Podpisy cyfrowe to mechanizmy kryptograficzne służące do weryfikacji autentyczności i integralności liczb i danych. Możemy o tym myśleć jako o cyfrowej wersji tradycyjnej metody podpisu odręcznego, która jest bardziej złożona i bezpieczna niż podpisy.
Krótko mówiąc, podpis cyfrowy możemy rozumieć jako kod dołączony do wiadomości lub dokumentu. Wygenerowany podpis cyfrowy służy jako dowód, że wiadomość nie została zmodyfikowana podczas jej podróży od nadawcy do odbiorcy.
Choć koncepcja wykorzystania kryptografii do ochrony poufności komunikacji sięga czasów starożytnych, systemy podpisów cyfrowych stały się rzeczywistością dopiero w latach 70. XX wieku wraz z rozwojem kryptografii klucza publicznego (PKC). Aby więc zrozumieć, jak działają podpisy cyfrowe, musimy najpierw zrozumieć podstawy funkcji skrótu i kryptografii klucza publicznego.
funkcja skrótu
Haszowanie jest jednym z podstawowych elementów podpisów cyfrowych. Proces operacji na wartości skrótu odnosi się do konwersji danych o dowolnej długości na stałą długość. Osiąga się to poprzez specjalną operację zwaną funkcją skrótu. Wartość wygenerowana przez funkcję skrótu nazywana jest wartością skrótu lub skrótem komunikatu.
Kiedy wartość skrótu jest połączona z algorytmem kryptograficznym, który wykorzystuje kryptograficzną funkcję skrótu do wygenerowania wartości skrótu (skrótu), wartość ta działa jak unikalny cyfrowy odcisk palca. Oznacza to, że jakakolwiek zmiana danych wejściowych (komunikatu) spowoduje zupełnie inną wartość wyjściową (wartość skrótu). Dlatego właśnie kryptograficzne funkcje skrótu są szeroko stosowane w celu weryfikacji autentyczności liczb i danych.
Kryptografia klucza publicznego (PKC)
Kryptografia klucza publicznego (PKC) odnosi się do systemu szyfrowania wykorzystującego parę kluczy: klucz publiczny i klucz prywatny. Te dwa klucze są powiązane matematycznie i mogą być używane do szyfrowania danych i podpisów cyfrowych.
Jako narzędzie szyfrujące PKC zapewnia wyższy poziom bezpieczeństwa niż szyfrowanie symetryczne. Systemy szyfrowania symetrycznego korzystają z tego samego klucza do szyfrowania i deszyfrowania informacji, ale PKC używa klucza publicznego do szyfrowania danych i odpowiedniego klucza prywatnego do deszyfrowania danych.
Oprócz tego PKC można również zastosować do generowania podpisów cyfrowych. Zasadniczo proces ten polega na szyfrowaniu przez nadawcę skrótu wiadomości (danych) przy użyciu własnego klucza prywatnego. Następnie odbiorca wiadomości może sprawdzić, czy podpis cyfrowy jest ważny, korzystając z klucza publicznego dostarczonego przez osobę podpisującą.
W niektórych przypadkach sam podpis cyfrowy może obejmować szyfrowanie, ale nie zawsze. Na przykład łańcuch bloków Bitcoin wykorzystuje PKC i podpisy cyfrowe i w przeciwieństwie do większości ludzi wierzy, że w tym procesie nie ma szyfrowania. Technicznie rzecz biorąc, Bitcoin z kolei wdraża tak zwany algorytm podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA) w celu weryfikacji transakcji.
Jak działają podpisy cyfrowe
W kontekście kryptowalut system podpisu cyfrowego składa się zazwyczaj z trzech podstawowych procesów: mieszania, podpisywania i weryfikacji.
Haszuj dane
Pierwszym krokiem jest hashowanie wiadomości lub danych. Odbywa się to poprzez operowanie na danych przy użyciu algorytmu mieszania w celu wygenerowania wartości skrótu (tj. skrótu wiadomości). Jak wspomniano powyżej, wiadomości mogą znacznie różnić się długością, ale gdy wiadomości są zaszyfrowane, ich wartości skrótu mają tę samą długość. Jest to najbardziej podstawowa właściwość funkcji skrótu.
Jednak samo zaszyfrowanie wiadomości nie jest konieczne do wygenerowania podpisu cyfrowego, ponieważ wiadomości, które nie zostały zaszyfrowane, można również zaszyfrować przy użyciu klucza prywatnego. Ale w przypadku kryptowalut wiadomości muszą być przetwarzane przez funkcję skrótu, ponieważ przetwarzanie wartości skrótu o stałej długości pomaga w działaniu programów kryptowalutowych.
podpisać
Po zaszyfrowaniu informacji nadawca wiadomości musi ją podpisać. Wykorzystuje się tu kryptografię klucza publicznego. Istnieje kilka typów algorytmów podpisu cyfrowego, każdy z własnym, unikalnym mechanizmem operacyjnym. Zasadniczo zaszyfrowana wiadomość (wartość skrótu) jest podpisana przy użyciu klucza prywatnego, a odbiorca wiadomości może następnie sprawdzić jej ważność za pomocą odpowiedniego klucza publicznego (dostarczonego przez osobę podpisującą).
Innymi słowy, jeśli przy generowaniu podpisu nie zostanie użyty klucz prywatny, 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.
Należy pamiętać, że podpisy cyfrowe są powiązane z treścią każdej wiadomości. Dlatego w przeciwieństwie do podpisów odręcznych podpisy cyfrowe są różne dla każdej wiadomości.
zweryfikować
Weźmy przykład ilustrujący cały proces, od początku do ostatniego etapu weryfikacji. Załóżmy, że Alicja wysyła wiadomość do Boba, szyfruje wiadomość do wartości skrótu, a następnie łączy wartość skrótu ze swoim kluczem prywatnym w celu wygenerowania podpisu cyfrowego. Podpis cyfrowy będzie stanowić unikalny cyfrowy odcisk palca wiadomości.
Kiedy Bob odbierze wiadomość, może sprawdzić ważność podpisu cyfrowego, korzystając z klucza publicznego dostarczonego przez Alicję. W ten sposób Bob może być pewien, że podpis został stworzony przez Alicję, gdyż tylko ona posiada klucz prywatny odpowiadający kluczowi publicznemu (przynajmniej tak zakładaliśmy).
Dlatego ważne jest, aby Alicja chroniła swój klucz prywatny. Jeśli inna osoba zdobędzie klucz prywatny Alicji, może również utworzyć podpis cyfrowy i udawać, że jest Alicją. W kontekście Bitcoina oznacza to, że ktoś ma dostęp do kluczy prywatnych Alicji i może przesyłać lub wykorzystywać jej Bitcoiny bez jej wiedzy.
Dlaczego podpisy cyfrowe są ważne?
Podpisy cyfrowe są zwykle wykorzystywane do osiągnięcia trzech celów: integralności danych, uwierzytelnienia i niezaprzeczalności.
Integralność danych. Bob może sprawdzić, czy wiadomość Alicji nie została sfałszowana. Wszelkie zmiany w wiadomości spowodują zupełnie inny podpis cyfrowy.
Autentyczność. Dopóki Alicja będzie chronić swój klucz prywatny, Bob może użyć jej klucza publicznego, aby potwierdzić, że podpis cyfrowy został utworzony przez samą Alicję, a nie przez kogoś innego.
Niezaprzeczalność. Po wygenerowaniu podpisu Alicja nie może w przyszłości odmówić podpisania tego podpisu, chyba że jej klucz prywatny zostanie w jakiś sposób naruszony.
Sprawa
Podpisy cyfrowe można stosować do różnych dokumentów cyfrowych i certyfikatów. Dlatego mają kilka zastosowań. Niektóre z najczęstszych przypadków obejmują:
technologia informacyjna. Zwiększ bezpieczeństwo systemów komunikacji internetowej.
finanse. Podpisy cyfrowe można stosować do audytów, raportów finansowych, umów pożyczek i nie tylko.
prawo. Podpisy cyfrowe można stosować do różnych umów biznesowych i umów prawnych, w tym dokumentów rządowych.
opieka zdrowotna. Podpisy cyfrowe zapobiegają oszustwom na receptach i dokumentacji medycznej.
Łańcuch bloków. Schematy podpisu cyfrowego zapewniają, że tylko prawowity właściciel kryptowaluty może podpisywać transakcje i przenosić środki (o ile ich klucze prywatne nie zostaną naruszone).
ograniczenie
Główne wyzwania stojące przed schematami podpisu cyfrowego ograniczają się głównie do następujących trzech czynników:
algorytm. Algorytmy stosowane w schematach podpisu cyfrowego mają wysokie wymagania jakościowe. Obejmują one wybór niezawodnych funkcji skrótu i systemów szyfrowania.
realizacja. Jeśli algorytm jest kompletny, ale nie ma dobrego planu wdrożenia, system podpisu cyfrowego może również wiązać się z ukrytymi zagrożeniami.
prywatny klucz. Jeśli klucz prywatny zostanie zgubiony lub w jakiś sposób naruszony, autentyczność i niezaprzeczalność nie są gwarantowane. Dla użytkowników kryptowalut utrata kluczy prywatnych może skutkować znacznymi stratami finansowymi.
Podpisy elektroniczne i podpisy cyfrowe
W skrócie pod podpisem cyfrowym można rozumieć specyficzny rodzaj podpisu elektronicznego, który odnosi się do stosowania środków elektronicznych do podpisywania dokumentów i wiadomości. Dlatego wszystkie podpisy cyfrowe można uznać za podpisy elektroniczne, ale nie odwrotnie.
Główną różnicą między nimi jest metoda uwierzytelniania. Podpisy cyfrowe wymagają wdrożenia systemów kryptograficznych, takich jak funkcje skrótu, kryptografia klucza publicznego i techniki szyfrowania.
Podsumować
Funkcje skrótu i kryptografia klucza publicznego stanowią serce systemów podpisu cyfrowego i są obecnie wykorzystywane w różnych przypadkach. Prawidłowo wdrożone podpisy cyfrowe mogą poprawić bezpieczeństwo, zapewnić integralność i ułatwić uwierzytelnianie wszystkich typów danych.
W świecie blockchain podpisy cyfrowe służą do podpisywania i autoryzacji transakcji kryptowalutowych. Są one szczególnie ważne w przypadku Bitcoina, ponieważ podpisy cyfrowe zapewniają, że token może być używany tylko przez osobę posiadającą odpowiedni klucz prywatny.
Chociaż od lat korzystamy z podpisów elektronicznych i cyfrowych, wciąż jest dużo miejsca na rozwój. Obecnie większość oficjalnych dokumentów nadal opiera się na materiałach papierowych, ale w miarę migracji coraz większej liczby systemów do wersji cyfrowej będziemy widzieć więcej rozwiązań w zakresie podpisu cyfrowego.
