Цифровая подпись — это криптографический механизм, используемый для проверки подлинности и целостности цифровых данных. Это можно рассматривать как цифровую версию обычных рукописных подписей, но с более высоким уровнем сложности и безопасности.
Проще говоря, цифровую подпись можно описать как код, который прикрепляется к сообщению или документу. После генерации код является доказательством того, что сообщение не было подделано на пути от отправителя к получателю.
Хотя концепция защиты коммуникаций с использованием криптографии начала использоваться ещё в древние времена, создание схем цифровой подписи стало возможным только в 1970-х годах благодаря развитию криптографии с открытым ключом. Чтобы узнать, как работают цифровые подписи, нам нужно сначала понять основы хеш-функций и криптографии с открытым ключом.
Хеш-функции
Хеширование является одним из основных элементов системы цифровой подписи. Процесс хеширования включает в себя преобразование данных любого размера в выходные данные фиксированного размера. Это делается с помощью специального вида алгоритмов, известных как хеш-функции. Выходные данные, генерируемые хеш-функцией, известны как хеш-значение или дайджест сообщения.
В сочетании с криптографией, так называемые криптографические хеш-функции, могут использоваться для генерации хеш-значения (дайджеста), которое действует как уникальный цифровой отпечаток пальца. Это означает, что любое изменение входных данных (сообщения) приведет к совершенно другому результату (хеш-значению). И именно по этой причине криптографические хеш-функции широко используются для проверки подлинности цифровых данных.
Криптография с открытым ключом
Криптография с открытым ключом относится к криптографической системе, которая использует пару ключей: один открытый ключ и один закрытый ключ. Эти два ключа математически связаны и могут использоваться как для шифрования данных, так и для цифровых подписей.
Как инструмент шифрования криптография с открытым ключом безопаснее, чем методы симметричного шифрования. В то время как старые системы полагаются на один и тот же ключ для шифрования и дешифрования информации, здесь допускается шифрование данных с помощью открытого ключа и дешифрование с помощью соответствующего закрытого ключа.
Помимо этого, эта схема также может быть применена при генерации цифровых подписей. По сути, процесс состоит из хеширования сообщения (или цифровых данных) вместе с закрытым ключом подписавшего. Далее получатель сообщения может проверить, является ли подпись действительной, используя открытый ключ, предоставленный подписавшим.
В некоторых ситуациях цифровые подписи могут включать шифрование, но это не всегда так. Например, блокчейн Биткоина использует открытые ключи и цифровые подписи, но в этом процессе нет шифрования. Технически Биткоин использует так называемый алгоритм цифровой подписи с эллиптической кривой (ECDSA) для аутентификации транзакций.
Почему цифровые подписи важны?
Цифровые подписи часто используются для достижения двух результатов: целостности данных и аутентификации.
● Целостность данных. Боб может убедиться, что сообщение Алисы не было изменено по пути. Любое изменение в сообщении привело бы к совершенно другой подписи.
● Подлинность. Пока закрытый ключ Алисы хранится в секрете, Боб может использовать ее открытый ключ, чтобы подтвердить, что цифровые подписи были созданы Алисой и никем другим.
● Как только подпись будет сгенерирована, Алиса не сможет отрицать, что подписала ее в будущем, если только ее закрытый ключ каким-то образом не будет скомпрометирован.
Варианты использования
Цифровые подписи могут быть применены к различным видам цифровых документов и сертификатов. Они имеют несколько применений. Некоторые из наиболее распространенных вариантов использования включают:
● Информационные технологии. Для повышения безопасности систем интернет-связи.
● Финансы. Цифровые подписи могут быть применены к аудитам, отчетам о расходах, кредитным соглашениям.
● Юриспруденция. Цифровое подписание всех видов деловых контрактов и юридических соглашений, включая правительственные документы.
● Здравоохранение. Цифровые подписи могут предотвратить мошенничество с рецептами и медицинскими записями.
● Блокчейн. Схемы цифровой подписи гарантируют, что только законные владельцы криптовалют могут подписать транзакцию для перевода средств (при условии, что их личные ключи не скомпрометированы).
Ограничения
Основные проблемы, с которыми сталкиваются схемы цифровой подписи, зависят, по крайней мере, от трех требований:
Алгоритм. Качество алгоритмов, используемых в схеме цифровой подписи, имеет важное значение. Это включает в себя выбор надежных хеш-функций и криптографических систем.
Реализация. Если алгоритмы хороши, но реализация — нет, система цифровой подписи, скорее всего, будет иметь недостатки.
Закрытый ключ. Если секретные ключи подвергнутся утечке или будут каким-либо образом скомпрометированы, свойства подлинности и неотказа будут признаны недействительными. Для пользователей криптовалют потеря закрытого ключа может привести к значительным финансовым потерям.
Электронные подписи против цифровых подписей
Все цифровые подписи являются электронными подписями, но обратное не всегда верно.
Основное различие между ними заключается в способе аутентификации. Цифровые подписи используют криптографические системы, такие как хеш-функции, криптография с открытым ключом и методы шифрования.
Заключение
Хеш-функции и криптография с открытым ключом лежат в основе систем цифровой подписи, которые в настоящее время применяются в широком спектре случаев использования. При правильном внедрении цифровые подписи могут повысить безопасность, обеспечить целостность и облегчить аутентификацию всех видов цифровых данных.
В сфере блокчейна цифровые подписи используются для подписания и авторизации криптовалютных транзакций. Они особенно важны для Биткоина, потому что подписи гарантируют, что валюта может быть потрачена только теми лицами, которые обладают соответствующими закрытыми ключами.
Хотя мы уже много лет используем как электронные, так и цифровые подписи, все еще есть много точек роста для этой сферы. Значительная часть современной бюрократии по-прежнему основана на бумажной волоките, но мы, вероятно, увидим более широкое внедрение схем цифровой подписи по мере перехода на более цифровую систему.
