Podpis cyfrowy to mechanizm kryptograficzny służący do weryfikacji autentyczności i integralności danych cyfrowych. Możemy uznać to za cyfrową wersję zwykłych podpisów odręcznych, ale o wyższym poziomie złożoności i bezpieczeństwa.
W prostych słowach podpis cyfrowy możemy opisać jako kod powiązany z wiadomością lub dokumentem. Po wygenerowaniu wspomniany kod stanowi dowód, że wiadomość nie została zmanipulowana w procesie przenoszenia jej od nadawcy do odbiorcy.
Chociaż koncepcja ochrony komunikacji za pomocą kryptografii sięga czasów starożytnych, systemy podpisów cyfrowych stały się realną możliwością w latach 70. XX wieku – dzięki rozwojowi kryptografii klucza publicznego (PKC). Aby więc dowiedzieć się, jak działają podpisy cyfrowe, musimy najpierw zrozumieć podstawy funkcji skrótu i kryptografii klucza publicznego.
Funkcje mieszające
Haszowanie jest jednym z głównych elementów systemów podpisu cyfrowego. Proces mieszania polega na przekształcaniu danych o dowolnym rozmiarze w dane wyjściowe o stałej długości. Osiąga się to za pomocą specjalnych algorytmów zwanych funkcjami skrótu. Dane wyjściowe generowane przez funkcję skrótu nazywane są wartością skrótu lub skrótem wiadomości.
W połączeniu z kryptografią można wykorzystać tak zwane kryptograficzne funkcje skrótu do wygenerowania wartości skrótu (skrótu), która działa jak unikalny odcisk palca. Oznacza to, że jakakolwiek zmiana danych wejściowych (komunikatu) spowoduje zupełnie inny wynik (wartość skrótu). I to jest powód, dla którego kryptograficzne funkcje skrótu są szeroko stosowane do weryfikacji autentyczności danych cyfrowych.
Kryptografia klucza publicznego (PKC)
Kryptografia klucza publicznego (PKC) oznacza system kryptograficzny wykorzystujący parę kluczy: jeden publiczny i jeden prywatny. Obydwa klucze są powiązane matematycznie i mogą być używane zarówno do szyfrowania danych, jak i do podpisów cyfrowych.
Jako narzędzie szyfrujące PKC jest bezpieczniejsze niż bardziej podstawowe metody szyfrowania symetrycznego. Podczas gdy starsze systemy wykorzystują ten sam klucz do szyfrowania i deszyfrowania informacji, PKC umożliwia szyfrowanie danych przy użyciu klucza publicznego i odszyfrowywanie przy użyciu odpowiedniego klucza prywatnego.
Oprócz tego schemat PKC można zastosować do generowania podpisów cyfrowych. Zasadniczo proces polega na mieszaniu wiadomości (lub danych cyfrowych) wraz z kluczem prywatnym osoby podpisującej. Odbiorca wiadomości może następnie sprawdzić, czy podpis jest ważny, korzystając z klucza publicznego dostarczonego przez osobę podpisującą.
W niektórych okolicznościach podpisy cyfrowe mogą obejmować szyfrowanie, chociaż nie zawsze tak jest. Na przykład łańcuch bloków Bitcoin wykorzystuje PKC i podpisy cyfrowe, ale w przeciwieństwie do tego, w co wielu wierzy, w tym procesie nie występuje żadne szyfrowanie. Technicznie rzecz biorąc, Bitcoin wykorzystuje tak zwany algorytm podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA) do uwierzytelniania transakcji.
Jak działają podpisy cyfrowe
W przestrzeni kryptowalut system podpisu cyfrowego często składa się z trzech podstawowych etapów: mieszania, podpisywania i weryfikacji.
Hashowanie danych
Pierwszym krokiem jest hashowanie wiadomości lub danych cyfrowych. Osiąga się to poprzez przetwarzanie danych przy użyciu algorytmu hashującego w celu uzyskania wartości hash (w tym przypadku skrótu wiadomości). Jak już wspomniano, rozmiar wiadomości może się znacznie różnić, ale po ich zaszyfrowaniu wszystkie wynikające z nich wartości skrótu mają tę samą długość. Jest to najbardziej podstawowa właściwość funkcji skrótu.
Jednak do wystawienia podpisu cyfrowego nie jest konieczne poddawanie danych haszowaniu, ponieważ można użyć klucza prywatnego do podpisania wiadomości, która w żaden sposób nie została zaszyfrowana. Teraz w przypadku kryptowalut dane zawsze poddawane są procesowi haszowania, ponieważ obsługa skrótów o stałej długości ułatwia cały proces.
Firma
Po zaszyfrowaniu informacji nadawca wiadomości musi ją podpisać. To jest moment, w którym zaczyna działać kryptografia klucza publicznego. Istnieje wiele typów algorytmów podpisu cyfrowego, każdy z własnym mechanizmem. Generalnie jednak zaszyfrowana wiadomość będzie podpisana kluczem prywatnym, a odbiorca będzie mógł zweryfikować jej ważność za pomocą odpowiedniego klucza publicznego (dostarczonego przez osobę podpisującą).
Innymi słowy, jeśli klucz prywatny nie zostanie uwzględniony podczas generowania podpisu, odbiorca wiadomości nie będzie mógł użyć odpowiedniego klucza publicznego do sprawdzenia jego ważności. Zarówno klucz publiczny, jak i prywatny są generowane przez nadawcę wiadomości, ale tylko klucz publiczny jest udostępniany odbiorcy.
Warto zaznaczyć, że podpisy cyfrowe są bezpośrednio powiązane z treścią każdej wiadomości. Zatem w przeciwieństwie do podpisów odręcznych, które zwykle są takie same niezależnie od wiadomości, każda wiadomość podpisana cyfrowo będzie miała inny podpis cyfrowy.
sprawdzać
Weźmy przykład ilustrujący cały proces aż do końcowego etapu weryfikacji. Wyobraź sobie, że Alicja pisze wiadomość do Boba, szyfruje ją, a następnie łączy wartość skrótu ze swoim kluczem prywatnym, aby wygenerować podpis cyfrowy. Podpis będzie stanowić unikalny odcisk palca tej konkretnej wiadomości.
Kiedy Bob odbierze wiadomość, może zweryfikować ważność podpisu cyfrowego za pomocą klucza publicznego dostarczonego przez Alicję. W ten sposób Bob może być pewien, że podpis został utworzony przez Alicję, ponieważ tylko ona posiada klucz prywatny odpowiadający temu kluczowi publicznemu (przynajmniej taką mamy nadzieję).
Dlatego ważne jest, aby Alicja zachowała swój klucz prywatny w tajemnicy. Jeśli inna osoba zdobędzie klucz prywatny Alicji, może utworzyć podpisy cyfrowe i udawać, że jest Alicją. W kontekście Bitcoina oznacza to, że ktoś może użyć klucza prywatnego Alicji do przeniesienia lub wydania jej Bitcoinów bez jej zgody.
Dlaczego podpisy cyfrowe są ważne?
Podpisy cyfrowe są często wykorzystywane do osiągnięcia trzech celów: integralności danych, uwierzytelnienia i niezaprzeczalności.
Integralność danych. Bob może sprawdzić, czy wiadomość Alicji nie uległa zmianie. Jakakolwiek modyfikacja wiadomości spowodowałaby powstanie zupełnie innego podpisu.
Autentyczność. Dopóki klucz prywatny Alicji pozostaje tajemnicą, Bob może użyć jej klucza publicznego, aby potwierdzić, że podpisy cyfrowe zostały utworzone przez Alicję i nikogo innego.
Nie potępiam. Po wygenerowaniu podpisu Alicja nie będzie mogła w przyszłości zaprzeczyć, że go podpisała, chyba że jej klucz prywatny zostanie w jakiś sposób naruszony.
Przypadków użycia
Podpisy cyfrowe można stosować do różnego rodzaju dokumentów i certyfikatów cyfrowych. Jako takie mają kilka zastosowań. Niektóre z najczęstszych przypadków użycia obejmują:
Technologia informacyjna. Poprawa bezpieczeństwa systemów komunikacji internetowej.
Finanse. Podpisy cyfrowe można wdrożyć w audytach, raportach wydatków, umowach kredytowych i wielu innych.
Prawny. Podpis cyfrowy wszelkiego rodzaju umów biznesowych i umów prawnych, w tym dokumentów rządowych.
Opieka zdrowotna. Podpisy cyfrowe mogą zapobiegać oszustwom dotyczącym recept i dokumentacji medycznej.
Blockchain. Schematy podpisu cyfrowego zapewniają, że tylko prawowici właściciele kryptowalut mogą podpisać transakcję w celu przeniesienia środków (o ile ich klucze prywatne nie zostaną naruszone).
Ograniczenia
Główne wyzwania stojące przed schematami podpisu cyfrowego opierają się na co najmniej trzech wymaganiach:
Algorytm. Jakość algorytmów stosowanych w schemacie podpisu cyfrowego jest ważna. Obejmuje to wybór niezawodnych funkcji skrótu i systemów kryptograficznych.
Realizacja. Jeśli algorytmy są dobre, ale implementacja nie jest, system podpisu cyfrowego prawdopodobnie jest wadliwy.
Prywatny klucz. Jeśli klucze prywatne wyciekną lub zostaną w jakikolwiek sposób naruszone, właściwości autentyczności i niezaprzeczalności zostaną unieważnione. Dla użytkowników kryptowalut utrata klucza prywatnego może skutkować znacznymi stratami finansowymi.
Podpisy elektroniczne vs. Podpisy cyfrowe
Mówiąc najprościej, podpisy cyfrowe odnoszą się do szczególnego rodzaju podpisów elektronicznych, które odnoszą się do dowolnej elektronicznej metody podpisywania dokumentów i wiadomości. Dlatego wszystkie podpisy cyfrowe są podpisami elektronicznymi, ale nie zawsze jest odwrotnie.
Główną różnicą między nimi jest metoda uwierzytelniania. Podpisy cyfrowe wdrażają systemy kryptograficzne, takie jak funkcje skrótu, kryptografia klucza publicznego i techniki szyfrowania.
Podsumowując
Funkcje skrótu i kryptografia klucza publicznego stanowią rdzeń systemów podpisów cyfrowych, które są obecnie stosowane w szerokim zakresie przypadków użycia. Prawidłowo wdrożone podpisy cyfrowe mogą zwiększyć bezpieczeństwo, zapewnić integralność i ułatwić uwierzytelnianie wszystkich typów danych cyfrowych.
W przestrzeni blockchain podpisy cyfrowe służą do podpisywania i autoryzacji transakcji kryptowalutowych. Są one szczególnie ważne dla Bitcoina, ponieważ podpisy zapewniają, że monetami mogą wydawać wyłącznie osoby posiadające odpowiednie klucze prywatne.
Mimo że od lat korzystamy z podpisów elektronicznych i cyfrowych, wciąż jest sporo miejsca na rozwój. Duża część dzisiejszej biurokracji w dalszym ciągu opiera się na papierkowej roboty, ale w miarę migracji do bardziej cyfrowego systemu prawdopodobnie będziemy świadkami szerszego przyjęcia systemów podpisów cyfrowych.
