Les signatures numériques sont des mécanismes cryptographiques utilisés pour vérifier l'authenticité et l'intégrité des chiffres et des données. Nous pouvons la considérer comme une version numérique de la méthode traditionnelle de signature manuscrite, et elle est plus complexe et plus sécurisée que les signatures.

Bref, on peut comprendre une signature numérique comme un code attaché à un message ou un document. Une fois qu'une signature numérique est générée, elle sert de preuve que le message n'a pas été falsifié pendant son parcours de l'expéditeur au destinataire.

Alors que le concept d'utilisation de la cryptographie pour protéger la confidentialité des communications remonte à l'Antiquité, les systèmes de signature numérique ne sont devenus une réalité que dans les années 1970 avec le développement de la cryptographie à clé publique (PKC). Ainsi, pour comprendre le fonctionnement des signatures numériques, nous devons d’abord comprendre les bases des fonctions de hachage et de la cryptographie à clé publique.


fonction de hachage

Le hachage est l'un des éléments essentiels des signatures numériques. Le processus opérationnel de la valeur de hachage fait référence à la conversion de données de n'importe quelle longueur en une longueur fixe. Ceci est réalisé grâce à une opération spéciale appelée fonction de hachage. La valeur générée par la fonction de hachage est appelée valeur de hachage ou résumé de message.

Lorsqu'une valeur de hachage est combinée à un algorithme cryptographique, qui utilise une fonction de hachage cryptographique pour générer une valeur de hachage (digest), la valeur agit comme une empreinte numérique unique. Cela signifie que toute modification des données d'entrée (message) entraînera une valeur de sortie complètement différente (valeur de hachage). C’est pourquoi les fonctions de hachage cryptographique sont largement utilisées pour vérifier l’authenticité des chiffres et des données.


Cryptographie à clé publique (PKC)

La cryptographie à clé publique, ou PKC, fait référence à un système de chiffrement qui utilise une paire de clés : une clé publique et une clé privée. Les deux clés sont mathématiquement liées et peuvent être utilisées pour le cryptage des données et les signatures numériques.

En tant qu'outil de chiffrement, PKC offre une sécurité plus élevée que le chiffrement symétrique. Les systèmes de chiffrement symétrique s'appuient sur la même clé pour chiffrer et déchiffrer les informations, mais PKC utilise une clé publique pour le chiffrement des données et une clé privée correspondante pour le déchiffrement des données.

En plus de cela, PKC peut également être appliqué pour générer des signatures numériques. Essentiellement, le processus implique que l'expéditeur chiffre le hachage du message (données) à l'aide de sa propre clé privée. Ensuite, le destinataire du message peut vérifier si la signature numérique est valide à l'aide de la clé publique fournie par le signataire.

Dans certains cas, la signature numérique elle-même peut inclure un cryptage, mais pas toujours. Par exemple, la blockchain Bitcoin utilise le PKC et les signatures numériques et, contrairement à ce que pensent la plupart des gens, il n’y a pas de cryptage dans le processus. Techniquement parlant, Bitcoin déploie à son tour l’algorithme de signature numérique à courbe elliptique (ECDSA) pour vérifier les transactions.


Comment fonctionnent les signatures numériques

Dans le contexte de la cryptomonnaie, un système de signature numérique se compose généralement de trois processus de base : le hachage, la signature et la vérification.

Hachez les données

La première étape consiste à hacher le message ou les données. Cela se fait en opérant sur les données à l'aide d'un algorithme de hachage pour générer une valeur de hachage (c'est-à-dire un résumé du message). Comme mentionné ci-dessus, la longueur des messages peut varier considérablement, mais lorsque les messages sont hachés, leurs valeurs de hachage ont toutes la même longueur. C'est la propriété la plus fondamentale des fonctions de hachage.

Cependant, il n’est pas nécessaire de simplement hacher le message pour générer une signature numérique, puisque les messages qui n’ont pas été hachés peuvent également être cryptés à l’aide de la clé privée. Mais pour les crypto-monnaies, les messages doivent être traités par des fonctions de hachage, car le traitement des valeurs de hachage de longueur fixe facilite l'exécution des programmes de crypto-monnaie.

signe

Une fois les informations hachées, l'expéditeur du message doit signer son message. La cryptographie à clé publique est utilisée ici. Il existe plusieurs types d’algorithmes de signature numérique, chacun doté de son propre mécanisme de fonctionnement. Essentiellement, un message haché (valeur de hachage) est signé à l'aide d'une clé privée, et le destinataire du message peut ensuite vérifier sa validité à l'aide de la clé publique correspondante (fournie par le signataire).

Autrement dit, si la clé privée n'est pas utilisée lors de la génération d'une signature, le destinataire du message ne pourra pas utiliser la clé publique correspondante pour vérifier sa validité. Les clés publiques et privées sont générées par l'expéditeur du message, mais seule la clé publique est partagée avec le destinataire.

Il est important de noter que les signatures numériques sont associées au contenu de chaque message. Ainsi, contrairement aux signatures manuscrites, les signatures numériques sont différentes pour chaque message.

vérifier

Prenons un exemple pour illustrer l’ensemble du processus, du début à la dernière étape de vérification. Supposons qu'Alice envoie un message à Bob, hache le message en une valeur de hachage, puis combine la valeur de hachage avec sa clé privée pour générer une signature numérique. La signature numérique servira d’empreinte numérique unique du message.

Lorsque Bob reçoit le message, il peut vérifier la validité de la signature numérique à l'aide de la clé publique fournie par Alice. De cette façon, Bob peut être sûr que la signature a été créée par Alice, puisqu'elle seule possède la clé privée correspondant à la clé publique (du moins c'est ce que nous avons supposé).

Il est donc important pour Alice de garder sa clé privée en sécurité. Si une autre personne obtient la clé privée d'Alice, elle peut également créer une signature numérique et se faire passer pour Alice. Dans le contexte du Bitcoin, cela signifie que quelqu'un a accès aux clés privées d'Alice et peut transférer ou utiliser ses Bitcoins à son insu.


Pourquoi les signatures numériques sont-elles importantes ?

Les signatures numériques sont généralement utilisées pour atteindre trois objectifs : l'intégrité des données, l'authentification et la non-répudiation.

  • Intégrité des données. Bob peut vérifier si le message d'Alice a été falsifié. Toute modification du message produira une signature numérique complètement différente.

  • Authenticité. Tant qu'Alice garde sa clé privée en sécurité, Bob peut utiliser sa clé publique pour confirmer que la signature numérique a été créée par Alice elle-même et non par quelqu'un d'autre.

  • Non-répudiation. Après avoir généré une signature, Alice ne peut pas refuser de signer cette signature à l'avenir, à moins que sa clé privée ne soit compromise d'une manière ou d'une autre.


Cas

Les signatures numériques peuvent être appliquées à une variété de documents et de certificats numériques. Ils ont donc plusieurs applications. Certains des cas les plus courants incluent :

  • informatique. Améliorer la sécurité des systèmes de communication Internet.

  • finance. Les signatures numériques peuvent être appliquées aux audits, aux rapports financiers, aux accords de prêt, etc.

  • loi. Les signatures numériques peuvent être appliquées à divers contrats commerciaux et accords juridiques, y compris les documents gouvernementaux.

  • soins de santé. Les signatures numériques empêchent la fraude dans les ordonnances et les dossiers médicaux.

  • Chaîne de blocs. Les systèmes de signature numérique garantissent que seul le propriétaire légitime d’une cryptomonnaie peut signer des transactions et déplacer des fonds (à condition que ses clés privées ne soient pas compromises).


limitation

Les principaux défis rencontrés par les systèmes de signature numérique se limitent principalement aux trois facteurs suivants :

  • algorithme. Les algorithmes utilisés dans les systèmes de signature numérique ont des exigences de qualité élevées. Ceux-ci incluent le choix de fonctions de hachage et de systèmes de cryptage fiables.

  • mise en œuvre. Si l’algorithme est complet mais qu’il n’existe pas de bon plan de mise en œuvre, le système de signature numérique peut également comporter des dangers cachés.

  • Clé privée. Si la clé privée est perdue ou compromise d'une manière ou d'une autre, l'authenticité et la non-répudiation ne sont pas garanties. Pour les utilisateurs de cryptomonnaies, la perte de clés privées peut entraîner des pertes financières importantes.


Signatures électroniques et signatures numériques

En bref, une signature numérique peut être comprise comme un type spécifique de signature électronique, qui fait référence à l'utilisation de moyens électroniques pour signer des documents et des messages. Par conséquent, toutes les signatures numériques peuvent être considérées comme des signatures électroniques, mais l’inverse n’est pas vrai.

La principale différence entre eux réside dans la méthode d’authentification. Les signatures numériques nécessitent le déploiement de systèmes cryptographiques tels que des fonctions de hachage, une cryptographie à clé publique et des techniques de chiffrement.


Résumer

Les fonctions de hachage et la cryptographie à clé publique sont au cœur des systèmes de signature numérique et sont désormais utilisées dans de nombreux cas. Lorsqu’elles sont mises en œuvre correctement, les signatures numériques peuvent améliorer la sécurité, garantir l’intégrité et faciliter l’authentification de tous les types de données.

Dans le monde de la blockchain, les signatures numériques sont utilisées pour signer et autoriser les transactions en cryptomonnaies. Ils sont particulièrement importants pour Bitcoin, car les signatures numériques garantissent qu’un jeton ne peut être utilisé que par une personne disposant de la clé privée correspondante.

Même si nous utilisons les signatures électroniques et numériques depuis des années, il reste encore beaucoup de marge de croissance. Aujourd’hui, la plupart des documents officiels sont encore basés sur des supports papier, mais à mesure que de plus en plus de systèmes migrent vers le numérique, nous verrons davantage de solutions de signature numérique.