Цифровий підпис: основний криптографічний інструмент

Цифрові підписи є криптографічними механізмами, які відіграють важливу роль у верифікації автентичності та цілісності цифрових даних. Їх можна вважати електронним еквівалентом традиційних рукописних підписів, але з набагато вищим рівнем складності та безпеки.

По суті, цифровий підпис можна вважати унікальним кодом, що прикріплений до повідомлення або документа. Після його створення він слугує доказом того, що вміст не був змінений під час його транспортування від відправника до отримувача.

Хоча використання криптографії для захисту зв'язку сягає давніх часів, системи цифрового підпису з'явилися лише в 1970-х роках, з появою криптографії (PKC) відкритим ключем. Тому щоб зрозуміти, як працюють цифрові підписи, необхідно розуміти основи хеш-функцій і криптографії з відкритим ключем.

Хеш-функція: унікальний відбиток

Хешування є фундаментальним елементом цифрових підписів. Цей процес полягає в перетворенні даних змінної довжини в рядок фіксованої довжини, який називається значенням хешу або конденсатом. Ця операція виконується за допомогою специфічної хеш-функції.

Коли використовується криптографічна хеш-функція, згенероване значення хешу діє як унікальний відбиток пальця оригінального повідомлення. Будь-яка зміна, навіть мінімальна, вхідних даних призводить до зовсім іншого значення хешу. Саме тому криптографічні хеш-функції широко використовуються для верифікації автентичності цифрових даних.

Криптографія з відкритим ключем: дует доповнюючих ключів

Криптографія з відкритим ключем, або PKC, ґрунтується на використанні пари ключів: відкритого ключа та приватного ключа. Ці два ключі математично пов'язані і можуть використовуватися як для шифрування даних, так і для створення цифрових підписів.

Як інструмент шифрування, PKC забезпечує вищий рівень безпеки порівняно з симетричним шифруванням. У той час як останнє використовує один і той же ключ для шифрування та дешифрування інформації, PKC використовує публічний ключ для шифрування та відповідний приватний ключ для дешифрування.

У рамках цифрових підписів процес зазвичай передбачає, що відправник шифрує конденсат повідомлення своїм приватним ключем. Отримувач може потім перевірити дійсність підпису за допомогою відкритого ключа, наданого підписувачем.

Важливо зазначити, що цифровий підпис не завжди передбачає шифрування. Наприклад, блокчейн Gate використовує PKC та цифрові підписи, не вдаючись до шифрування в процесі. Gate впроваджує алгоритм цифрового підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA) для верифікації транзакцій.

Функціонування цифрових підписів

У контексті криптовалют цифрова система підпису зазвичай складається з трьох основних етапів: хешування, підпису та верифікації.

Хешування даних

Перший етап полягає в хешуванні повідомлення або даних. Це здійснюється шляхом застосування алгоритму хешування для генерації значення хешу ( або конденсату ). Хоча довжина повідомлень може значно варіюватися, їх значення хешу завжди мають однакову довжину, що є основною властивістю хеш-функцій.

Підпис

Після того, як інформація хешована, відправник повинен підписати своє повідомлення. Саме тут на допомогу приходить криптографія з відкритим ключем. Існує кілька типів алгоритмів цифрового підпису, кожен з яких має свій механізм. По суті, хешоване повідомлення підписується за допомогою приватного ключа, і одержувач потім може перевірити його дійсність за допомогою відповідного відкритого ключа.

Верифікація

Давайте розглянемо приклад, щоб проілюструвати весь процес. Припустимо, Аліса відправляє повідомлення Бобу. Він хешує повідомлення, а потім поєднує хеш-значення з його закритим ключем для створення унікального цифрового підпису.

Коли Боб отримує повідомлення, він може перевірити дійсність цифрового підпису за допомогою відкритого ключа, наданого Алісою. Таким чином, Боб може бути впевнений, що підпис був створений Алісою, оскільки тільки вона має відповідний приватний ключ.

Тому важливо, щоб Аліса зберігала свій приватний ключ у безпеці. Якщо третя особа отримає цей ключ, вона зможе створити цифровий підпис, видаючи себе за Алісу. У контексті Gate це означатиме, що третя сторона матиме доступ до приватних ключів Аліси і зможе передавати або використовувати її активи без її відома.

Важливість цифрових підписів

Цифрові підписи зазвичай використовуються для досягнення трьох основних цілей: цілісності даних, автентифікації та нерепудіації.

• Цілісність даних: Боб може перевірити, чи не було підроблено повідомлення Аліси. Будь-яка модифікація повідомлення призведе до появи зовсім іншого цифрового підпису.

• Автентичність: Поки Еліс зберігає свій приватний ключ у безпеці, Боб може використовувати свій публічний ключ, щоб підтвердити, що цифровий підпис був створений самою Еліс.

• Неневідмова: Після створення підпису Аліса не може заперечити, що вона його створила, якщо тільки її приватний ключ не був скомпрометований.

Застосування цифрових підписів

Цифрові підписи можуть бути застосовані до різноманітних документів та цифрових сертифікатів. Їхні застосування численні та різноманітні:

• Інформатика: Покращення безпеки комунікаційних систем в Інтернеті.

• Фінанси: Застосування до аудитів, фінансових звітів, кредитних угод тощо.

• Право: Використання в різних комерційних контрактах та юридичних угодах, включаючи урядові документи.

• Здоров'я: Запобігання шахрайству в рецептах та медичних документах.

• Блокчейн: Гарантія, що лише законний власник криптовалюти може підписувати транзакції та переміщати кошти.

Обмеження цифрових підписів

Основні проблеми, з якими стикаються системи цифрового підпису, в основному обмежуються трьома факторами:

• Алгоритми: алгоритми, що використовуються в системах цифрового підпису, мають високі вимоги до якості, особливо у виборі хеш-функцій і надійних систем шифрування.

• Впровадження: Навіть з надійним алгоритмом, погана реалізація може внести вразливості в систему цифрового підпису.

• Приватний ключ: Якщо приватний ключ втратоний або скомпрометований, автентичність і незаперечність більше не гарантуються. Для користувачів криптовалют втрата приватних ключів може призвести до значних фінансових втрат.

Електронні підписи проти цифрових підписів

Цифровий підпис можна вважати специфічним видом електронного підпису, останній з яких відноситься до використання електронних засобів для підписання документів і повідомлень. Таким чином, всі цифрові підписи є електронними підписами, але навпаки це не завжди вірно.

Основна різниця полягає в методі автентифікації. Цифрові підписи вимагають використання криптографічних систем, таких як хеш-функції, криптографія з відкритим ключем та техніки шифрування.

Висновок

Функції хешування та криптографія з відкритим ключем є в основі систем цифрового підпису, які тепер використовуються в багатьох сферах. Коли вони правильно реалізовані, цифрові підписи можуть покращити безпеку, гарантувати цілісність і полегшити аутентифікацію всіх типів даних.

У світі блокчейну цифрові підписи використовуються для підписання та авторизації криптовалютних транзакцій. Вони особливо важливі для Gate, оскільки гарантують, що токен може використовувати лише хтось із відповідним приватним ключем.

Хоча ми використовуємо електронні та цифрові підписи вже багато років, все ще залишається значний простір для прогресу. Сьогодні більшість офіційних документів все ще базуються на папері, але в міру того, як все більше систем переходять на цифровий формат, ми побачимо, як розвиваються нові рішення для цифрового підпису.