Une signature numérique est un mécanisme cryptographique utilisé pour vérifier l'authenticité et l'intégrité des données numériques. Nous pouvons la considérer comme une version numérique des signatures manuscrites conventionnelles, mais avec un niveau de complexité et de sécurité plus élevé.
En termes simples, nous pouvons décrire une signature numérique comme un code attaché à un message ou à un document. Une fois généré, le code sert de preuve que le message n’a pas été falsifié lors de son passage de l’expéditeur au destinataire.
Bien que le concept de sécurisation des communications par cryptographie remonte à l’Antiquité, les systèmes de signature numérique sont devenus une réalité possible dans les années 1970 avec le développement de la cryptographie à clé publique (PKC). Ainsi, pour savoir comment fonctionnent les signatures numériques, nous devons d’abord comprendre les bases des fonctions de hachage et de la cryptographie à clé publique.
Fonctions de hachage
Le hachage est l'un des principaux éléments d'un système de signature numérique. Le processus de hachage consiste à convertir des données de n'importe quelle taille en données de sortie de taille fixe. Cela se fait à l’aide d’un type spécial d’algorithmes appelés fonctions de hachage. La sortie générée par la fonction de hachage est connue sous le nom de valeur de hachage ou résumé du message.
En combinaison avec la cryptographie, les fonctions de hachage cryptographique peuvent être utilisées pour générer une valeur de hachage (digest) qui agit comme une empreinte numérique unique. Cela signifie que toute modification de l'entrée (message) entraînera une sortie différente (valeur de hachage). C’est pour cette raison que les fonctions de hachage cryptographique sont largement utilisées pour vérifier les données numériques.
Cryptographie à clé publique (PKC)
La cryptographie à clé publique ou PKC fait référence à un système cryptographique qui utilise une paire de clés : une clé publique et une clé privée. Les deux clés sont mathématiquement liées et peuvent être utilisées à la fois pour le cryptage des données et pour les signatures numériques.
En tant qu'outil de chiffrement, PKC est plus sécurisé que les méthodes de chiffrement symétriques plus simples. Alors que les systèmes plus anciens s'appuient sur la même clé pour chiffrer et déchiffrer les informations, PKC permet de chiffrer les données avec une clé publique et de les déchiffrer avec la clé privée correspondante.
De plus, le schéma PKC peut également être utilisé lors de la création de signatures numériques. Essentiellement, le processus consiste à hacher le message (ou les données numériques) avec la clé privée du signataire. Le destinataire du message peut alors vérifier que la signature est valide à l'aide de la clé publique fournie par le signataire.
Dans certaines situations, les signatures numériques peuvent contenir un chiffrement, mais ce n'est pas toujours le cas. Par exemple, la blockchain Bitcoin utilise le PKC et les signatures numériques, mais contrairement à ce que beaucoup pensent, aucun cryptage n’est impliqué dans le processus. Techniquement, Bitcoin utilise ce que l'on appelle l'algorithme de signature numérique à courbe elliptique (ECDSA) pour authentifier les transactions.
Comment fonctionnent les signatures numériques
Dans le contexte des crypto-monnaies, un système de signature numérique comprend souvent trois étapes principales : le hachage, la signature et la vérification.
Hachage des données
La première étape consiste à hacher le message ou les données numériques. Cela se fait en envoyant les données à l'aide d'un algorithme de hachage pour créer une valeur de hachage (c'est-à-dire un résumé du message). Comme mentionné, la taille des messages peut varier considérablement, mais lorsqu'ils sont hachés, toutes leurs valeurs de hachage ont la même longueur. C'est la propriété principale de la fonction de hachage.
Cependant, le hachage des données n'est pas nécessaire pour créer une signature numérique, car on peut utiliser une clé privée pour signer un message qui n'a pas du tout été haché. Mais pour les crypto-monnaies, les données sont toujours hachées, car travailler avec des résumés de longueur fixe simplifie l'ensemble du processus.
Signature
Après avoir haché les informations, l'expéditeur du message doit les signer. C’est là qu’intervient la cryptographie à clé publique. Il existe plusieurs types d’algorithmes de signature numérique, chacun possédant son propre mécanisme. Mais essentiellement, le message haché sera signé avec une clé privée, et le destinataire du message pourra alors vérifier son authenticité à l'aide de la clé privée correspondante (fournie par le signataire).
Autrement dit, si la clé privée n'est pas activée lors de la création de la signature, le destinataire du message ne pourra pas utiliser la clé publique correspondante pour vérifier son authenticité. Les clés publique et privée sont générées par l'expéditeur du message, mais la clé publique est transmise au destinataire.
Il convient de noter que les signatures numériques sont directement liées au contenu de chaque message. Ainsi, contrairement aux signatures manuscrites, qui sont généralement les mêmes quel que soit le message, chaque message signé numériquement aura une signature numérique différente.
Audit
Prenons un exemple pour illustrer l'ensemble du processus jusqu'à la dernière étape de vérification. Imaginez qu'Alice écrit un message à Bob, le hache, puis combine la valeur de hachage avec sa clé privée pour créer une signature numérique. La signature agira comme une empreinte numérique unique de ce 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. Ainsi, Bob peut être sûr que la signature a été créée par Alice, car elle seule possède une clé privée qui correspond à cette clé publique (du moins c'est ce à quoi nous nous attendons).
Il est donc très important pour Alice de garder sa clé privée secrète. Si une autre personne obtient la clé privée d'Alice, elle peut créer une signature numérique et usurper l'identité d'Alice. Dans le contexte du Bitcoin, cela signifie que quelqu'un peut utiliser la clé privée d'Alice pour déplacer ou dépenser ses Bitcoins sans sa permission.
Pourquoi les signatures numériques sont-elles importantes ?
Les signatures numériques sont souvent utilisées pour obtenir trois résultats : l'intégrité des données, l'authentification et le basculement.
Intégrité des données. Bob peut vérifier que le message d'Alice n'a pas changé en cours de route. Toute modification du message entraînera la création d'une toute autre signature.
Authenticité. À condition que la clé privée d'Alice reste secrète, Bob peut utiliser sa clé publique pour vérifier que les signatures numériques ont été créées par Alice et par personne d'autre.
Fiabilité. Une fois la signature générée, Alice ne peut pas nier qu'elle l'a signée à l'avenir, à moins que sa clé privée ne soit compromise.
Options d'utilisation
Les signatures numériques peuvent être appliquées à différents types de documents et de certificats numériques. A ce titre, ils ont plusieurs utilisations. Certaines des utilisations les plus courantes sont :
Technologies de l'information : améliorer la sécurité des systèmes de communication Internet.
Finance : les signatures numériques peuvent être appliquées aux audits, aux notes de frais, aux accords de crédit, etc.
Réglementation juridique : signature numérique de tous types de contrats commerciaux et d'accords juridiques, y compris les documents gouvernementaux.
Soins de santé : les signatures numériques peuvent empêcher la contrefaçon des ordonnances et des dossiers médicaux.
Blockchain : les systèmes de signature numérique garantissent que seuls les propriétaires légitimes d'une cryptomonnaie peuvent signer une transaction pour déplacer des fonds (à condition que leurs clés privées ne soient pas compromises).
Limitation
Les principaux défis auxquels sont confrontés les systèmes de signature numérique reposent sur au moins trois exigences :
Algorithme : La qualité des algorithmes utilisés dans un système de signature numérique est importante. Il s’agit notamment de la sélection de fonctions de hachage et de systèmes cryptographiques fiables.
Mise en œuvre : si les algorithmes sont bons et que la mise en œuvre fait défaut, le système de signature numérique est susceptible d'être défectueux.
Clé privée : si les clés privées sont perdues ou compromises d'une manière ou d'une autre, les propriétés d'authenticité et de non-défaillance seront annulées. Pour les utilisateurs de cryptomonnaies, la perte d’une clé privée peut engendrer des pertes financières importantes.
Signatures électroniques vs signatures numériques
Les signatures numériques font référence à un type spécifique de signatures électroniques appartenant à toute méthode électronique de signature de documents et de messages. Par conséquent, toutes les signatures numériques sont des signatures électroniques, mais l’inverse n’est pas le cas.
La principale différence entre eux réside dans la méthode d’authentification. Les signatures numériques utilisent des systèmes cryptographiques tels que des fonctions de hachage, la cryptographie à clé publique et des techniques de cryptage.
Résultats
Les fonctions de hachage et la cryptographie à clé publique sont au cœur des systèmes de signature numérique, qui ont actuellement de nombreuses utilisations. Lorsqu'elles sont appliquées correctement, les signatures numériques peuvent améliorer la sécurité, garantir l'intégrité et faciliter l'authentification de tous les types de données numériques.
Dans le domaine de la blockchain, les signatures numériques sont utilisées pour signer et autoriser des crypto-transactions. Ils sont particulièrement importants pour Bitcoin car les signatures garantissent que les pièces ne peuvent être dépensées que par des personnes disposant des clés privées correspondantes.
Même si nous utilisons à la fois les signatures électroniques et numériques depuis de nombreuses années, nous avons encore de la marge pour nous développer. Une grande partie de la bureaucratie actuelle est encore basée sur le papier, mais nous assisterons probablement à une plus grande adoption des signatures numériques à mesure que nous évoluons vers des systèmes de traitement de données plus numériques.