Qu'est-ce qu'une signature numérique?

Une signature numérique est un mécanisme de cryptographie utilisé pour vérifier l'authenticité et l'intégrité de données numériques. Nous pouvons considérer cela comme une version numérique des signatures manuscrites ordinaires, mais avec des niveaux plus élevés de complexité et de sécurité.

Pour simplifier, nous pouvons décrire une signature numérique comme un code rattaché à un message ou un document. Après avoir été généré, le code sert de preuve quand au fait que le message n'ait été trafiqué d'aucune sorte entre l’expéditeur et le destinataire.

Bien que le concept de sécurisation des communications en utilisant la cryptographie remonte assez loin dans l'histoire de l'humanité, les systèmes de signature numérique sont devenus réalité dans les années 1970 - grâce au développement de la Cryptographie à Clé Publique (PKC). Pour savoir comment les signatures numériques fonctionnent, nous devons d'abord comprendre les bases des fonctions de hachage et de la cryptographie à clé publique.

Les Fonctions de Hachage

Le Hachage constitue l'un des éléments principaux d'un système de signature numérique. Le processus de hachage implique de transformer des données de n'importe quelle taille en une sortie avec une taille pré-déterminée. On réalise une telle chose avec un type particulier d'algorithme connu sous le nom de fonction de hachage. La sortie générée par une fonction de hachage est connue sous le nom de valeur de hachage ou encore d'empreinte.

Quand elle est combinée avec de la cryptographie, la fonction de hachage cryptographique peut être utilisée pour générer une valeur de hachage (empreinte) qui agit comme une empreinte numérique unique. Cela signifie que tout changement dans les données d'entrée (message) entraînerait une sortie complètement différente (valeur de hachage). C'est la raison pour laquelle les fonctions de hachage cryptographique sont largement utilisées pour vérifier l'authenticité de données numériques.

Cryptographie à Clé Publique (PKC)

La cryptographie à clé publique, ou PKC en anglais, fait référence à un système de cryptographie qui utilise une paire de clés : une clé publique et une clé privée. Les deux clés sont corrélées mathématiquement et peuvent être utilisées à la fois pour du cryptage de données et des signatures numériques.

En tant qu'outil de chiffrement, la PKC est plus sûre que les méthodes plus rudimentaires de cryptage symétrique. Alors que les systèmes plus anciens dépendent de la même clé pour chiffrer et déchiffrer les informations, PKC permet le chiffrement de données avec une clé publique et le décryptage de ces données avec la clé privée correspondante.

En dehors de cela, le schéma PKC peut également être appliqué dans la génération de signatures numériques. En substance, le processus consiste à hacher un message (ou des données numériques) avec la clé privée du signataire. Puis, le destinataire du message peut vérifier si la signature est valide en utilisant la clé publique fournie par le signataire.

Dans certaines situations, les signatures numériques peuvent inclure un chiffrement, mais ce n'est pas toujours le cas. Par exemple, la blockchain Bitcoin utilise la PKC et les signatures numériques, mais contrairement à ce que beaucoup de monde a tendance à croire, il n'existe pas de chiffrement dans le processus. Techniquement, Bitcoin déploie l'Algorithme de signature numérique Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) pour authentifier les transactions.

Comment fonctionnent les signatures numériques

Dans le contexte des crypto-monnaies, un système de signature numérique se compose souvent de trois étapes de base : le hachage, la signature et la vérification.

Hachage des données

La première étape, c'est le hachage du message ou des données numériques. Ce dernier est réalisé en soumettant les données à travers un algorithme de hachage afin qu'une valeur de hachage soit générée (c'est-à-dire un résumé du message). Comme mentionné, les messages peuvent varier de manière significative en taille, mais quand ils sont hachés, toutes leurs valeurs de hachage sont de même taille. C'est la propriété la plus fondamentale d'une fonction de hachage.

Cependant, le hachage des données n'est pas une condition obligatoire pour produire une signature numérique, puisque l'on peut utiliser une clé privée pour signer un message sans que celui-ci n'ait été haché. Concernant les crypto-monnaies, les données sont systématiquement hachées car le fait de manipuler des empreintes dont la taille est fixe et invariable facilite le procédé.

Signature

Après le hachage de l'information, l'expéditeur du message doit le signer. C'est le moment où la cryptographie à clé publique entre en jeu. Il existe plusieurs types d'algorithmes de signature numérique, chacun avec son propre mécanisme. Mais de manière générale, le message haché sera signé avec une clé privée, et le destinataire du message pourra ensuite vérifier sa validité en utilisant la clé publique correspondante (fournie par le signataire).

Autrement dit, si la clé privée n'est pas incluse lorsque la signature est générée, le destinataire du message ne sera pas en mesure d'utiliser la clé publique correspondante pour vérifier sa validité. Les clés publiques et privées sont générées par l'expéditeur du message, mais seule la clé publique est partagée avec le récepteur.

Il est important de noter que les signatures numériques sont directement liées au contenu de chaque message. Donc contrairement aux signatures manuscrites, qui tendent à être systématiquement les mêmes peut importe le message auquel elles sont rattachées, chaque message signé numériquement possédera une signature numérique différente.

Vérification

Prenons un exemple pour illustrer l'ensemble du processus jusqu'à la dernière étape de vérification. Imaginez qu'Alice écrit un message à Bob, procède au hachage de celui-ci, et combine ensuite la valeur de hachage avec sa clé privée pour générer une signature numérique. La signature fonctionnera comme une empreinte numérique unique pour ce message particulier.

Quand Bob reçoit le message, il peut vérifier la validité de la signature numérique en utilisant la clé publique fournie par Alice. De cette façon, Bob peut être sûr que la signature a été créée par Alice parce qu'elle est la seule à posséder la clé privée qui correspond à cette clé publique (C'est du moins ce à quoi Bob s'attends).

Ainsi il est crucial pour Alice de garder sa clé privée secrète. Si une autre personne met la main sur la clé privée d'Alice, cette personne pourra créer des signatures numériques et prétendre être Alice. Dans le contexte de Bitcoin, cela signifie que quelqu'un pourrait utiliser la clé privée d'Alice pour déplacer ou dépenser ses Bitcoins sans sa permission.

Pourquoi les signatures numériques sont-elles importantes?

Les signatures numériques sont souvent utilisées dans trois objectifs que leur propriétés permettent d'atteindre: l'intégrité des données, l'authentification et la non-répudiation.

L'intégrité des données. Bob peut vérifier que le message d'Alice n'a pas été modifié entre l'envoi et la réception. Toute modification du message produirait une signature complètement différente.
L'Authenticité. Tant que la clé privée d'Alice est gardée secrète, Bob peut se servir de sa clé publique pour confirmer que les signatures numériques ont été créées par Alice et personne d'autre.
Non-répudiation. Une fois la signature générée, Alice ne pourra pas nier l'avoir appliqué à l'avenir, à moins que sa clé privée ne soit compromise d'un quelconque manière.

Cas d’utilisations

Les signatures numériques peuvent être appliquées à divers types de documents et certificats numériques. En tant que telles, elles ont plusieurs applications. Certains des cas d'utilisation les plus courants incluent:

Les Technologies de l'information, pour améliorer la sécurité des systèmes de communication Internet.
La Finance. Les signatures numériques peuvent être mises en œuvre pour les audits, les rapports de dépenses, les accords de prêt, et bien plus encore.
Le Juridique. Signature numérique de tous types de contrats entre entreprises et d'accords juridiques. De même pour les documents gouvernementaux.
La Sécurité sociale. Les signatures numériques peuvent agir en tant que prévention contre la fraude des prescriptions et des dossiers médicaux.
La blockchain. Les signatures numériques assurent que seulement le propriétaire légitime des fonds est en mesure de signer une transaction pour les transactions (tant que ses clés privées ne sont pas compromises).

Restrictions

Les principaux défis auxquels sont confrontés les systèmes de signature numérique dépendent d'au moins trois exigences:

L'Algorithme. La qualité des algorithmes utilisés dans un schéma de signature numérique est importante. Cela inclut le choix de fonctions de hachage fiables et de systèmes cryptographiques.
Implémentation. Si les algorithmes sont bons, mais l'implémentation n'est pas, le système de signature numérique présentera probablement des défauts.
Clé privée. Si les clés privées sont divulguées ou compromises d'une quelconque manière, les propriétés d'authenticité et de non-répudiation seront invalidées. Pour les utilisateurs de crypto-monnaie, la perte d'une clé privée peut entraîner des pertes financières importantes.

Signatures électroniques contre signatures numériques

Simplement résumé, les signatures numériques sont un type particulier de signature électronique — qui désigne n'importe quelle méthode électronique pour signer un document ou un message. Par conséquent, toutes les signatures numériques sont des signatures électroniques, mais l'inverse n'est pas systématiquement vrai.

La principale différence qui les sépare, c'est la méthode d'authentification. Les signatures numériques déploient des systèmes cryptographiques, comme par exemple des fonctions de hachage, de la cryptographie à clé publique, ainsi que des techniques de cryptage.

Pour conclure

Les fonctions de hachages et la cryptographie à clé publique sont au cœur des systèmes de signature numérique, qui sont maintenant appliqués à un large éventail de cas d'utilisation. Si correctement implémenté, les signatures numériques peuvent accroître la sécurité, assurer l'intégrité et faciliter l'authentification de tous types de données numériques.

Dans le domaine de la blockchain, les signatures numériques sont utilisées pour signer et autoriser les transactions de crypto-monnaie. Elles sont particulièrement importantes pour Bitcoin parce que les signatures garantissent que les coins ne puissent être dépensées que par les individus qui possèdent les clés privées correspondantes.

Bien qu'elles soient utilisées depuis des années, il reste encore beaucoup de progrès à accomplir dans le domaine des signatures numériques et électroniques. Une grande proportion de la bureaucratie actuelle repose encore sur l'utilisation du papier, mais il est fort probable que l'on constate une adoption généralisée des signatures numériques alors que nous nous dirigeons vers une société toujours plus digitalisée.