O que é uma assinatura digital?

Uma assinatura digital é um mecanismo de criptografia usado para verificar a autenticidade e integridade de dados digitais. Podemos considerá-lo como uma versão digital das assinaturas manuscritas comuns, mas com maiores níveis de complexidade e segurança.

Resumidamente, podemos descrever uma assinatura digital como um código que é anexado a uma mensagem ou documento. Após gerado, o código atua como prova de que a mensagem não foi adulterada ao longo do caminho do remetente para o destinatário.

Embora o conceito de proteger comunicações usando criptografia remonta aos tempos antigos, os sistemas de assinatura digital tornaram-se uma realidade possível nos anos 70 - graças ao desenvolvimento da criptografia de chave pública (PKC). Portanto, para aprender como as assinaturas digitais funcionam, precisamos primeiro entender o básico das funções hash e da Criptografia de Chave Pública.

Funções Hash

Funções hash são um dos elementos principais dos sistemas de assinatura digital. O processo de hashing envolve a transformação de dados de qualquer tamanho em dados de tamanho fixo. Isso é feito por um tipo especial de algoritmos conhecidos como funções hash. Os dados de saída (outputs) gerados por uma função hash são conhecidos como valores hash (hash values).

Quando combinadas com criptografia, as chamadas funções hash criptográficas podem ser usadas para gerar um valor de hash que funciona como uma impressão digital única. Isso significa que qualquer mudança nos dados de entrada (mensagem) resultaria em um hash completamente diferente. Essa é a razão pela qual as funções hash criptográficas são amplamente usadas para verificar a autenticidade de dados digitais.

Criptografia de Chave Pública (PKC)

Criptografia de chave pública, ou PKC, refere-se a um sistema criptográfico que usa um par de chaves: uma chave pública e uma chave privada (public key e private key). As duas chaves são matematicamente relacionadas e podem ser usadas tanto para criptografia de dados quanto para assinaturas digitais.

Como uma ferramenta de criptografia, o sistema PKC é mais seguro do que os métodos mais rudimentares de criptografia simétrica. Enquanto os sistemas mais antigos contam com a mesma chave para criptografar e descriptografar as informações, o PKC permite a encriptação de dados com a chave pública e a decriptação com a chave privada correspondente.

Além disso, o esquema PKC também pode ser aplicado na geração de assinaturas digitais. O processo consiste em submeter uma mensagem (ou dado digital), juntamente com a chave privada do remetente, através de uma função hash. Em seguida, o destinatário da mensagem pode verificar se a assinatura é válida usando a chave pública fornecida pelo remetente.

Em algumas situações, as assinaturas digitais podem envolver criptografia, mas isso nem sempre é o caso. Por exemplo, a blockchain da Bitcoin faz uso de assinaturas digitais e PKC, mas ao contrário do que muitos pensam, não há encriptação no processo. Tecnicamente, a Bitcoin implementa o chamado Algoritmo de Assinatura Digital de Curvas Elípticas (ECDSA) para autenticar transações.

Como as assinaturas digitais funcionam

No contexto das criptomoedas, um sistema de assinatura digital geralmente consiste em três etapas básicas: hashing, assinatura e verificação.

Hashing

O primeiro passo é fazer um hash da mensagem ou dados digitais. Isto é feito por um algoritmo de hash, que transforma os dados em um valor de hash. Como mencionado, as mensagens podem variar significativamente em tamanho, mas quando elas são submetidas ao processo de hashing, todos os valores gerados (hash values) têm o mesmo tamanho. Esta é a propriedade primária de uma função hash.

No entanto, o hashing dos dados não é obrigatório para a produção de uma assinatura digital, pois é possível usar uma chave privada para assinar uma mensagem que não tenha sido submetida à uma função hash. Porém, no caso das criptomoedas, as mensagens são sempre transformadas em hashes, pois o tamanho fixo dos valores de hash facilita todo o processo.

Assinatura

Assim que a informação é transformada em valores hash, o remetente da mensagem precisa assiná-la. Este é o momento em que a Criptografia de Chave Pública entra em cena. Existem vários tipos de algoritmos de assinatura digital, cada um com seu próprio mecanismo. Mas geralmente, a mensagem será assinada com uma chave privada, e o destinatário da mensagem poderá verificar sua validade usando a chave pública correspondente (fornecida pelo remetente).

Em outras palavras, se a chave privada não for incluída quando a assinatura for gerada, o destinatário da mensagem não poderá usar a chave pública correspondente para verificar a validade da assinatura e da mensagem. As chaves públicas e privadas são geradas pelo remetente da mensagem, mas somente a chave pública é compartilhada com o receptor.

Vale a pena notar que as assinaturas digitais estão diretamente relacionadas ao conteúdo de cada mensagem. Portanto, ao contrário das assinaturas manuscritas, que tendem a ser as mesmas, independentemente da mensagem, cada mensagem assinada digitalmente terá uma assinatura digital diferente.

Verificação

Vamos usar um exemplo para ilustrar todo o processo até a etapa final da verificação. Imagine que Alice escreveu uma mensagem para Bob, gerou um valor hash da mensagem e o combinou com sua chave privada para gerar uma assinatura digital. A assinatura funcionará como uma impressão digital única, exclusiva dessa mensagem.

Quando Bob recebe a mensagem, ele pode verificar a validade da assinatura digital usando a chave pública fornecida por Alice. Dessa forma, Bob pode ter certeza de que a assinatura foi criada por Alice porque somente ela tem a chave privada que corresponde a essa chave pública (pelo menos é o que esperamos).

Então, é crucial que Alice mantenha sua chave privada em segredo. Se outra pessoa tomar posse da chave privada de Alice, ela poderá criar assinaturas digitais falsas em nome de Alice. No contexto da Bitcoin, isso significa que alguém pode usar a chave privada de Alice para mover ou gastar suas Bitcoins sem sua permissão.

Por que as assinaturas digitais são importantes?

Assinaturas digitais são frequentemente usadas para alcançar três resultados: integridade de dados, autenticação e não-repúdio.

Integridade de dados. Bob pode verificar se a mensagem de Alice não foi alterada ao longo do caminho. Qualquer modificação na mensagem produziria uma assinatura completamente diferente.
Autenticidade. Contanto que a chave privada de Alice seja mantida em segredo, Bob pode usar sua chave pública para confirmar que as assinaturas digitais foram criadas por Alice e mais ninguém.
Não-repúdio. Assim que a assinatura for gerada, Alice não poderá negar que a tenha assinado no futuro, a menos que sua chave privada seja comprometida de alguma forma.

Casos de uso

Assinaturas digitais podem ser aplicadas a vários tipos de documentos e certificados digitais. Portanto, elas têm várias aplicações possíveis. Alguns dos casos de uso mais comuns incluem:

Tecnologia da Informação. Para melhorar a segurança dos sistemas de comunicação da Internet.
Finanças. Assinaturas digitais podem ser implementadas em auditorias, relatórios de despesas, contratos de empréstimo e muito mais.
Use legal. Assinaturas digitais de todos os tipos de contratos de negócios e acordos legais, incluindo documentos governamentais.
Sistemas de saúde. As assinaturas digitais podem evitar fraudes de prescrições de remédios e de registros médicos.
Blockchain. Os esquemas de assinatura digital garantem que apenas os proprietários legítimos das criptomoedas possam assinar uma transação para movimentar o dinheiro (desde que suas chaves privadas não sejam comprometidas).

Limitações

Os principais desafios enfrentados pelos esquemas de assinatura digital estão relacionados com pelo menos três fatores:

Algoritmo. A qualidade dos algoritmos usados em um esquema de assinatura digital é importante. Isso inclui a escolha de funções hash confiáveis e sistemas robustos de criptografia.
Implementação. Mesmo que os algoritmos sejam bons, uma má implementação provavelmente causará falhas no sistema de assinaturas digitais.
Chave privada. Se as chaves privadas forem comprometidas de algum modo, as propriedades de autenticidade e não-repúdio serão invalidadas. Para usuários de criptomoedas, a perda de uma chave privada pode resultar em perdas financeiras significativas.

Assinaturas eletrônicas vs. assinaturas digitais

Resumidamente, as assinaturas digitais estão relacionadas a um tipo específico de assinaturas eletrônicas - que se referem a qualquer método eletrônico de assinatura de documentos e mensagens. Portanto, todas as assinaturas digitais são assinaturas eletrônicas, mas o contrário nem sempre é verdadeiro.

A principal diferença entre os dois sistemas é o método de autenticação. Assinaturas digitais fazem uso de sistemas criptográficos, como funções hash, criptografia de chave pública e técnicas de encriptação.

Considerações finais

As funções hash e o sistema PKC são elementos cruciais nos esquemas de assinatura digital, que agora são aplicados em uma grande variedade de situações. Se implementadas adequadamente, as assinaturas digitais podem aumentar a segurança, garantir a integridade e facilitar a autenticação de todos os tipos de dados digitais.

No mundo da blockchain, as assinaturas digitais são usadas para assinar e autorizar transações de criptomoedas. Eles são particularmente importantes para a Bitcoin porque as assinaturas garantem que as moedas só podem ser usadas pelos indivíduos que possuem as chaves privadas correspondentes.

Embora tenhamos utilizado assinaturas eletrônicas e digitais durante anos, ainda há muito espaço para crescimento. Uma grande parte da burocracia de hoje ainda é baseada em papel, mas provavelmente veremos mais adoção de esquemas de assinatura digital à medida que migramos para um sistema mais digitalizado.