Digitální podpis můžeme ve zkratce chápat jako kód připojený ke zprávě nebo dokumentu. Jakmile je digitální podpis vygenerován, slouží jako důkaz, že se zprávou během cesty od odesílatele k příjemci nebylo manipulováno.
Zatímco koncept používání kryptografie k ochraně důvěrnosti komunikace sahá až do starověku, schémata digitálního podpisu se stala realitou až v 70. letech 20. století s rozvojem kryptografie veřejného klíče (PKC). Abychom tedy pochopili, jak digitální podpisy fungují, musíme nejprve porozumět základům hašovacích funkcí a kryptografie veřejného klíče.
hashovací funkce
Hašování je jedním ze základních prvků digitálních podpisů. Operační proces hodnoty hash se týká převodu dat libovolné délky na pevnou délku. Toho je dosaženo pomocí speciální operace zvané hashovací funkce. Hodnota generovaná hashovací funkcí se nazývá hash value nebo message digest.
Když je hašovací hodnota kombinována s kryptografickým algoritmem, který ke generování hašovací hodnoty (digestu) používá kryptografickou hašovací funkci, chová se hodnota jako jedinečný digitální otisk. To znamená, že jakákoliv změna vstupních dat (zprávy) bude mít za následek úplně jinou výstupní hodnotu (hodnotu hash). To je důvod, proč jsou kryptografické hašovací funkce široce používány k ověření pravosti čísel a dat.
Kryptografie veřejného klíče (PKC)
Kryptografie veřejného klíče neboli PKC označuje šifrovací systém, který používá dvojici klíčů: veřejný klíč a soukromý klíč. Tyto dva klíče jsou matematicky příbuzné a lze je použít pro šifrování dat a digitální podpisy.
Jako šifrovací nástroj má PKC vyšší zabezpečení než symetrické šifrování. Systémy symetrického šifrování spoléhají na stejný klíč k šifrování a dešifrování informací, ale PKC používá veřejný klíč pro šifrování dat a odpovídající soukromý klíč pro dešifrování dat.
Kromě toho lze PKC použít také ke generování digitálních podpisů. Proces v podstatě zahrnuje, že odesílatel zašifruje hash zprávy (dat) pomocí vlastního soukromého klíče. Dále může příjemce zprávy zkontrolovat, zda je digitální podpis platný, pomocí veřejného klíče poskytnutého podepisovatelem.
V některých případech může samotný digitální podpis zahrnovat šifrování, ale ne vždy. Například bitcoinový blockchain používá PKC a digitální podpisy a na rozdíl od většiny lidí věří, že v procesu není žádné šifrování. Technicky vzato, bitcoin zase nasazuje takzvaný algoritmus digitálního podpisu elliptické křivky (ECDSA) k ověřování transakcí.
Jak fungují digitální podpisy
V kontextu kryptoměny se systém digitálního podpisu obvykle skládá ze tří základních procesů: hashování, podepisování a ověřování.
Hashujte data
Prvním krokem je hash zprávy nebo dat. To se provádí operací s daty pomocí hashovacího algoritmu pro generování hodnoty hash (tj. Jak bylo uvedeno výše, zprávy se mohou velmi lišit v délce, ale když jsou zprávy hashovány, jejich hodnoty hash jsou všechny stejně dlouhé. Toto je nejzákladnější vlastnost hashovacích funkcí.
Pouhé hashování zprávy však není nutné pro generování digitálního podpisu, protože zprávy, které nebyly hashovány, lze také zašifrovat pomocí soukromého klíče. Ale pro kryptoměnu je třeba zprávy zpracovávat hašovací funkcí, protože zpracování hašovacích hodnot s pevnou délkou pomáhá kryptoměnovým programům spouštět.
podepsat
Poté, co byly informace hashovány, musí odesílatel zprávy svou zprávu podepsat. Zde se používá kryptografie veřejného klíče. Existuje několik typů algoritmů digitálního podpisu, z nichž každý má svůj vlastní jedinečný operační mechanismus. V zásadě je hashovaná zpráva (hodnota hash) podepsána pomocí soukromého klíče a příjemce zprávy pak může zkontrolovat její platnost pomocí odpovídajícího veřejného klíče (poskytnutého podepisovatelem).
Jinými slovy, pokud není při generování podpisu použit soukromý klíč, příjemce zprávy nebude moci použít odpovídající veřejný klíč k ověření jeho platnosti. Veřejné i soukromé klíče jsou generovány odesílatelem zprávy, ale pouze veřejný klíč je sdílen s příjemcem.
Je důležité si uvědomit, že digitální podpisy jsou spojeny s obsahem každé zprávy. Na rozdíl od vlastnoručních podpisů se proto digitální podpisy pro každou zprávu liší.
ověřit
Vezměme si příklad pro ilustraci celého procesu, od začátku až po poslední krok ověřování. Předpokládejme, že Alice pošle zprávu Bobovi, zahashuje zprávu na hodnotu hash a poté zkombinuje hodnotu hash se svým soukromým klíčem za účelem vygenerování digitálního podpisu. Digitální podpis bude sloužit jako jedinečný digitální otisk zprávy.
Když Bob obdrží zprávu, může zkontrolovat platnost digitálního podpisu pomocí veřejného klíče poskytnutého Alicí. Bob si tak může být jistý, že podpis vytvořila Alice, protože pouze ona má soukromý klíč odpovídající veřejnému klíči (alespoň jsme to předpokládali).
Proto je důležité, aby Alice uchovávala svůj soukromý klíč v bezpečí. Pokud jiná osoba získá soukromý klíč Alice, může také vytvořit digitální podpis a předstírat, že je Alice. V kontextu bitcoinu to znamená, že někdo má přístup k soukromým klíčům Alice a může převádět nebo používat její bitcoiny bez jejího vědomí.
Proč jsou digitální podpisy důležité?
Digitální podpisy se obvykle používají k dosažení tří cílů: integrity dat, autentizace a nepopiratelnosti.
Integrita dat. Bob si může ověřit, zda Alicina zpráva nebyla zmanipulována. Jakékoli změny ve zprávě vytvoří zcela jiný digitální podpis.
Pravost. Dokud Alice uchová svůj soukromý klíč v bezpečí, může Bob použít svůj veřejný klíč k potvrzení, že digitální podpis vytvořila sama Alice a ne někdo jiný.
Neodmítatelnost. Po vygenerování podpisu nemůže Alice popřít podpis tohoto podpisu v budoucnu, pokud její soukromý klíč nebude nějak kompromitován.
Pouzdro
Digitální podpisy lze použít na různé digitální dokumenty a certifikáty. Proto mají několik aplikací. Některé z nejčastějších případů zahrnují:
informační technologie. Zvýšit bezpečnost internetových komunikačních systémů.
finance. Digitální podpisy lze použít na audity, finanční zprávy, úvěrové smlouvy a další.
zákon. Digitální podpisy lze použít na různé obchodní smlouvy a právní dohody, včetně vládních dokumentů.
zdravotní péče. Digitální podpisy zabraňují podvodům v předpisech a lékařských záznamech.
Blockchain. Schémata digitálního podpisu zajišťují, že pouze legitimní vlastník kryptoměny může podepisovat transakce a přesouvat finanční prostředky (pokud nejsou ohroženy jejich soukromé klíče).
omezení
Hlavní problémy, kterým čelí schémata digitálního podpisu, se omezují hlavně na následující tři faktory:
algoritmus. Algoritmy používané ve schématech digitálního podpisu mají vysoké požadavky na kvalitu. Patří mezi ně výběr spolehlivých hashovacích funkcí a šifrovacích systémů.
implementace. Pokud je algoritmus dokončen, ale neexistuje dobrý plán implementace, systém digitálního podpisu může mít také skrytá nebezpečí.
soukromý klíč. Pokud dojde ke ztrátě nebo nějakému ohrožení soukromého klíče, není zaručena autenticita a nepopiratelnost. Pro uživatele kryptoměn může ztráta soukromých klíčů způsobit značné finanční ztráty.
Elektronické podpisy a digitální podpisy
Ve zkratce lze digitální podpis chápat jako specifický typ elektronického podpisu, který označuje použití elektronických prostředků k podepisování dokumentů a zpráv. Proto lze všechny digitální podpisy považovat za elektronické podpisy, nikoli však naopak.
Hlavním rozdílem mezi nimi je metoda ověřování. Digitální podpisy vyžadují nasazení kryptografických systémů, jako jsou hashovací funkce, kryptografie s veřejným klíčem a šifrovací techniky.
Shrnout
Hashovací funkce a kryptografie veřejného klíče jsou jádrem systémů digitálního podpisu a nyní se používají v různých případech. Při správné implementaci mohou digitální podpisy zlepšit zabezpečení, zajistit integritu a usnadnit ověřování všech typů dat.
Ve světě blockchainu se digitální podpisy používají k podepisování a autorizaci transakcí kryptoměn. Pro bitcoiny jsou zvláště důležité, protože digitální podpisy zajišťují, že token může použít pouze někdo s odpovídajícím soukromým klíčem.
Přestože elektronické a digitální podpisy používáme již roky, stále je zde velký prostor pro růst. Dnes je většina oficiálních dokumentů stále založena na papírových materiálech, ale jak bude více systémů migrovat na digitální, uvidíme více řešení pro digitální podpis.
