數位簽章是一種用於驗證數位資料的真實性和完整性的加密機制。我們可以將其視爲普通手寫簽名的數位版本，但具有更高級別的複雜性和安全性。
簡而言之，我們可以將數位簽名描述爲連結到訊息或文件的程式碼。產生後，所述程式碼充當訊息在從發送者到接收者的過程中未被操縱的證據。
儘管通過使用加密技術來保護通信的概念可以追溯到遠古時代，但由於公鑰加密技術 (PKC) 的發展，數字簽名方案在 20 世紀 70 年代才真正成爲可能。因此，要了解數字簽名的工作原理，我們需要首先了解哈希函數和公鑰密碼學的基礎知識。
哈希函數
散列是數字簽名系統的主要元素之一。散列過程涉及將任意大小的數據轉換爲固定長度的輸出。這是通過使用一種稱爲哈希函數的特殊算法來實現的。哈希函數生成的輸出稱爲消息的哈希值或摘要。
與密碼學相結合，所謂的密碼哈希函數可用於生成充當唯一指紋的哈希值（摘要）。這意味着輸入數據（消息）的任何更改都將導致完全不同的輸出（哈希值）。這就是加密哈希函數被廣泛用於驗證數字數據真實性的原因。
公鑰密碼學 (PKC)
公鑰加密（PKC）是指使用一對密鑰的加密系統：一個公鑰和一個私鑰。這兩個密鑰在數學上相互關聯，可用於數據加密和數字簽名。
作爲一種加密工具，PKC 比更基本的對稱加密方法更安全。雖然舊系統依靠相同的密鑰來加密和解密信息，但 PKC 允許使用公鑰對數據進行加密，並使用相應的私鑰進行解密。
除此之外，PKC方案還可用於生成數字簽名。基本上，該過程包括對消息（或數字數據）以及簽名者的私鑰進行哈希處理。然後，消息的接收者可以使用簽名者提供的公鑰來檢查簽名是否有效。
在某些情況下，數字簽名可能涉及加密，但情況並非總是如此。例如，比特幣區塊鏈使用 PKC 和數字簽名，但與許多人傾向於認爲的不同，在此過程中不會發生加密。從技術上講，比特幣使用所謂的橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）來驗證交易。
數字簽名如何工作
在加密貨幣領域，數字簽名系統通常包含三個基本步驟：散列、簽名和驗證。
數據散列
第一步是對消息或數字數據進行哈希處理。這是通過使用哈希算法處理數據來實現的，以獲得哈希值（在本例中爲消息的摘要）。正如已經提到的，消息的大小可能會有很大差異，但是當它們被散列時，它們產生的所有散列值都具有相同的長度。這是哈希函數最基本的屬性。
然而，要生成數字簽名，不一定要對數據進行哈希處理，因爲可以使用私鑰對從未經過哈希處理的消息進行簽名。現在，就加密貨幣而言，數據始終要經過哈希處理，因爲處理固定長度的摘要使整個過程變得更容易。
商業
對信息進行哈希處理後，消息的發送者必須對其進行簽名。這就是公鑰密碼學發揮作用的時刻。數字簽名算法有多種類型，每種算法都有其特定的機制。但一般來說，經過哈希處理的消息將使用私鑰進行簽名，並且接收者將能夠使用相應的公鑰（由簽名者提供）來驗證其有效性。
換句話說，如果生成簽名時不包含私鑰，則消息的接收者將無法使用相應的公鑰來驗證其有效性。公鑰和私鑰均由消息的發送者生成，但只有公鑰與接收者共享。
值得注意的是，數字簽名與每條消息的內容直接相關。因此，與手寫簽名（無論消息如何）往往都是相同的不同，每條數字簽名的消息都將具有不同的數字簽名。
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我們舉個例子來說明一下直到最後驗證步驟的整個過程。想象一下，Alice 向 Bob 寫入一條消息，對其進行加密，然後將哈希值與她的私鑰結合起來生成數字簽名。簽名將充當該特定消息的唯一指紋。
當Bob收到消息時，他可以使用Alice提供的公鑰來驗證數字簽名的有效性。這樣，Bob 就可以確定簽名是由 Alice 創建的，因爲只有她擁有與該公鑰對應的私鑰（至少我們希望如此）。
因此，對於 Alice 來說，保密她的私鑰至關重要。如果其他人獲得了 Alice 的私鑰，他們就可以創建數字簽名並冒充 Alice。在比特幣的背景下，這意味着有人可以使用愛麗絲的私鑰在未經她許可的情況下移動或花費她的比特幣。
爲什麼數字簽名很重要？
數字簽名通常用於實現三個結果：數據完整性、身份驗證和不可否認性。
數據的完整性。 Bob 可以驗證 Alice 的消息在此過程中沒有發生變化。對消息的任何修改都會產生完全不同的簽名。
真實性。只要 Alice 的私鑰保密，Bob 就可以使用她的公鑰來確認數字簽名是由 Alice 創建的，而不是其他人創建的。
我並不否認。一旦生成了簽名，Alice 將無法否認自己在將來簽署了該簽名，除非她的私鑰以某種方式被泄露。
用例
數字簽名可以應用於各種類型的文檔和數字證書。因此，它們有多種應用。一些最常見的用例包括：
信息技術。提高互聯網通信系統的安全性。
金融。數字簽名可以在審計、費用報告、貸款協議等中實施。
合法的。所有類型的商業合同和法律協議（包括政府文件）的數字簽名。
衛生保健。數字簽名可以防止處方和醫療記錄欺詐。
區塊鏈。數字簽名方案確保只有加密貨幣的合法所有者才能簽署交易以轉移資金（只要他們的私鑰不被泄露）。
侷限性
數字簽名方案面臨的主要挑戰至少基於三個要求：
算法。數字簽名方案中使用的算法的質量非常重要。這包括選擇可靠的哈希函數和加密系統。
執行。如果算法很好，但實現不好，那麼數字簽名系統很可能存在缺陷。
私鑰。如果私鑰以任何方式泄露或泄露，真實性和不可否認性將失效。對於加密貨幣用戶來說，丟失私鑰可能會導致重大的財務損失。
電子簽名對比數字簽名
簡而言之，數字簽名涉及一種特定類型的電子簽名，它是指簽署文檔和消息的任何電子方法。因此，所有數字簽名都是電子簽名，但反之則不一定。
它們之間的主要區別在於身份驗證方法。數字簽名實現了密碼系統，例如散列函數、公鑰密碼術和加密技術。
綜上所述
哈希函數和公鑰加密是數字簽名系統的核心，現已應用於廣泛的用例。如果正確實施，數字簽名可以提高安全性、確保完整性並促進所有類型數字數據的身份驗證。
在區塊鏈領域，數字簽名用於簽署和授權加密貨幣交易。它們對於比特幣尤其重要，因爲簽名確保這些幣只能由擁有相應私鑰的人使用。
儘管我們多年來一直使用電子和數字簽名，但仍有很大的發展空間。當今的大部分官僚機構仍然依賴於文書工作，但隨着我們遷移到更加數字化的系統，我們可能會看到更多地採用數字簽名方案。