O semnătură digitală este un mecanism criptografic utilizat pentru a verifica autenticitatea și integritatea datelor digitale. Ne putem gândi la aceasta ca la o versiune digitală a semnăturilor scrise de mână obișnuite, dar cu niveluri mai ridicate de complexitate și securitate.
Pentru a simplifica, putem descrie o semnătură digitală ca un cod atașat unui mesaj sau unui document. După generare, codul servește drept dovadă că mesajul nu a fost manipulat în niciun fel între expeditor și destinatar.
Deși conceptul de securizare a comunicațiilor folosind criptografie datează de o perioadă destul de lungă în istoria umanității, sistemele de semnătură digitală au devenit realitate în anii 1970, datorită dezvoltării Public Key Cryptography (PKC). Pentru a ști cum funcționează semnăturile digitale, mai întâi trebuie să înțelegem elementele de bază ale funcțiilor hash și criptografia cu chei publice.
Funcții hash
Hash-ul constituie unul dintre elementele principale ale unui sistem de semnătură digitală. Procesul de hashing implică transformarea datelor de orice dimensiune într-o ieșire cu o dimensiune predeterminată. Acest lucru se realizează cu un tip special de algoritm cunoscut sub numele de funcție hash. Ieșirea generată de o funcție hash este cunoscută ca valoare hash sau amprentă digitală.
Atunci când este combinată cu criptografia, funcția hash criptografică poate fi utilizată pentru a genera o valoare hash (amprentă digitală) care acționează ca o amprentă digitală unică. Aceasta înseamnă că orice modificare a datelor de intrare (mesaj) ar avea ca rezultat o ieșire complet diferită (valoare hash). Acesta este motivul pentru care funcțiile hash criptografice sunt utilizate pe scară largă pentru a verifica autenticitatea datelor digitale.
Criptografie cu chei publice (PKC)
Criptografia cu cheie publică sau PKC se referă la un sistem de criptare care utilizează o pereche de chei: o cheie publică și o cheie privată. Cele două chei sunt corelate matematic și pot fi folosite atât pentru criptarea datelor, cât și pentru semnăturile digitale.
Ca instrument de criptare, PKC este mai sigur decât metodele mai rudimentare de criptare simetrică. În timp ce sistemele mai vechi se bazează pe aceeași cheie pentru a cripta și decripta informațiile, PKC permite criptarea datelor cu o cheie publică și decriptarea datelor respective cu cheia privată corespunzătoare.
În afară de aceasta, schema PKC poate fi aplicată și în generarea semnăturilor digitale. În esență, procesul implică hashing un mesaj (sau date digitale) cu cheia privată a semnatarului. Apoi, destinatarul mesajului poate verifica dacă semnătura este validă folosind cheia publică furnizată de semnatar.
În unele situații, semnăturile digitale pot include criptare, dar nu este întotdeauna cazul. De exemplu, blockchain-ul Bitcoin folosește PKC și semnături digitale, dar, spre deosebire de ceea ce mulți oameni tind să creadă, nu există nicio criptare în acest proces. Din punct de vedere tehnic, Bitcoin implementează algoritmul de semnătură digitală cu curbă eliptică (ECDSA) pentru a autentifica tranzacțiile.
Cum funcționează semnăturile digitale
În contextul criptomonedelor, un sistem de semnătură digitală constă adesea din trei pași de bază: hashing, semnare și verificare.
Hashing de date
Primul pas este hashingul mesajului sau al datelor digitale. Acesta din urmă se realizează prin trecerea datelor printr-un algoritm de hashing, astfel încât să fie generată o valoare hash (adică un rezumat al mesajului). După cum am menționat, mesajele pot varia semnificativ în dimensiune, dar atunci când sunt hash, toate valorile lor hash au aceeași dimensiune. Aceasta este proprietatea cea mai fundamentală a unei funcții hash.
Cu toate acestea, hashingul datelor nu este o condiție obligatorie pentru producerea unei semnături digitale, deoarece o cheie privată poate fi utilizată pentru a semna un mesaj fără ca acesta să fi fost hashing. În ceea ce privește criptomonedele, datele sunt sistematic hashing deoarece manipularea amprentelor a căror dimensiune este fixă și invariabilă facilitează procesul.
Semnătura
După hashing informațiile, expeditorul mesajului trebuie să o semneze. Aici intervine criptografia cu cheie publică. Există mai multe tipuri de algoritmi de semnătură digitală, fiecare cu propriul mecanism. Dar, în general, mesajul hashed va fi semnat cu o cheie privată, iar destinatarul mesajului poate verifica apoi validitatea acestuia folosind cheia publică corespunzătoare (furnizată de semnatar).
Adică, dacă cheia privată nu este inclusă în momentul generării semnăturii, destinatarul mesajului nu va putea folosi cheia publică corespunzătoare pentru a-i verifica validitatea. Cheile publice și private sunt generate de expeditorul mesajului, dar numai cheia publică este partajată cu receptorul.
Este important de reținut că semnăturile digitale sunt direct legate de conținutul fiecărui mesaj. Deci, spre deosebire de semnăturile scrise de mână, care tind să fie sistematic aceleași, indiferent de mesajul la care sunt atașate, fiecare mesaj semnat digital va avea o semnătură digitală diferită.
Verificare
Să luăm un exemplu pentru a ilustra întregul proces până la etapa finală de verificare. Imaginați-vă că Alice îi scrie un mesaj lui Bob, îl combină și apoi combină valoarea hash cu cheia ei privată pentru a genera o semnătură digitală. Semnătura va funcționa ca o amprentă digitală unică pentru mesajul respectiv.
Când Bob primește mesajul, poate verifica validitatea semnăturii digitale folosind cheia publică furnizată de Alice. În acest fel, Bob poate fi sigur că semnătura a fost creată de Alice deoarece ea este singura care are cheia privată care se potrivește cu această cheie publică (cel puțin asta se așteaptă Bob).
Așa că este esențial pentru Alice să-și păstreze cheia privată secretă. Dacă altcineva pune mâna pe cheia privată a lui Alice, acea persoană va putea să creeze semnături digitale și să pretindă că este Alice. În contextul Bitcoin, aceasta înseamnă că cineva ar putea folosi cheia privată a lui Alice pentru a-și muta sau cheltui Bitcoin-urile fără permisiunea ei.
De ce sunt importante semnăturile digitale?
Semnăturile digitale sunt adesea folosite în trei scopuri pe care le realizează proprietățile lor: integritatea datelor, autentificarea și non-repudierea.
Integritatea datelor. Bob poate verifica că mesajul lui Alice nu a fost modificat între trimitere și primire. Orice modificare a mesajului ar produce o semnătură complet diferită.
Autenticitate. Atâta timp cât cheia privată a lui Alice este ținută secretă, Bob își poate folosi cheia publică pentru a confirma că semnăturile digitale au fost create de Alice și de nimeni altcineva.
Nerepudierea. Odată ce semnătura este generată, Alice nu va putea nega că a aplicat-o în viitor, cu excepția cazului în care cheia ei privată este compromisă într-un fel.
Cazuri de utilizare
Semnăturile digitale pot fi aplicate diferitelor tipuri de documente și certificate digitale. Ca atare, au mai multe aplicații. Unele dintre cele mai frecvente cazuri de utilizare includ:
Tehnologii informaționale, pentru îmbunătățirea securității sistemelor de comunicații prin Internet.
Finanţa. Semnăturile digitale pot fi implementate pentru audituri, rapoarte de cheltuieli, contracte de împrumut și multe altele.
Legala. Semnarea digitală a tuturor tipurilor de contracte business-to-business și acorduri legale. Același lucru este valabil și pentru documentele guvernamentale.
Securitate Socială. Semnăturile digitale pot acționa ca prevenție împotriva fraudei cu prescripții și înregistrări medicale.
Blockchain. Semnăturile digitale asigură că numai proprietarul de drept al fondurilor poate semna o tranzacție (atâta timp cât cheile lor private nu sunt compromise).
Restricții
Principalele provocări cu care se confruntă sistemele de semnătură digitală depind de cel puțin trei cerințe:
Algoritmul. Calitatea algoritmilor utilizați într-o schemă de semnătură digitală este importantă. Aceasta include alegerea de funcții hash și sisteme criptografice fiabile.
Implementarea. Dacă algoritmii sunt buni, dar implementarea nu este, sistemul de semnătură digitală va avea probabil defecte.
Cheie privată. Dacă cheile private sunt scurse sau compromise în vreun fel, proprietățile de autenticitate și non-repudiare vor fi invalidate. Pentru utilizatorii de criptomonede, pierderea unei chei private poate duce la pierderi financiare semnificative.
Semnături electronice versus semnături digitale
Simplu rezumat, semnăturile digitale sunt un tip special de semnătură electronică - care se referă la orice metodă electronică de semnare a unui document sau mesaj. Prin urmare, toate semnăturile digitale sunt semnături electronice, dar inversul nu este adevărat în mod sistematic.
Principala diferență dintre ele este metoda de autentificare. Semnăturile digitale implementează sisteme criptografice, cum ar fi funcții hash, criptografia cu cheie publică, precum și tehnici de criptare.
Pentru a încheia
Funcțiile hash și criptografia cu cheie publică sunt în centrul sistemelor de semnătură digitală, care sunt acum aplicate unei game largi de cazuri de utilizare. Dacă sunt implementate corect, semnăturile digitale pot crește securitatea, asigura integritatea și facilita autentificarea tuturor tipurilor de date digitale.
În blockchain, semnăturile digitale sunt folosite pentru a semna și autoriza tranzacțiile cu criptomonede. Ele sunt deosebit de importante pentru Bitcoin, deoarece semnăturile asigură că monedele pot fi cheltuite numai de persoane care au cheile private corespunzătoare.
Deși sunt folosite de ani de zile, mai sunt încă multe progrese de făcut în domeniul semnăturilor digitale și electronice. O mare parte din birocrația actuală se bazează în continuare pe utilizarea hârtiei, dar este probabil că vom asista la adoptarea pe scară largă a semnăturilor digitale pe măsură ce ne îndreptăm către o societate din ce în ce mai digitalizată.
