Какво е дигитален подпис?
Съдържание
Хеш функции
Криптография с публичен ключ (PKC)
Как работят дигиталните подписи
Защо дигиталните подписи са важни?
Случаи на употреба
Ограничения
Електронни подписи срещу дигитални подписи
Заключителни мисли
Какво е дигитален подпис?
Начало
Статии
Какво е дигитален подпис?

Какво е дигитален подпис?

Напреднал
Публикувано Aug 19, 2019Актуализирано Jan 31, 2023
7m

Дигиталният подпис е криптографски механизъм, използван за потвърждение на автентичността и целостта на цифровите данни. Можем да го разглеждаме като цифрова версия на обикновените ръкописни подписи, но с по-високи нива на сложност и сигурност.

С прости думи можем да опишем дигиталния подпис като код, който е прикачен към съобщение или документ. След като бъде генериран, кодът действа като доказателство, че съобщението не е било подправено по пътя си от подателя до получателя.

Въпреки че концепцията за защита на комуникациите с помощта на криптография датира от древни времена, схемите за дигитален подпис станаха възможна реалност през 70-те години на миналия век - благодарение на развитието на криптографията с публичен ключ (PKC). Така че, за да научим как работят дигиталните подписи, първо трябва да разберем основите на хеш функциите и криптографията с публичен ключ.


Хеш функции

Хеширането е един от основните елементи на системата за дигитален подпис. Процесът на хеширане включва трансформиране на данни от произволен размер в изход с фиксиран размер. Това се прави от специален вид алгоритми, известни като хеш функции. Резултатът, генериран от хеш функция, е известен като хеш стойност или дайджест на съобщението.

Когато се комбинират с криптография, така наречените криптографски хеш функции могат да се използват за генериране на хеш стойност (дайджест), която действа като уникален цифров пръстов отпечатък. Това означава, че всяка промяна във входните данни (съобщението) ще доведе до напълно различен изход (хеш стойност). И това е причината криптографските хеш функции да се използват широко за потвърждение на автентичността на цифрови данни.


Криптография с публичен ключ (PKC)

Криптографията с публичен ключ, или PKC, се отнася до криптографска система, която използва двойка ключове: един публичен ключ и един частен ключ. Двата ключа са математически свързани и могат да се използват както за криптиране на данни, така и за дигитални подписи.

Като инструмент за криптиране, PKC е по-сигурен от по-елементарните методи на симетрично криптиране. Докато по-старите системи разчитат на един и същ ключ за криптиране и декриптиране на информация, PKC позволява криптиране на данни с публичния ключ и декриптиране на данни със съответния частен ключ.

Освен това схемата PKC може да се прилага и при генерирането на дигитални подписи. По същество процесът се състои от хеширане на съобщение (или цифрови данни) заедно с частния ключ на подписващия. След това получателят на съобщението може да провери дали подписът е валиден, като използва публичния ключ, предоставен от подписващия.

В някои ситуации дигиталните подписи може да включват криптиране, но това невинаги е така. Например блокчейнът на Bitcoin използва PKC и дигитални подписи, но въпреки вярванията на мнозина, в процеса няма криптиране. Технически, Bitcoin използва така наречения алгоритъм за дигитален подпис с елипсовидна крива (ECDSA) за удостоверяване на трансакции.


Как работят дигиталните подписи

В контекста на криптовалутите системата за дигитален подпис често се състои от три основни стъпки: хеширане, подписване и потвърждение.

Хеширане на данните

Първата стъпка е да се извърши хеширане на съобщението или цифровите данни. Това се прави чрез подаване на данните чрез алгоритъм за хеширане, така че да се генерира хеш стойност (т.е. дайджест на съобщението). Както споменахме, съобщенията могат да варират значително по размер, но когато са хеширани, всичките им хеш стойности имат еднаква дължина. Това е най-основното свойство на хеш функцията.

Хеширането на данните обаче не е задължително за създаване на дигитален подпис, защото човек може да използва частен ключ, за да подпише съобщение, което изобщо не е хеширано. За криптовалутите обаче данните винаги се хешират, защото работата с дайджести с фиксирана дължина улеснява целия процес.

Подписване

След като информацията бъде хеширана, подателят на съобщението трябва да го подпише. Това е моментът, в който криптографията с публичен ключ влиза в действие. Има няколко вида алгоритми за дигитален подпис, всеки със свой собствен механизъм. Но по същество хешираното съобщение ще бъде подписано с частен ключ и получателят на съобщението може след това да провери неговата валидност, като използва съответния публичен ключ (предоставен от подписващия).

Казано по друг начин, ако частният ключ не е включен при генерирането на подписа, получателят на съобщението няма да може да използва съответния публичен ключ, за да потвърди неговата валидност. И публичният, и частният ключ се генерират от подателя на съобщението, но само публичният ключ се споделя с получателя.

Струва си да се отбележи, че дигиталните подписи са пряко свързани със съдържанието на всяко съобщение. Така че за разлика от ръкописните подписи, които обикновено са еднакви независимо от съобщението, всяко дигитално подписано съобщение ще има различен дигитален подпис.

Потвърждение

Нека вземем пример, за да илюстрираме целия процес до последната стъпка на потвърждението. Представете си, че Алис пише съобщение до Боб, хешира го и след това комбинира хеш стойността с частния си ключ, за да генерира дигитален подпис. Подписът ще работи като уникален дигитален отпечатък на това конкретно съобщение.

Когато Боб получи съобщението, той може да провери валидността на дигиталния подпис, като използва публичния ключ, предоставен от Алис. По този начин Боб може да бъде сигурен, че подписът е създаден от Алис, защото само тя има частния ключ, който съответства на този публичен ключ (поне това очакваме).

Така че за Алис е изключително важно да пази частния си ключ в тайна. Ако друг човек се добере до частния ключ на Алис, той може да създаде дигитални подписи и да се преструва, че е Алис. В контекста на биткойн това означава, че някой може да използва частния ключ на Алис, за да премести или похарчи нейните биткойни без нейно разрешение.


Защо дигиталните подписи са важни?

Дигиталните подписи често се използват за постигане на три резултата: цялост на данните, удостоверяване и неотхвърляне.

  • Цялост на данните. Боб може да провери дали съобщението на Алис не е променено по пътя. Всяка промяна в съобщението ще доведе до напълно различен подпис.

  • Автентичност. Докато частният ключ на Алис се пази в тайна, Боб може да използва нейния публичен ключ, за да потвърди, че дигиталните подписи са създадени от Алис и от никого друг.

  • Неотхвърляне. След като подписът бъде генериран, в бъдеще Алис няма да може да отрече, че го е подписала освен ако частният ѝ ключ не бъде компрометиран по някакъв начин.


Случаи на употреба

Дигиталните подписи могат да се прилагат към различни видове дигитални документи и сертификати. Като такива, те имат няколко приложения. Някои от най-честите случаи на употреба включват:  

  • Информационни технологии. За подобряване на сигурността на интернет комуникационните системи.

  • Финанси. Дигиталните подписи могат да бъдат приложени към одити, отчети за разходи, договори за заем и много други.

  • Правни. Дигитално подписване на всякакви бизнес договори и правни споразумения, включително държавни документи.

  • Здравеопазване. Дигиталните подписи могат да предотвратят измами с рецепти и медицински досиета.

  • Блокчейн. Схемите за дигитален подпис гарантират, че само законните собственици на криптовалутите могат да подписват трансакция за преместване на средствата (стига техните частни ключове да не са компрометирани).


Ограничения

Основните предизвикателства, пред които са изправени схемите за дигитален подпис, се основават на поне три изисквания: 

  • Алгоритъм. Качеството на алгоритмите, използвани в схемата за дигитален подпис, е важно. Това включва избор на надеждни хеш функции и криптографски системи.

  • Внедряване. Ако алгоритмите са добри, но внедряването не е, системата за дигитален подпис вероятно ще има недостатъци.

  • Частен ключ. Ако частните ключове изтекат или по някакъв начин бъдат компрометирани, свойствата за автентичност и неотхвърляне ще бъдат анулирани. За потребителите на криптовалута загубата на частен ключ може да доведе до значителни финансови загуби.


Електронни подписи срещу дигитални подписи

Просто казано, дигиталните подписи се отнасят до един конкретен вид електронни подписи - които се отнасят до всеки електронен метод за подписване на документи и съобщения. Следователно всички дигитални подписи са електронни подписи, но обратното не винаги е вярно.

Основната разлика между тях е методът за удостоверяване. Дигиталните подписи внедряват криптографски системи, като хеш функции, криптография с публичен ключ и техники за криптиране.


Заключителни мисли

Хеш функциите и криптографията с публичен ключ са в основата на системите за дигитален подпис, които сега се прилагат в широк диапазон от случаи на употреба. Ако се прилагат правилно, дигиталните подписи могат да повишат сигурността, да гарантират целостта и да улеснят удостоверяването на всички видове цифрови данни.

В сферата на блокчейн дигиталните подписи се използват за подписване и оторизиране на трансакции с криптовалута. Те са особено важни за биткойн, тъй като подписите гарантират, че криптовалутите могат да се харчат само от лица, които притежават съответните частни ключове.

Въпреки че използваме както електронни, така и дигитални подписи от години, все още има много място за растеж. Голяма част от днешната бюрокрация все още се основава на документация, но вероятно ще станем свидетели на по-голямо приемане на схеми за дигитален подпис, тъй като мигрираме към по-дигитализирана система.