Digitālais paraksts ir kriptogrāfisks mehānisms, kuru izmanto, lai pārbaudītu digitālo datu autentiskumu un integritāti. Tas līdzinās parastu, ar roku uzvilktu parakstu digitālai versijai, tikai ar augstāku sarežģītības un drošības līmeni.
Vienkārši izsakoties, digitālo parakstu var raksturot kā kodu, kas tiek pievienots ziņojumam vai dokumentam. Pēc šī koda ģenerēšanas tas kalpo par apliecinājumu tam, ka ziņojums pa ceļam no sūtītāja līdz saņēmējam nav mainīts.
Lai gan ideja par saziņas kriptogrāfisku aizsardzību radās jau pavisam senos laikos, digitālo parakstu shēmas kļuva par realitāti 20. gs. 70. gados līdz ar publisko atslēgu kriptogrāfijas (PAK) rašanos. Tāpēc, lai apgūtu digitālo parakstu darbības principus, vispirms ir jāsaprot jaucējfunkciju un publisko atslēgu kriptogrāfijas pamataspekti.
Jaucējfunkcijas
Jaukšana ir viena no pamata sastāvdaļām digitālo parakstu sistēmā. Jaukšanas procesā jebkāda lieluma dati tiek pārveidoti fiksēta lieluma rezultātā. To paveic, izmantojot īpašus algoritmus, ko sauc par jaucējfunkcijām. Jaucējfunkcijas ģenerētais rezultāts tiek dēvēts par jaucējvērtību jeb ziņojuma īssavilkumu.
Apvienojumā ar kriptogrāfiju t. s. kriptogrāfiskās jaucējfunkcijas var izmantot, lai iegūtu jaucējvērtību (jaucējkodu), kas funkcionē kā unikāls digitāls pirkstu nospiedums. Tas nozīmē, ka, veicot jebkādas izmaiņas ievaddatos (ziņojumā), tiktu iegūts pilnīgi atšķirīgs rezultāts (jaucējvērtība). Šī iemesla dēļ kriptogrāfiskās jaucējfunkcijas tiek plaši izmantotas, lai pārbaudītu digitālo datu autentiskumu.
Publisko atslēgu kriptogrāfija (PAK)
Publisko atslēgu kriptogrāfija jeb PAK ir kriptogrāfiska sistēma, kas izmanto atslēgu pāri – publisko atslēgu un privāto atslēgu. Abas šīs atslēgas ir matemātiski saistītas, un tās var izmantot datu šifrēšanai un digitālajiem parakstiem.
PAK kā šifrēšanas rīks ir daudz drošāks nekā simetriskā šifrēšana, kas ir ievērojami vienkāršāks risinājums. Vecākas sistēmas vienu un to pašu atslēgu izmanto kā informācijas šifrēšanai, tā arī atšifrēšanai, savukārt PAK izmanto publisko atslēgu datu šifrēšanai, bet privāto atslēgu – atšifrēšanai.
Papildus tam PAK shēmu ir iespējams izmantot arī digitālo parakstu izveidei. Būtībā šis process sastāv no ziņojuma (jeb digitālo datu) jaukšanas ar parakstītāja privāto atslēgu. Pēc tam ziņojuma saņēmējs var pārbaudīt paraksta derīgumu, izmantojot publisko atslēgu, ko tam nosūtījis parakstītājs.
Dažkārt digitālie paraksti var ietvert šifrēšanu, taču ne vienmēr. Piemēram, Bitcoin blokķēdē izmanto PAK un digitālos parakstus, taču (pretēji daudzu pārliecībai) process neietver šifrēšanu. Tehniski Bitcoin darījumu autentificēšanai tiek izmantots t. s. eliptiskās līknes digitālā paraksta algoritms (ECDSA).
Kā darbojas digitālie paraksti?
Kriptovalūtu kontekstā digitālo parakstu sistēma bieži vien sastāv no trim pamatposmiem: jaukšanas, parakstīšanas un verificēšanas.
Datu jaukšana
Pirmais posms ir ziņojuma vai digitālo datu jaukšana. Tas tiek darīts, piemērojot datiem jaukšanas algoritmu, lai ģenerētu jaucējvērtību (proti, ziņojuma īssavilkumu). Kā minējām, ziņojumu lielums mēdz būt ļoti atšķirīgs, taču pēc jaukšanas visas jaucējvērtības ir vienāda garuma. Tā ir jaucējfunkcijas pamatiezīme.
Tomēr, lai izveidotu digitālo parakstu, nav obligāti jājauc dati, jo ar privāto atslēgu ir iespējams parakstīt arī tādu ziņojumu, kas nav jaukts. Taču kriptovalūtu jomā dati vienmēr tiek jaukti, jo fiksēta garuma īssavilkumu izmantošana atvieglo procesu.
Parakstīšana
Kad informācija ir sajaukta, ziņojuma sūtītājam tā ir jāparaksta. Šajā posmā tiek izmantota publisko atslēgu kriptogrāfija. Pastāv vairāku veidu digitālo parakstu algoritmi, un katram no tiem ir savs īpašs mehānisms. Taču būtībā jauktais ziņojums tiek parakstīts ar privāto atslēgu, un ziņojuma saņēmējs var pārbaudīt tā derīgumu, izmantojot atbilstošo publisko atslēgu (kuru nodrošina parakstītājs).
Citiem vārdiem sakot – ja privātā atslēga netiek iekļauta, ģenerējot parakstu, ziņojuma saņēmējs nevar pārbaudīt tā derīgumu, izmantojot attiecīgo publisko atslēgu. Gan publisko, gan privāto atslēgu veido ziņojuma sūtītājs, taču saņēmējam tiek nosūtīta tikai publiskā atslēga.
Jāpiebilst, ka digitālais paraksts ir tieši saistīts ar attiecīgā ziņojuma saturu. Tāpēc atšķirībā no parakstiem, kas ir veidoti ar roku un ir vienādi visiem ziņojumiem, katram digitāli parakstītam ziņojumam būs atšķirīgs digitālais paraksts.
Verificēšana
Apskatīsim kādu piemēru, lai pilnībā attēlotu šo procesu līdz pēdējam tā posmam – verificēšanai. Pieņemsim, ka Alise raksta ziņojumu Kārlim, pēc tam sajauc to un apvieno jaucējvērtību ar savu privāto atslēgu, lai ģenerētu digitālo parakstu. Šis paraksts kalpos par unikālu digitālo pirkstu nospiedumu konkrētajam ziņojumam.
Kad Kārlis saņems šo ziņojumu, viņš varēs pārbaudīt digitālā paraksta derīgumu, izmantojot publisko atslēgu, kuru tam piešķīrusi Alise. Tādējādi Kārlis var būt pārliecināts, ka šo parakstu ir izveidojusi Alise, jo tikai viņai ir šai publiskajai atslēgai atbilstošā privātā atslēga (vismaz tā būtu sagaidāms).
Tas nozīmē, ka Alisei ir ļoti svarīgi turēt savu privāto atslēgu slepenībā. Ja vēl kāds uzzinās Alises privāto atslēgu, tas varēs veidot digitālos parakstus un uzdoties par Alisi. Bitcoin kontekstā tas nozīmē, ka kāds varētu izmantot Alises privāto atslēgu, lai bez viņas atļaujas pārskaitītu vai tērētu viņas Bitcoin.
Kāpēc digitālie paraksti ir svarīgi?
Digitālos parakstus bieži vien izmanto trim mērķiem: datu integritātei, autentifikācijai un nenoliedzamībai.
Datu integritāte. Kārlis var pārliecināties, ka Alises ziņojums nav mainīts. Jebkādu ziņojuma izmaiņu gadījumā tiktu iegūts pilnīgi cits digitālais paraksts.
Autentiskums. Ja vien Alise glabā savu privāto atslēgu slepenībā, Kārlis var, izmantojot Alises publisko atslēgu, pārliecināties, ka šos digitālos parakstus ir veidojusi Alise, nevis kāds cits.
Nenoliedzamība. Pēc paraksta ģenerēšanas Alise vairs nevarēs noliegt, ka viņa ir to parakstījusi, ja vien kādam neizdosies piekļūt viņas privātajai atslēgai.
Pielietojums
Digitālos parakstus var izmantot dažādu veidu digitālajiem dokumentiem un sertifikātiem. Tādējādi tiem ir vairākas izmantošanas iespējas. Dažas no populārākajām ir šādas:
Informācijas tehnoloģijas. Lai veicinātu interneta sakaru sistēmu drošību.
Finanses. Digitālos parakstus var izmantot revīzijās, izdevumu atskaitēs, aizdevuma līgumos u. c.
Jurisprudence. Visdažādāko uzņēmējdarbības un juridisko līgumu digitālai parakstīšanai, tai skaitā valsts izdotiem dokumentiem.
Veselības aprūpe. Digitālie paraksti var palīdzēt novērst krāpšanos ar receptēm un medicīnas datiem.
Blokķēde. Digitālo parakstu shēmas nodrošina, ka tikai kriptovalūtu likumīgie īpašnieki var parakstīt darījumu, ar kuru tiek pārskaitīti līdzekļi (ja vien kāds nepiekļūst viņu privātajām atslēgām).
Ierobežojumi
Galvenie izaicinājumi, ar ko saskaras digitālo parakstu shēmas, ir saistīti ar vismaz trim prasībām:
Algoritms. Ir svarīga digitālo parakstu shēmā izmantoto algoritmu kvalitāte. Tas ietver drošu jaucējfunkciju un kriptogrāfisko sistēmu izvēli.
Izpildījums. Ja algoritmi ir labi, bet izpildījums nav, digitālo parakstu sistēma, visticamāk, būs nepilnīga.
Privātā atslēga. Ja privātās atslēgas tiek nopludinātas vai kā citādi apdraudētas, autentiskums un nenoliedzamība vairs nav spēkā. Ja kriptovalūtu lietotāji nozaudē savu privāto atslēgu, tiem var rasties būtiski finansiāli zaudējumi.
Elektroniskie un digitālie paraksti
Vienkārši izsakoties, digitālie paraksti ir viens no elektronisko parakstu veidiem – tie ietver jebkuru elektronisku paņēmienu, kas tiek izmantots dokumentu un ziņojumu parakstīšanai. Tādējādi visi digitālie paraksti ir elektroniski paraksti, taču ne vienmēr spēkā ir pretējais.
Galvenā šo abu parakstu veidu atšķirība ir autentifikācijas metodē. Digitālie paraksti izmanto kriptogrāfiskas sistēmas, piemēram, jaucējfunkcijas, publisko atslēgu kriptogrāfiju un šifrēšanas metodes.
Noslēgumā
Jaukšanas funkcijas un publisko atslēgu kriptogrāfija ir mūsdienās visai plaši izmantoto digitālo parakstu sistēmu pamatā. Pareizi ieviešot digitālos parakstus, tie var veicināt visu veidu digitālo datu drošību, integritāti un autentifikāciju.
Blokķēžu pasaulē digitālie paraksti tiek izmantoti, lai parakstītu un autorizētu kriptovalūtu darījumus. Jo īpaši svarīgi tie ir Bitcoin tīklā, jo ar parakstiem tiek nodrošināts, ka kriptovalūtas var tērēt tikai tās personas, kam pieder atbilstošās privātās atslēgas.
Lai gan mēs jau gadiem ilgi izmantojam gan elektroniskos, gan digitālos parakstus, joprojām ir daudz vietas izaugsmei. Mūsdienu birokrātija lielā mērā balstās uz papīra formāta dokumentiem, taču ir paredzams, ka digitālie paraksti tiks izmantoti arvien biežāk līdz ar pāreju uz digitalizētāku sistēmu.