Ciparparaksts ir kriptogrāfijas mehānisms, ko izmanto, lai pārbaudītu digitālo datu autentiskumu un integritāti. Mēs to varam uzskatīt par parastu ar roku rakstītu parakstu digitālo versiju, taču ar augstāku sarežģītības un drošības līmeni.
Vienkārši sakot, mēs varam raksturot digitālo parakstu kā kodu, kas pievienots ziņojumam vai dokumentam. Kad kods ir ģenerēts, tas darbojas kā pierādījums tam, ka ziņojumā nav notikušas izmaiņas ceļā no sūtītāja līdz saņēmējam.
Lai gan koncepcija par sakaru nodrošināšanu, izmantojot kriptogrāfiju, aizsākās senos laikos, digitālā paraksta shēmas kļuva par iespējamu realitāti 1970. gados, attīstoties publiskās atslēgas kriptogrāfijai (PKC). Tātad, lai uzzinātu, kā darbojas digitālie paraksti, mums vispirms ir jāsaprot jaukšanas funkciju un publiskās atslēgas kriptogrāfijas pamati.
Jaucējfunkcijas
Jaukšana ir viens no galvenajiem digitālā paraksta sistēmas elementiem. Jaukšanas process ir jebkura lieluma datu pārvēršana fiksēta izmēra izvaddatos. Tas tiek darīts, izmantojot īpaša veida algoritmus, kas pazīstami kā jaucējfunkcijas. Jaucējfunkcijas ģenerētā izvade ir zināma kā ziņojuma jaucējvērtība vai īssavilkums.
Kombinācijā ar kriptogrāfiju var izmantot tā sauktās kriptogrāfijas jaucējfunkcijas, lai ģenerētu jaucējvērtību (saīsinājumu), kas darbojas kā unikāls digitālais pirkstu nospiedums. Tas nozīmē, ka jebkuras izmaiņas ievadē (ziņojumā) radīs citu izvadi (jaucējvērtību). Šī iemesla dēļ kriptogrāfiskās jaucējfunkcijas tiek plaši izmantotas, lai pārbaudītu digitālos datus.
Publiskās atslēgas kriptogrāfija (PKC)
Publiskās atslēgas kriptogrāfija jeb PKC attiecas uz kriptogrāfijas sistēmu, kas izmanto atslēgu pāri: vienu publisko atslēgu un vienu privāto atslēgu. Abas atslēgas ir matemātiski saistītas, un tās var izmantot gan datu šifrēšanai, gan ciparparakstiem.
Kā šifrēšanas rīks PKC ir drošāks nekā vienkāršākas simetriskas šifrēšanas metodes. Lai gan vecākas sistēmas informācijas šifrēšanai un atšifrēšanai izmanto vienu un to pašu atslēgu, PKC ļauj šifrēt datus ar publisko atslēgu un atšifrēt datus ar atbilstošo privāto atslēgu.
Turklāt PKC shēmu var izmantot arī, veidojot ciparparakstus. Būtībā process sastāv no ziņojuma (vai digitālo datu) jaukšanas kopā ar parakstītāja privāto atslēgu. Pēc tam ziņojuma saņēmējs var pārbaudīt, vai paraksts ir derīgs, izmantojot parakstītāja nodrošināto publisko atslēgu.
Dažās situācijās digitālie paraksti var ietvert šifrēšanu, taču tas ne vienmēr tā ir. Piemēram, Bitcoin blokķēde izmanto PKC un ciparparakstus, taču pretēji tam, ko uzskata daudzi, tajā nav iesaistīta šifrēšana. Tehniski Bitcoin izmanto tā saukto eliptiskās līknes digitālā paraksta algoritmu (ECDSA), lai autentificētu darījumus.
Kā darbojas digitālie paraksti
Kriptovalūtu kontekstā digitālā paraksta sistēma bieži sastāv no trim galvenajiem posmiem: jaukšanas, parakstīšanas un verifikācijas.
Datu jaukšana
Pirmais solis ir jaukt ziņojumu vai digitālos datus. Tas tiek darīts, nosūtot datus, izmantojot jaukšanas algoritmu, lai izveidotu jaucējvērtību (ti, ziņojuma īssavilkumu). Kā minēts, ziņojumi var ievērojami atšķirties pēc lieluma, taču, ja tie ir sajaukti, visas to jaucējvērtības ir vienāda garuma. Šī ir jaucējfunkcijas galvenā īpašība.
Tomēr datu jaukšana nav nepieciešama, lai izveidotu ciparparakstu, jo var izmantot privāto atslēgu, lai parakstītu ziņojumu, kas vispār nav jaukts. Taču kriptovalūtām dati vienmēr tiek sajaukti, jo darbs ar fiksēta garuma īssavilkumiem vienkāršo visu procesu.
Paraksts
Pēc informācijas jaukšanas ziņojuma sūtītājam tā jāparaksta. Šeit tiek izmantota publiskās atslēgas kriptogrāfija. Ir vairāki digitālā paraksta algoritmu veidi, katram ir savs mehānisms. Taču būtībā jauktais ziņojums tiks parakstīts ar privāto atslēgu, un ziņojuma saņēmējs pēc tam var pārbaudīt tā autentiskumu, izmantojot atbilstošo privāto atslēgu (nodrošina parakstītājs).
Citiem vārdiem sakot, ja privātā atslēga nav iespējota paraksta izveides laikā, ziņojuma saņēmējs nevarēs izmantot atbilstošo publisko atslēgu, lai pārbaudītu tās autentiskumu. Gan publisko, gan privāto atslēgu ģenerē ziņojuma sūtītājs, bet publiskā atslēga tiek pārsūtīta adresātam.
Ir vērts atzīmēt, ka digitālie paraksti ir tieši saistīti ar katra ziņojuma saturu. Tāpēc atšķirībā no ar roku rakstītiem parakstiem, kas parasti ir vienādi neatkarīgi no ziņojuma, katram digitāli parakstītam ziņojumam būs atšķirīgs ciparparaksts.
Audits
Ņemsim piemēru, lai ilustrētu visu procesu līdz pēdējam verifikācijas posmam. Iedomājieties, ka Alise raksta ziņojumu Bobam, sajauc to un pēc tam apvieno jaucējvērtību ar savu privāto atslēgu, lai izveidotu digitālo parakstu. Paraksts darbosies kā unikāls šī ziņojuma digitālais pirkstu nospiedums.
Kad Bobs saņem ziņojumu, viņš var pārbaudīt ciparparaksta derīgumu, izmantojot Alises nodrošināto publisko atslēgu. Tātad Bobs var būt pārliecināts, ka parakstu ir izveidojusi Alise, jo tikai viņai ir privātā atslēga, kas atbilst šai publiskajai atslēgai (vismaz mēs to sagaidām).
Tāpēc Alisei ir ļoti svarīgi saglabāt savu privāto atslēgu noslēpumā. Ja cita persona iegūst Alises privāto atslēgu, tā var izveidot ciparparakstu un uzdoties par Alisi. Bitcoin kontekstā tas nozīmē, ka kāds var izmantot Alises privāto atslēgu, lai pārvietotu vai tērētu savus Bitcoinus bez viņas atļaujas.
Kāpēc digitālie paraksti ir svarīgi?
Ciparparakstus bieži izmanto, lai sasniegtu trīs rezultātus: datu integritāti, autentifikāciju un kļūmjpārlēci.
Datu ticamība. Bobs var pārbaudīt, vai Alises ziņojums nav mainījies. Jebkādas ziņojuma izmaiņas novedīs pie pavisam cita paraksta izveidošanas.
Autentiskums. Ja Alises privātā atslēga tiek turēta noslēpumā, Bobs var izmantot viņas publisko atslēgu, lai pārbaudītu, vai ciparparakstus ir izveidojusi Alise un neviens cits.
Uzticamība. Kad paraksts ir ģenerēts, Alise nevar noliegt, ka ir parakstījusi to nākotnē, ja vien viņas privātā atslēga nav apdraudēta.
Lietošanas iespējas
Ciparparakstus var lietot dažāda veida digitālajiem dokumentiem un sertifikātiem. Kā tādiem tiem ir vairāki lietojumi. Daži no visizplatītākajiem lietojumiem ir:
Informācijas tehnoloģijas: interneta sakaru sistēmu drošības uzlabošana.
Finanses: digitālos parakstus var lietot revīzijām, izdevumu pārskatiem, kredītlīgumiem un citam.
Tiesiskais regulējums: Visu veidu uzņēmējdarbības līgumu un juridisku līgumu, tostarp valdības dokumentu, parakstīšana.
Veselības aprūpe: digitālie paraksti var novērst recepšu un medicīnisko dokumentu viltošanu.
Blockchain: digitālā paraksta shēmas nodrošina, ka tikai likumīgie kriptovalūtas īpašnieki var parakstīt darījumu, lai pārvietotu līdzekļus (ja viņu privātās atslēgas netiek apdraudētas).
Ierobežojums
Galvenās problēmas, ar kurām saskaras digitālā paraksta shēmas, ir balstītas uz vismaz trim prasībām:
Algoritms: svarīga ir digitālā paraksta shēmā izmantoto algoritmu kvalitāte. Jo īpaši tā ir uzticamu jaucējfunkciju un kriptogrāfijas sistēmu izvēle.
Ieviešana: ja algoritmi ir labi un ieviešanas trūkst, visticamāk, digitālā paraksta sistēma ir kļūdaina.
Privātā atslēga: ja privātās atslēgas tiek pazaudētas vai kaut kādā veidā apdraudētas, autentiskuma un neveiksmju rekvizīti tiks anulēti. Kriptovalūtu lietotājiem privātās atslēgas pazaudēšana var radīt ievērojamus finansiālus zaudējumus.
Elektroniskie paraksti vs. ciparparaksti
Ciparparaksti attiecas uz vienu konkrētu elektronisko parakstu veidu, kas pieder jebkurai elektroniskai dokumentu un ziņojumu parakstīšanas metodei. Tāpēc visi ciparparaksti ir elektroniskie paraksti, bet ne otrādi.
Galvenā atšķirība starp tām ir autentifikācijas metode. Digitālie paraksti izmanto kriptogrāfijas sistēmas, piemēram, jaucējfunkcijas, publiskās atslēgas kriptogrāfiju un šifrēšanas metodes.
Rezultāti
Jaucējfunkcijas un publiskās atslēgas kriptogrāfija ir digitālā paraksta sistēmu pamatā, kurām pašlaik ir daudz pielietojumu. Pareizi lietojot, digitālie paraksti var uzlabot drošību, nodrošināt integritāti un atvieglot visu veidu digitālo datu autentifikāciju.
Blokķēdes laukā digitālie paraksti tiek izmantoti, lai parakstītu un autorizētu kriptogrāfijas darījumus. Tie ir īpaši svarīgi Bitcoin, jo paraksti nodrošina, ka monētas var tērēt tikai cilvēki, kuriem ir atbilstošās privātās atslēgas.
Lai gan jau daudzus gadus izmantojam gan elektroniskos, gan digitālos parakstus, mums vēl ir kur augt. Liela daļa mūsdienu birokrātijas joprojām ir balstīta uz papīra, taču mēs, visticamāk, redzēsim lielāku digitālo parakstu pieņemšanu, pārejot uz digitālākām datu apstrādes sistēmām.