O semnătură digitală este un mecanism criptografic utilizat pentru a verifica autenticitatea și integritatea datelor digitale. O putem considera o versiune digitală a semnăturilor scrise de mână obișnuite, dar cu niveluri mai ridicate de complexitate și securitate.
În termeni simpli, putem descrie o semnătură digitală ca un cod care este atașat unui mesaj sau document. După generare, codul acționează ca dovadă că mesajul nu a fost manipulat pe parcurs de la expeditor la destinatar.
Deși conceptul de securizare a comunicațiilor folosind criptografie datează din cele mai vechi timpuri, schemele de semnătură digitală au devenit o posibilă realitate în anii 1970 - datorită dezvoltării criptografiei cu chei publice (PKC). Așadar, pentru a afla cum funcționează semnăturile digitale, trebuie să înțelegem mai întâi elementele de bază ale funcțiilor hash și criptografia cu cheie publică.
Funcții hash
Hashingul (criptarea) este unul dintre elementele de bază ale unui sistem de semnătură digitală. Procesul de criptare implică transformarea datelor de orice dimensiune într-o ieșire de dimensiune fixă. Acest lucru este realizat printr-un tip special de algoritmi cunoscuți sub numele de funcții hash. Ieșirea generată de o funcție hash este cunoscută ca valoare hash sau rezumat de mesaje.
Atunci când sunt combinate cu criptografie, așa-numitele funcții hash criptografice pot fi utilizate pentru a genera o valoare hash (digest) care acționează ca o amprentă digitală unică. Aceasta înseamnă că orice modificare a datelor de intrare (mesaj) ar avea ca rezultat o ieșire complet diferită (valoare hash). Și acesta este motivul pentru care funcțiile hash criptografice sunt utilizate pe scară largă pentru verificarea autenticității datelor digitale.
Criptografia cu cheie publică (PKC)
Criptografia cu cheie publică sau PKC se referă la un sistem criptografic care utilizează o pereche de chei: o cheie publică și o cheie privată. Cele două chei sunt legate matematic și pot fi folosite atât pentru criptarea datelor, cât și pentru semnăturile digitale.
Ca instrument de criptare, PKC este mai sigur decât metodele mai rudimentare de criptare simetrică. În timp ce sistemele mai vechi se bazează pe aceeași cheie pentru a cripta și decripta informațiile, PKC permite criptarea datelor cu cheia publică și decriptarea datelor cu cheia privată corespunzătoare.
În afară de aceasta, schema PKC poate fi aplicată și în generarea semnăturilor digitale. În esență, procesul constă în criptarea unui mesaj (sau al datelor digitale) împreună cu cheia privată a semnatarului. În continuare, destinatarul mesajului poate verifica dacă semnătura este validă utilizând cheia publică furnizată de semnatar.
În unele situații, semnăturile digitale pot implica criptare, dar nu este întotdeauna cazul. De exemplu, blockchainul Bitcoin folosește PKC și semnături digitale, dar, spre deosebire de părerea comună, nu există nicio criptare în acest proces. Din punct de vedere tehnic, Bitcoin implementează așa-numitul algoritm de semnătură digitală cu curbă eliptică (ECDSA) pentru a autentifica tranzacțiile.
Cum funcționează semnăturile digitale
În contextul criptomonedelor, un sistem de semnătură digitală constă adesea din trei pași de bază: hashing, semnare și verificare.
Hashingul datelor
Primul pas este să faceți criptarea mesajului sau datelor digitale. Acest lucru se face prin transmiterea datelor printr-un algoritm de hashing, astfel încât să fie generată o valoare hash (adică, rezumatul mesajului). După cum s-a menționat, mesajele pot varia în mod semnificativ în dimensiune, dar atunci când efectuați hashing, toate valorile lor hash au aceeași lungime. Aceasta este proprietatea cea mai de bază a unei funcții hash.
Cu toate acestea, criptarea datelor nu este obligatorie pentru producerea unei semnături digitale, deoarece se poate folosi o cheie privată pentru a semna un mesaj care nu a fost criptat. Dar pentru criptomonede, datele sunt întotdeauna criptate, deoarece rezumatele cu lungime fixă facilitează întregul proces.
Semnare
După ce informațiile sunt criptate, expeditorul mesajului trebuie să îl semneze. Acesta este momentul în care intră în joc criptografia cu cheie publică. Există mai multe tipuri de algoritmi de semnătură digitală, fiecare având propriul său mecanism. Dar, în esență, mesajul criptat va fi semnat cu o cheie privată, iar destinatarul mesajului poate verifica apoi validitatea acestuia folosind cheia publică corespunzătoare (furnizată de semnatar).
Altfel spus, dacă cheia privată nu este inclusă în momentul generării semnăturii, destinatarul mesajului nu va putea folosi cheia publică corespunzătoare pentru a-i verifica validitatea. Atât cheile publice, cât și cele private sunt generate de expeditorul mesajului, dar numai cheia publică este partajată cu destinatarul.
Este de remarcat faptul că semnăturile digitale sunt direct legate de conținutul fiecărui mesaj. Deci, spre deosebire de semnăturile scrise de mână, care tind să fie aceleași indiferent de mesaj, fiecare mesaj semnat digital va avea o semnătură digitală diferită.
Verificare
Să luăm un exemplu pentru a ilustra întregul proces până la pasul final de verificare. Imaginați-vă că Alice îi scrie un mesaj lui Bob, îl criptează și apoi combină valoarea hash cu cheia ei privată pentru a genera o semnătură digitală. Semnătura va funcționa ca o amprentă digitală unică a mesajului respectiv.
Când Bob primește mesajul, poate verifica validitatea semnăturii digitale folosind cheia publică furnizată de Alice. În acest fel, Bob poate fi sigur că semnătura a fost creată de Alice pentru că numai ea are cheia privată care corespunde acelei chei publice (cel puțin la asta ne așteptăm).
Deci, este esențial pentru Alice să-și păstreze cheia privată în secret. Dacă o altă persoană pune mâna pe cheia privată a lui Alice, poate crea semnături digitale și poate pretinde că este Alice. În contextul Bitcoin, aceasta înseamnă că cineva ar putea folosi cheia privată a lui Alice pentru a-i muta sau cheltui activele Bitcoin fără permisiunea ei.
De ce sunt importante semnăturile digitale?
Semnăturile digitale sunt adesea folosite pentru a obține trei rezultate: integritatea datelor, autentificarea și non-repudierea.
Integritatea datelor. Bob poate verifica că mesajul lui Alice nu a fost schimbat pe parcurs. Orice modificare a mesajului ar produce o semnătură complet diferită.
Autenticitate. Atâta timp cât cheia privată a lui Alice este păstrată în secret, Bob poate folosi cheia ei publică pentru a confirma că semnăturile digitale au fost create de Alice și de nimeni altcineva.
Non-repudierea. Odată ce semnătura a fost generată, Alice nu va putea nega că a semnat, cu excepția cazului în care cheia ei privată este cumva compromisă.
Cazuri de utilizare
Semnăturile digitale pot fi aplicate diferitelor tipuri de documente și certificate digitale. Ca atare, au mai multe aplicații. Unele dintre cele mai frecvente cazuri de utilizare includ:
Tehnologia de informație. Pentru a spori securitatea sistemelor de comunicații prin internet.
Finanțe. Semnăturile digitale pot fi implementate în audituri, rapoarte de cheltuieli, contracte de împrumut și multe altele.
Legal. Semnarea digitală a tuturor tipurilor de contracte de afaceri și acorduri legale, inclusiv documente guvernamentale.
Sănătate. Semnăturile digitale pot preveni fraudarea rețetelor și a dosarelor medicale.
Blockchain. Schemele de semnătură digitală asigură că numai proprietarii de drept ai criptomonedelor pot semna o tranzacție pentru a muta fondurile (atâta timp cât cheile lor private nu sunt compromise).
Limitări
Provocările majore cu care se confruntă schemele de semnătură digitală se bazează pe cel puțin trei cerințe:
Algoritm. Calitatea algoritmilor utilizați într-o schemă de semnătură digitală este importantă. Aceasta include alegerea funcțiilor hash de încredere și a sistemelor criptografice.
Implementarea. Dacă algoritmii sunt buni, dar implementarea nu este, sistemul de semnătură digitală va prezenta probabil defecte.
Cheie privată. Dacă cheile private sunt dezvăluite sau sunt compromise într-un fel, proprietățile de autenticitate și non-repudiere vor fi invalidate. Pentru utilizatorii de criptomonede, pierderea unei chei private poate duce la pierderi financiare semnificative.
Semnături electronice vs. semnături digitale
Mai simplu spus, semnăturile digitale se referă la un anumit tip de semnături electronice - care se referă la orice metodă electronică de semnare a documentelor și a mesajelor. Astfel, toate semnăturile digitale sunt semnături electronice, dar contrariul nu este întotdeauna adevărat.
Principala diferență dintre ele este metoda de autentificare. Semnăturile digitale implementează sisteme criptografice, cum ar fi funcții hash, criptare cu cheie publică și tehnici de criptare.
Gânduri de încheiere
Funcțiile hash și criptografia cu cheie publică se află în centrul sistemelor de semnătură digitală, care sunt acum aplicate unei game largi de cazuri de utilizare. Dacă sunt implementate corect, semnăturile digitale pot crește securitatea, asigura integritatea și facilita autentificarea tuturor tipurilor de date digitale.
În domeniul blockchain, semnăturile digitale sunt folosite pentru a semna și a autoriza tranzacțiile cu criptomonede. Ele sunt deosebit de importante pentru Bitcoin, deoarece semnăturile asigură că monedele pot fi cheltuite numai de persoanele care dețin cheile private corespunzătoare.
Deși am folosit atât semnături electronice, cât și digitale de ani de zile, există încă loc de creștere. O mare parte din birocrația actuală se bazează încă pe documente, dar probabil că vom vedea mai multe adoptări ale schemelor de semnătură digitală pe măsură ce migrăm către un sistem mai digitalizat.