Digitálny podpis je kryptografický mechanizmus používaný na overenie pravosti a integrity digitálnych údajov. Môžeme to považovať za digitálnu verziu bežných manuálnych podpisov, ale s vyššou úrovňou zložitosti a bezpečnosti.
Zjednodušene je možné digitálny podpis opísať ako kód, ktorý je pripojený k správe alebo dokumentu. Po vygenerovaní kód funguje ako dôkaz, že so správou počas cesty od odosielateľa k príjemcovi nikto nemanipuloval.
Hoci koncept zabezpečenia komunikácie pomocou kryptografie pochádza zo staroveku, možnosť používania schémy digitálneho podpisu sa stala realitou v 70. rokoch 20. storočia vďaka rozvoju kryptografie použitím verejného kľúča (Public-Key Cryptography, PKC). Aby sme si mohli povedať, ako fungujú digitálne podpisy, musíme najprv porozumieť základom hašovacích funkcií a kryptografie použitím verejného kľúča.
Hašovacie funkcie
Hašovanie je jedným zo základných prvkov systému digitálneho podpisu. Pri procese hašovania ide o transformáciu údajov akejkoľvek veľkosti na výstup s pevnou veľkosťou. To sa vykonáva pomocou špeciálneho typu algoritmov známych ako hašovacie funkcie. Výstup vygenerovaný hašovacou funkciou je známy ako hašovacia hodnota alebo zhrnutie správy.
V kombinácii s kryptografiou je možné použiť takzvané kryptografické hašovacie funkcie na generovanie hašovacej hodnoty (zhrnutie), ktorá funguje ako jedinečný digitálny odtlačok prsta. To znamená, že akákoľvek zmena vo vstupných údajoch (správe) by mala za následok úplne iný výstup (hašovaciu hodnotu). Presne to je dôvod, prečo sa kryptografické hašovacie funkcie vo veľkej miere používajú na overenie pravosti digitálnych údajov.
Kryptografia použitím verejného kľúča (PKC)
Kryptografia použitím verejného kľúča (PKC) označuje kryptografický systém, ktorý využíva dvojicu kľúčov: jeden verejný kľúč a jeden privátny kľúč. Tieto dva kľúče spolu matematicky súvisia a je možné použiť ich na šifrovanie údajov aj na digitálne podpisy.
Ako šifrovací nástroj je metóda PKC bezpečnejšia ako základné metódy symetrického šifrovania. Zatiaľ čo staršie systémy sa spoliehajú na rovnaký kľúč na šifrovanie aj dešifrovanie informácií, PKC umožňuje šifrovanie údajov pomocou verejného kľúča a dešifrovanie údajov pomocou príslušného privátneho kľúča.
Okrem toho možno schému PKC použiť aj pri generovaní digitálnych podpisov. Postup v podstate pozostáva z hašovania správy (alebo digitálnych údajov) spolu s privátnym kľúčom podpisovateľa. Ďalej môže príjemca správy skontrolovať, či je podpis platný, použitím verejného kľúča poskytnutého podpisovateľom.
V niektorých situáciách môže byť súčasťou digitálnych podpisov šifrovanie, ale nie je tomu tak vždy. Napríklad blockchain Bitcoin využíva PKC a digitálne podpisy, ale i napriek tomu, že si to množstvo ľudí myslí, v tomto procese nie je žiadne šifrovanie. Čo sa týka technickej stránky, Bitcoin používa na overovanie transakcií algoritmus s názvom Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA).
Ako fungujú digitálne podpisy
V kontexte kryptomien sa systém digitálneho podpisu často skladá z troch základných krokov: hašovanie, podpisovanie a overovanie.
Hašovanie údajov
Prvým krokom je hašovanie správy alebo digitálnych údajov. To sa dosiahne odoslaním údajov pomocou hašovacieho algoritmu, aby sa vygenerovala hašovacia hodnota (t. j. zhrnutie správy). Ako už bolo uvedené, veľkosť správ sa môže výrazne líšiť, ale po hašovaní majú všetky ich hašovacie hodnoty rovnakú dĺžku. Toto je najzákladnejšia vlastnosť hašovacej funkcie.
Hašovanie údajov však nie je nevyhnutné na vytvorenie digitálneho podpisu, pretože na podpísanie správy, ktorá vôbec nebola hašovaná, možno použiť privátny kľúč. V prípade kryptomien sú však údaje vždy hašované, pretože spracovanie zhrnutí s pevnou dĺžkou celý postup uľahčuje.
Podpisovanie
Po zahašovaní informácií musí odosielateľ správy správu podpísať. Toto je okamih, kedy do hry vstupuje kryptografia použitím verejného kľúča. Existuje viacero typov algoritmov digitálneho podpisu, z ktorých každý má svoj vlastný mechanizmus. V zásade však bude hašovaná správa podpísaná privátnym kľúčom a príjemca správy potom môže skontrolovať jej platnosť pomocou príslušného verejného kľúča (poskytnutého podpisovateľom).
Inak povedané, ak sa pri generovaní podpisu nepoužije privátny kľúč, príjemca správy nebude môcť použiť príslušný verejný kľúč na overenie jeho platnosti. Verejný aj privátny kľúč generuje odosielateľ správy, ale s príjemcom sa zdieľa iba verejný kľúč.
Treba poznamenať, že digitálne podpisy priamo súvisia s obsahom každej správy. Takže na rozdiel od manuálnych podpisov, ktoré bývajú rovnaké bez ohľadu na správu, každá digitálne podpísaná správa má iný digitálny podpis.
Overovanie
Poďme sa pozrieť na príklad, ktorý znázorňuje celý proces až po záverečný krok overenia. Predstavte si, že Alica napíše správu Bobovi, zahašuje ju a potom skombinuje hodnotu haš so svojím privátnym kľúčom, čím vytvorí digitálny podpis. Podpis bude fungovať ako jedinečný digitálny odtlačok konkrétnej správy.
Keď Bob dostane správu, môže skontrolovať platnosť digitálneho podpisu pomocou verejného kľúča, ktorý mu poskytla Alica. Takto si Bob môže byť istý, že podpis vytvorila Alica, pretože iba ona má privátny kľúč, ktorý zodpovedá tomu verejnému kľúču (aspoň to očakávame).
Pre Alicu je teda mimoriadne dôležité, aby svoj privátny kľúč udržala v tajnosti. Ak sa Alicin privátny kľúč dostane do rúk inej osobe, tá môže vytvárať digitálne podpisy a predstierať, že je Alica. V kontexte siete Bitcoin to znamená, že niekto môže použiť privátny kľúč Alice na presun alebo míňanie jej bitcoinov bez jej súhlasu.
Prečo sú digitálne podpisy dôležité?
Digitálne podpisy sa často používajú na dosiahnutie troch výsledkov: integrita údajov, overenie a nepopierateľnosť.
Integrita údajov. Bob si môže overiť, že Alicina správa sa počas prenosu nezmenila. Akákoľvek zmena v správe by vytvorila úplne iný podpis.
Autenticita. Pokiaľ je Alicin privátny kľúč uchovaný v tajnosti, Bob môže použiť svoj verejný kľúč na potvrdenie, že digitálne podpisy vytvorila Alice a nikto iný.
Nepopierateľnosť. Po vygenerovaní podpisu Alica nebude môcť v budúcnosti poprieť, že ho podpísala, pokiaľ jej privátny kľúč nebude nejakým spôsobom kompromitovaný.
Prípady použitia
Digitálne podpisy možno použiť na rôzne druhy digitálnych dokumentov a certifikátov. Ako také majú viacero použití. Niektorými z najbežnejších prípadov použitia sú:
Informačné technológie. Zvýšenie bezpečnosti internetových komunikačných systémov.
Financie. Digitálne podpisy je možné implementovať do auditov, vyúčtovaní výdavkov, úverových zmlúv a oveľa viac.
Právo. Digitálne podpisovanie všetkých druhov obchodných zmlúv a právnych dohôd vrátane vládnych dokumentov.
Zdravotná starostlivosť. Digitálne podpisy môžu zabrániť podvodom s predpismi a zdravotnými záznamami.
Blockchain. Schémy digitálneho podpisu zaisťujú, že transakciu na presun finančných prostriedkov môžu podpísať iba právoplatní vlastníci kryptomien (pokiaľ nie sú kompromitované ich privátne kľúče).
Obmedzenia
Hlavné výzvy, ktorým čelia schémy digitálneho podpisu, sú založené na minimálne 3 požiadavkách:
Algoritmus. Kvalita algoritmov používaných v schéme digitálneho podpisu je dôležitá. To zahŕňa výber spoľahlivých hašovacích funkcií a kryptografických systémov.
Implementácia. Ak sú algoritmy dobré, ale implementácia nie, systém digitálneho podpisu bude pravdepodobne obsahovať nedostatky.
Privátny kľúč. Ak dôjde k úniku alebo akejkoľvek kompromitácii privátnych kľúčov, vlastnosti pravosti a nepopierateľnosti budú zneplatnené. Používateľom kryptomien môže strata privátneho kľúča spôsobiť značné finančné straty.
Elektronické podpisy versus digitálne podpisy
Jednoducho povedané, digitálne podpisy sa týkajú jedného konkrétneho druhu elektronických podpisov, ktoré označujú akýkoľvek elektronický spôsob podpisovania dokumentov a správ. Všetky digitálne podpisy sú teda elektronickými podpismi, ale nie vždy to funguje aj naopak.
Hlavným rozdielom medzi nimi je metóda overenia. Digitálne podpisy využívajú kryptografické systémy, ako sú hašovacie funkcie, kryptografiu použitím verejného kľúča a techniky šifrovania.
Záverečné myšlienky
Hašovacie funkcie a kryptografia použitím verejného kľúča sú jadrom systémov digitálneho podpisu, ktoré v súčasnosti majú mnoho prípadov použitia. Ak sú digitálne podpisy správne implementované, môžu zvýšiť bezpečnosť, zabezpečiť integritu a uľahčiť overenie všetkých druhov digitálnych údajov.
Vo svete blockchainu sa digitálne podpisy používajú na podpisovanie a overovanie transakcií s kryptomenami. Obzvlášť dôležité sú pre sieť Bitcoin, pretože podpisy zaisťujú, že coiny môžu minúť iba jednotlivci, ktorí vlastnia príslušné privátne kľúče.
Hoci elektronické aj digitálne podpisy sa používajú už roky, stále je tu veľký priestor na rast. Veľká časť dnešnej byrokracie je stále založená na papierovaní. Je však pravdepodobné, že schémy digitálneho podpisu sa začnú využívať v oveľa väčšej miere pri migrácii na digitalizovanejší systém.