Podpis cyfrowy jest mechanizmem kryptograficznym służącym do weryfikacji autentyczności i integralności danych cyfrowych. Podpisy cyfrowe można zatem zdefiniować jako cyfrową wersję zwykłych podpisów odręcznych, ale o wyższym poziomie złożoności i bezpieczeństwa niż podpisy tradycyjne.
Podpisy cyfrowe najłatwiej wyjaśnić jako specjalny kod dołączony do wiadomości lub dokumentu. Po wygenerowaniu kod działa jako dowód, że wiadomość nie została zmieniona od nadawcy do odbiorcy.
Chociaż koncepcja zabezpieczenia komunikacji za pomocą kryptografii sięga czasów starożytnych, podpisy cyfrowe, jakie znamy, stały się rzeczywistością dopiero w latach siedemdziesiątych. Stało się to możliwe dzięki stworzeniu kryptografii klucza publicznego (PKC). Ponieważ jesteśmy w PKC, aby lepiej zrozumieć działanie podpisów cyfrowych, musimy najpierw zrozumieć podstawy funkcji skrótu i kryptografii klucza publicznego.
Funkcje haszujące
Hashowanie jest jednym z podstawowych elementów każdego systemu wykorzystującego podpisy cyfrowe. Proces mieszania obejmuje konwersję danych o dowolnym rozmiarze na dane wyjściowe o stałym rozmiarze. Proces konwersji dowolnych danych wejściowych na stały (pod względem wielkości) zestaw danych wyjściowych jest możliwy dzięki tak zwanym funkcjom mieszającym (i. Funkcjom mieszającym). Dane wyjściowe generowane przez funkcje skrótu są określane jako tak zwana wartość skrótu lub skrót wiadomości.
W połączeniu z osiągnięciami kryptografii, tak zwane kryptograficzne funkcje skrótu mogą być używane do generowania has value (digest), która działa jak unikalny i cyfrowy odcisk palca. Kryptografia zapewnia, że każda zmiana danych wejściowych (komunikatów) powoduje generowanie zupełnie innych danych wyjściowych (hash value).
Kryptografia klucza publicznego (PKC)
Kryptografia klucza publicznego – lub PKC – oznacza odpowiednio skonstruowany system kryptograficzny, który do działania wykorzystuje parę kluczy: jeden klucz publiczny i jeden klucz prywatny. Oba klucze są matematycznie ze sobą powiązane i mogą być używane zarówno do szyfrowania danych, jak i tworzenia podpisów cyfrowych.
Narzędzia szyfrujące wykorzystujące PKC są zdecydowanie bezpieczniejsze niż podstawowe metody wchodzące w skład grupy nazywanych metodami. szyfrowanie symetryczne. Podczas gdy tylko jeden klucz jest używany w starszych systemach komputerowych do szyfrowania i deszyfrowania informacji, systemy oparte na PKC pozwalają na szyfrowanie danych za pomocą klucza publicznego i deszyfrowanie danych za pomocą odpowiedniego klucza prywatnego.
PKC ma również tę właściwość, że może być użyte do generowania podpisów cyfrowych. Zasadniczo proces ten obejmuje mieszanie wiadomości (lub danych cyfrowych) wraz z kluczem prywatnym osoby podpisującej wiadomość lub dane. Odbiorca wiadomości może sprawdzić, czy podpis jest ważny, używając klucza publicznego dostarczonego przez osobę podpisującą wiadomość.
W zależności od aplikacji i potrzeb podpisy cyfrowe mogą podlegać dodatkowemu szyfrowaniu, ale nie muszą. Na przykład sieć blockchain Bitcoin wykorzystuje PKC i podpisy cyfrowe, ale ich synteza nie szyfruje tych podpisów – w co wielu ludzi wciąż wierzy (błędnie). Z technicznego punktu widzenia sprawdzanie poprawności transakcji w sieci Bitcoin odbywa się za pomocą tzw. Algorytmu podpisu cyfrowego z krzywą eliptyczną (ECDSA).
Jak działają podpisy cyfrowe
W kontekście rynku kryptowalut system podpisów cyfrowych zwykle składa się z trzech elementów (faz):hashowania, podpisywania i weryfikacji.
Haszowanie danych
Hashowanie wiadomości cyfrowych lub danych to pierwszy krok do stworzenia podpisu cyfrowego. W tym procesie dane wejściowe są przekazywane przez algorytm mieszający, który zajmuje się generowaniem wartości skrótu (tj. Podsumowanie wiadomości). Przy tej okazji warto przypomnieć, że chociaż dane wejściowe mogą różnić się długością lub strukturą, dane wyjściowe zawsze będą miały tę samą długość.
Ważne jest jednak to, że aby wygenerować podpis cyfrowy, nie musisz zawracać sobie głowy hashującymi danymi wejściowymi. Możesz użyć klucza prywatnego bezpośrednio do podpisania wiadomości. Jednak w przypadku kryptowalut dane wejściowe zawsze podlegają procesowi haszowania, ponieważ obsługa skrótów o stałej długości (rozmiarze) upraszcza i upraszcza resztę procesu tworzenia i weryfikacji podpisów cyfrowych.
Podpisywanie
Po zaszyfrowaniu informacji odpowiednim algorytmem nadawca wiadomości musi ją podpisać. W tym momencie PKC wchodzi do gry. Istnieje kilka rodzajów algorytmów podpisu cyfrowego, każdy z własnym mechanizmem działania. Zasadniczo jednak cały proces polega na upewnieniu się, że zaszyfrowana wiadomość jest ostatecznie podpisana kluczem prywatnym, aby odbiorca wiadomości mógł następnie sprawdzić ważność wiadomości za pomocą odpowiedniego klucza publicznego (dostarczonego przez osobę podpisującą wiadomość) ).
Innymi słowy, jeśli klucz prywatny nie jest uwzględniony w procesie generowania podpisu cyfrowego, odbiorca wiadomości nie będzie mógł użyć odpowiedniego klucza publicznego do zweryfikowania jego ważności. Chociaż nadawca wiadomości generuje zarówno klucz publiczny, jak i prywatny, tylko klucz publiczny może być tym, który osoba podpisująca wiadomość może udostępnić innym osobom.
Przy tej okazji warto zauważyć, że podpisy cyfrowe są bezpośrednio związane z treścią każdej wiadomości. W przeciwieństwie do podpisów odręcznych, które wydają się takie same niezależnie od wiadomości, każda podpisana cyfrowo wiadomość będzie miała inny podpis cyfrowy.
Weryfikowanie
Aby lepiej zrozumieć cały proces, wykorzystamy przykład do ostatniej fazy. Wyobraź sobie, że Ula postanawia napisać tajną wiadomość do Andrzeja. W tym celu Ula szyfruje tę wiadomość i łączy ją ze swoim prywatnym kluczem, aby utworzyć podpis cyfrowy. Utworzony w ten sposób podpis będzie teraz działał jako unikalny cyfrowy odcisk palca tej konkretnej wiadomości.
Po otrzymaniu wiadomości od Uli Andrzej może sprawdzić wiarygodność (ważność) podpisu cyfrowego Uli przy użyciu klucza publicznego dostarczonego mu przez samą Ułę. W ten sposób Bob może mieć pewność, że podpis został utworzony przez Ula, ponieważ tylko ona ma dostęp do swojego klucza prywatnego, który odpowiada wskazanemu kluczowi publicznemu – lub przynajmniej wszyscy przyjmują takie założenie, ponieważ czy Ula w międzyczasie nie udostępnianie jej własnego klucza prywatnego pozostaje otwartym pytaniem.
Dlatego tak ważne jest, aby Ula trzymała swój klucz prywatny w tajemnicy przed nikim innym. Jeśli ktoś wejdzie w posiadanie klucza prywatnego Uli, będzie mógł tworzyć podpisy cyfrowe i udawać, że jest Ula przed innymi. W kontekście Bitcoin oznacza to, że ktoś może użyć klucza prywatnego Uli do przeniesienia lub wydania Bitcoinów bez jej zgody.
Dlaczego podpisy cyfrowe są tak istotne?
Podpisy cyfrowe zaimplementowane w systemach i wykorzystane w nich do osiągnięcia trzech konkretnych celów: integralności danych, uwierzytelnienia (autentyczności) i niezaprzeczalności danych.
- Integralność danych. Andrzej może w każdej chwili sprawdzić, czy wiadomość wysłana mu przez Ula została w jakikolwiek sposób zmieniona. Każda modyfikacja wiadomości skutkowałaby zupełnie innym podpisem niż oryginalny.
- Autentyczność. Dopóki prywatny klucz Uli pozostanie tajny, Andrzej będzie mógł używać swojego klucza publicznego do potwierdzenia, że dostarczone mu podpisy cyfrowe zostały utworzone przez Ula i nikogo innego.
- Niezaprzeczalność. W chwili, gdy Ula podejmuje się wygenerowania podpisu, traci możliwość zaprzeczenia, że dana wiadomość została podpisana jej podpisem cyfrowym, chyba że nieautoryzowany dostęp w jakikolwiek sposób wpłynie na jej klucz prywatny.
Przykłady wykorzystania
Podpisów cyfrowych można używać do oznaczania różnego rodzaju dokumentów i certyfikatów cyfrowych. Same podpisy cyfrowe mają kilka naturalnych przykładów ich wykorzystania. Najczęściej są stosowane w następujących branżach:
- Technologia informacyjna. Aby zwiększyć bezpieczeństwo systemów komunikacji internetowej.
- Finanse. Podpisy cyfrowe można wdrożyć w celu zwiększenia autentyczności audytów, raportów wydatków, umów pożyczek i innych.
- Prawny. Aby podpisać cyfrowo wszystkie rodzaje umów biznesowych i prawnych, w tym dokumenty na poziomie rządowym.
- Zdrowotnej. Podpisy cyfrowe mogą zapobiec fałszowaniu recept i dokumentacji medycznej.
- Blockchain. Podpisy cyfrowe gwarantują, że tylko uprawnieni właściciele danych kryptowalutowych są w stanie podpisać transakcję w celu przekazania środków (chyba że nieupoważnione osoby posiadają klucze prywatne).
Podpisy elektroniczne a podpisy cyfrowe
Podpisy cyfrowe to specjalny rodzaj podpisów elektronicznych – które odnoszą się do każdej elektronicznej metody podpisywania dokumentów i wiadomości. Dlatego wszystkie podpisy cyfrowe są podpisami elektronicznymi, ale nie zawsze można powiedzieć, że to samo jest na odwrót.
Główną różnicą między nimi jest metoda uwierzytelniania. Do tworzenia podpisów cyfrowych najczęściej stosuje się różne techniki kryptograficzne, takie jak funkcje mieszające lub kryptografia klucza publicznego.
Zakończenie
Funkcje haszujące i kryptografia klucza publicznego są podstawowymi elementami nowoczesnych systemów podpisu cyfrowego. W przypadku ich implementacji na zasadach zgodnych z tzw. „Sztuką” podpisy cyfrowe mogą zwiększyć bezpieczeństwo, zapewnić integralność i ułatwić uwierzytelnianie wszelkiego rodzaju danych cyfrowych w systemie, do którego zostały zaimplementowane.
W dziedzinie technologii blockchain podpisy cyfrowe służą do podpisywania i autoryzacji transakcji kryptowalutowych. Są one szczególnie ważne w przypadku kryptowalut, takich jak Bitcoin, ponieważ są to podpisy cyfrowe chroniące fakt, że środki zdeponowane na określonych adresach mogą być wydawane tylko przez właścicieli przypisanych im kluczy prywatnych.
Pomimo faktu, że podpisy elektroniczne i cyfrowe służą ludzkości od wielu lat, wciąż istnieje wiele możliwości rozwoju tych obszarów. Znaczna część dzisiejszej biurokracji wciąż opiera się na tak zwanej dokumentacji, ale wciąż rosnąca cyfryzacja każdego aspektu naszego życia może w pewnym momencie przyczynić się do gwałtownego wzrostu wdrażania globalnych metod podpisywania danych.
