A digitális aláírás a digitális adatok hitelességének és sértetlenségének ellenőrzésére használt kriptográfiai mechanizmus. Úgy is tekinthetünk rá, mint a hagyományos kézzel írott aláírások digitális változatára, de magasabb szintű komplexitással és biztonsággal.
Egyszerűbben fogalmazva, a digitális aláírás egy kód, amelyet egy üzenethez vagy dokumentumhoz csatolunk. A kód a generálás után bizonyítékként szolgál arra, hogy az üzenetet nem manipulálták a feladás után.
Bár a kommunikáció titkosítással történő biztosításának koncepciója az ókorra nyúlik vissza, a digitális aláírási rendszerek az 1970-es években jelentek meg - a nyilvános kulcsú kriptográfia (PKC) kifejlesztésének köszönhetően. Ahhoz tehát, hogy megtanuljuk, hogyan működnek a digitális aláírások, először meg kell értenünk a hash függvények és a nyilvános kulcsú kriptográfia alapjait.
Hash függvények
A hashelés a digitális aláírási rendszer egyik kulcsfontosságú eleme. A hashelés során tetszőleges méretű adatokat alakítunk át egy fix méretű kimenetté. Ezt az algoritmusok egy speciális fajtája, az úgynevezett hash függvények végzik. A hash függvény által generált kimenetet hash értéknek vagy üzenetkivonatnak nevezzük.
Kriptográfiával kombinálva az úgynevezett kriptográfiai hash függvények segítségével olyan hash érték (kivonat) hozható létre, amely egyedi digitális ujjlenyomatként működik. Ez azt jelenti, hogy a bemeneti adatok (üzenet) bárminemű módosítása teljesen más kimenetet (hash értéket) eredményez. Ez az oka annak, hogy a kriptográfiai hash függvényeket széles körben használják a digitális adatok hitelesítésére.
Nyilvános kulcsú kriptográfia (PKC)
A nyilvános kulcsú kriptográfia vagy PKC olyan kriptográfiai rendszerre utal, amely egy kulcspárt használ: egy nyilvános és egy titkos kulcsot. A két kulcs matematikailag összefügg, és egyaránt használható adattitkosításra és digitális aláírásra.
Titkosítási eszközként a PKC biztonságosabb, mint a szimmetrikus titkosítás kezdetlegesebb módszerei. Míg a régebbi rendszerek ugyanazt a kulcsot használják az információk titkosításához és visszafejtéséhez, a PKC lehetővé teszi az adatok titkosítását a nyilvános kulccsal, és az adatok visszafejtését a megfelelő privátkulccsal.
Ezen kívül a PKC-séma digitális aláírások létrehozására is alkalmazható. A folyamat lényege, hogy egy üzenetet (vagy digitális adatot) az aláíró privátkulcsával együtt hashelnek. Ezután az üzenet címzettje az aláíró által megadott nyilvános kulcs segítségével ellenőrizheti az aláírás érvényességét.
Bizonyos helyzetekben a digitális aláírás titkosítással járhat, de nem mindig van így. A Bitcoin blokklánc például PKC-t és digitális aláírásokat használ, de a tévhitekkel ellentétben a folyamat során nincs titkosítás. Technikailag a Bitcoin az úgynevezett elliptikus görbéken alapuló digitális aláírási algoritmust (ECDSA) használja a tranzakciók hitelesítésére.
Hogyan működnek a digitális aláírások?
A kriptovaluták terén a digitális aláírási rendszer gyakran három alapvető lépésből áll: a hashelésből, az aláírásból és a hitelesítésből.
Adatok hashelése
Az első lépés az üzenet vagy a digitális adatok hashelése. Ez úgy történik, hogy az adatokat átküldik egy hash algoritmuson, így egy hash érték (vagyis üzenetkivonat) keletkezik. Mint említettük, az üzenetek mérete nagyban eltérhet, de hashelés után az összes hash érték azonos hosszúságú lesz. Ez a hash függvény legalapvetőbb tulajdonsága.
A digitális aláírás előállításához azonban nem feltétlenül szükséges az adatok hashelése, mivel egy olyan üzenetet is alá lehet írni egy privátkulccsal, amelyet egyáltalán nem hasheltek. A kriptovaluták esetében azonban az adatok mindig hasheltek, mivel a fix hosszúságú kivonat megkönnyíti a folyamatot.
Aláírás
Az információ hashelését követően az üzenet feladójának alá kell írnia az üzenetet. Itt kerül képbe a nyilvános kulcsú kriptográfia. Többféle digitális aláírási algoritmus létezik, mindegyiknek sajátos mechanizmusa van. De lényegében a hashelt üzenetet egy privátkulccsal írják alá, és az üzenet címzettje a megfelelő (az aláíró által megadott) nyilvános kulcs segítségével ellenőrizheti az üzenet érvényességét.
Más szóval, ha nem adnak meg privátkulcsot az aláírás létrehozásakor, az üzenet címzettje nem tudja a megfelelő nyilvános kulcsot használni az üzenet érvényességének ellenőrzésére. A nyilvános és a privátkulcsot is az üzenet küldője generálja, de csak a nyilvános kulcsot osztja meg a címzettel.
Érdemes megjegyezni, hogy a digitális aláírások közvetlenül kapcsolódnak az egyes üzenetek tartalmához. A kézzel írt aláírásokkal ellentétben tehát, amelyek az üzenettől függetlenül mindig egyformák, minden digitálisan aláírt üzenetnek más-más digitális aláírása lesz.
Hitelesítés
Szemléltessük egy példával az egész folyamatot a hitelesítés utolsó lépéséig. Tegyük fel, hogy Alíz üzenetet ír Robinak, azt hasheli, majd a hash értéket a privátkulcsával kombinálva létrehoz egy digitális aláírást. Az aláírás az adott üzenet egyedi digitális ujjlenyomataként működik.
Amikor Robi megkapja az üzenetet, az Alíz által megadott nyilvános kulcs segítségével ellenőrizheti a digitális aláírás érvényességét. Így Robi biztos lehet abban, hogy az aláírást Alíz hozta létre, mivel csak ő rendelkezik a nyilvános kulcshoz tartozó privátkulccsal (legalábbis alapesetben).
Ezért Alíz számára kulcsfontosságú, hogy titokban tartsa a privátkulcsát. Ha egy másik személy megszerzi Alíz privátkulcsát, akkor Alíz nevében létrehozhat digitális aláírásokat. A Bitcoin esetében ez azt jelenti, hogy bárki felhasználhatja Alíz privátkulcsát arra, hogy engedélye nélkül mozgassa vagy elköltse a bitcoinjait.
Miért fontosak a digitális aláírások?
A digitális aláírások gyakran három célt szolgálnak: adatintegritás, hitelesítés és letagadhatatlanság.
Adatintegritás. Robi ellenőrizni tudja, hogy Alíz üzenete nem változott-e meg útközben. Az üzenet bárminemű módosítása teljesen más aláírást eredményezne.
Hitelesség. Amíg Alíz privátkulcsa titokban marad, addig Robi az ő nyilvános kulcsával tudja megerősíteni, hogy a digitális aláírásokat Alíz hozta létre, és nem más.
Letagadhatatlanság. Miután az aláírás elkészült, Alíz a jövőben nem fogja tudni letagadni, hogy aláírta azt, kivéve, ha a privátkulcsa valahogy kompromittálódik.
Felhasználási módok
A digitális aláírások különböző típusú digitális dokumentumokra és tanúsítványokra alkalmazhatók. Ennek megfelelően számos alkalmazásuk van. Néhány a leggyakoribb felhasználási területek közül:
Informatika. Az internetes kommunikációs rendszerek biztonságának növelése.
Pénzügy. A digitális aláírások felhasználhatók auditáláshoz, költségjelentésekhez, kölcsönszerződésekhez és még sok máshoz.
Jog. Mindenféle üzleti szerződés és jogi megállapodás digitális aláírása, beleértve a kormányzati papírokat is.
Egészségügy. A digitális aláírások megakadályozhatják a receptekkel és orvosi dokumentációkkal kapcsolatos csalásokat.
Blokklánc. A digitális aláírási rendszerek biztosítják, hogy csak a kriptovaluták jogos tulajdonosai írhassanak alá egy tranzakciót a pénzeszközök mozgatására (amennyiben privátkulcsaik nem kompromittálódtak).
Korlátok
A digitális aláírási rendszerek legnagyobb kihívásai legalább három tényezőből állnak:
Algoritmus. Fontos a digitális aláírási rendszerben használt algoritmusok minősége. Ez magában foglalja a megbízható hash függvények és kriptográfiai rendszerek kiválasztását.
Végrehajtás. Ha az algoritmusok jók, de a végrehajtás nem, a digitális aláírási rendszer valószínűleg hibás lesz.
Privátkulcs. Ha a privátkulcsok kiszivárognak vagy valamilyen módon kompromittálódnak, a hitelesség és a letagadhatatlanság tulajdonságai érvényüket vesztik. A kriptofelhasználók számára a privátkulcs elvesztése jelentős pénzügyi veszteségeket okozhat.
Elektronikus aláírás vs. digitális aláírás
Egyszerűen fogalmazva, a digitális aláírás az elektronikus aláírás egy bizonyos típusára vonatkozik, amely a dokumentumok és üzenetek aláírásának bármely elektronikus módszerére vonatkozik. Így minden digitális aláírás elektronikus aláírás, de a fordítottja nem mindig igaz.
A fő különbség közöttük a hitelesítési módszer. A digitális aláírások olyan kriptográfiai rendszereket alkalmaznak, mint a hash függvények, nyilvános kulcsú kriptográfia és titkosítási technikák.
Záró gondolatok
A hash függvények és a nyilvános kulcsú kriptográfia képezik a digitális aláírási rendszerek alapjait, amelyeket ma már számos felhasználási területen alkalmaznak. Megfelelő alkalmazás esetén a digitális aláírások növelik a biztonságot, biztosítják az integritást, és megkönnyítik bármilyen digitális adat hitelesítését.
A blokklánc területén a digitális aláírásokat kriptovaluta-tranzakciók aláírására és engedélyezésére használják. Ezek különösen fontosak a Bitcoin számára, mivel az aláírások biztosítják, hogy az érméket csak azok a személyek költhetik el, akik rendelkeznek a megfelelő privátkulccsal.
Bár az elektronikus és digitális aláírások már évek óta használatban vannak, még bőven van hova fejlődni. A mai bürokrácia nagy része még mindig a papírmunkán alapul, de a digitalizáltabb rendszerre való áttéréssel valószínűleg egyre több digitális aláírási rendszert fogunk alkalmazni.