Une signature numérique est un mécanisme cryptographique utilisé pour vérifier l'authenticité et l'intégrité des données numériques. Nous pouvons la considérer comme une version numérique des signatures manuscrites ordinaires, mais avec des niveaux de complexité et de sécurité plus élevés.
En termes simples, nous pouvons décrire une signature numérique comme un code attaché à un message ou à un document. Une fois généré, le code sert de preuve que le message n’a pas été falsifié tout au long de son parcours de l’expéditeur au destinataire.
Bien que le concept de sécurisation des communications à l'aide de la cryptographie remonte à l'Antiquité, les systèmes de signature numérique sont devenus une réalité possible dans les années 1970, grâce au développement de la cryptographie à clé publique (PKC). Ainsi, pour savoir comment fonctionnent les signatures numériques, nous devons d’abord comprendre les bases des fonctions de hachage et de la cryptographie à clé publique.
Fonctions de hachage
Le hachage est l'un des éléments essentiels d'un système de signature numérique. Le processus de hachage consiste à transformer des données de n'importe quelle taille en une sortie de taille fixe. Cela est réalisé par un type spécial d'algorithmes appelés fonctions de hachage. La sortie générée par une fonction de hachage est appelée valeur de hachage ou résumé de message.
Lorsqu'elles sont combinées à la cryptographie, les fonctions de hachage cryptographique peuvent être utilisées pour générer une valeur de hachage (digest) qui agit comme une empreinte numérique unique. Cela signifie que toute modification des données d'entrée (message) entraînerait une sortie complètement différente (valeur de hachage). C’est la raison pour laquelle les fonctions de hachage cryptographique sont largement utilisées pour vérifier l’authenticité des données numériques.
Cryptographie à clé publique (PKC)
La cryptographie à clé publique, ou PKC, fait référence à un système cryptographique qui utilise une paire de clés : une clé publique et une clé privée. Les deux clés sont mathématiquement liées et peuvent être utilisées à la fois pour le cryptage des données et pour les signatures numériques.
En tant qu’outil de chiffrement, PKC est plus sécurisé que les méthodes plus rudimentaires de chiffrement symétrique. Alors que les systèmes plus anciens s'appuient sur la même clé pour chiffrer et déchiffrer les informations, PKC permet le chiffrement des données avec la clé publique et le déchiffrement des données avec la clé privée correspondante.
En dehors de cela, le système PKC peut également être appliqué à la génération de signatures numériques. Essentiellement, le processus consiste à hacher un message (ou des données numériques) ainsi que la clé privée du signataire. Ensuite, le destinataire du message peut vérifier si la signature est valide en utilisant la clé publique fournie par le signataire.
Dans certaines situations, les signatures numériques peuvent impliquer un cryptage, mais ce n’est pas toujours le cas. Par exemple, la blockchain Bitcoin utilise le PKC et les signatures numériques, mais contrairement à ce que beaucoup ont tendance à croire, il n’y a pas de cryptage dans le processus. Techniquement, Bitcoin déploie ce que l'on appelle l'algorithme de signature numérique à courbe elliptique (ECDSA) pour authentifier les transactions.
Comment fonctionnent les signatures numériques
Dans le contexte des crypto-monnaies, un système de signature numérique comprend souvent trois étapes de base : le hachage, la signature et la vérification.
Hachage des données
La première étape consiste à hacher le message ou les données numériques. Cela se fait en soumettant les données via un algorithme de hachage afin qu'une valeur de hachage soit générée (c'est-à-dire le résumé du message). Comme mentionné, la taille des messages peut varier considérablement, mais lorsqu'ils sont hachés, toutes leurs valeurs de hachage ont la même longueur. Il s'agit de la propriété la plus fondamentale d'une fonction de hachage.
Cependant, le hachage des données n’est pas indispensable pour produire une signature numérique, car on peut utiliser une clé privée pour signer un message qui n’a pas du tout été haché. Mais pour les crypto-monnaies, les données sont toujours hachées, car le traitement de résumés de longueur fixe facilite l'ensemble du processus.
Signature
Une fois les informations hachées, l’expéditeur du message doit les signer. C’est le moment où la cryptographie à clé publique entre en jeu. Il existe plusieurs types d’algorithmes de signature numérique, chacun avec son mécanisme particulier. Mais essentiellement, le message haché sera signé avec une clé privée, et le destinataire du message pourra alors vérifier sa validité en utilisant la clé publique correspondante (fournie par le signataire).
Autrement dit, si la clé privée n’est pas incluse lors de la génération de la signature, le destinataire du message ne pourra pas utiliser la clé publique correspondante pour vérifier sa validité. Les clés publiques et privées sont générées par l'expéditeur du message, mais seule la clé publique est partagée avec le destinataire.
Il convient de noter que les signatures numériques sont directement liées au contenu de chaque message. Ainsi, contrairement aux signatures manuscrites, qui ont tendance à être les mêmes quel que soit le message, chaque message signé numériquement aura une signature numérique différente.
Vérification
Prenons un exemple pour illustrer l’ensemble du processus jusqu’à l’étape finale de vérification. Imaginez qu'Alice écrit un message à Bob, le hache, puis combine la valeur de hachage avec sa clé privée pour générer une signature numérique. La signature fonctionnera comme une empreinte numérique unique de ce message particulier.
Lorsque Bob reçoit le message, il peut vérifier la validité de la signature numérique en utilisant la clé publique fournie par Alice. De cette façon, Bob peut être sûr que la signature a été créée par Alice car elle seule possède la clé privée qui correspond à cette clé publique (du moins c'est ce à quoi nous nous attendons).
Il est donc crucial pour Alice de garder sa clé privée secrète. Si une autre personne met la main sur la clé privée d’Alice, elle peut créer des signatures numériques et se faire passer pour Alice. Dans le contexte du Bitcoin, cela signifie que quelqu’un pourrait utiliser la clé privée d’Alice pour déplacer ou dépenser ses Bitcoins sans sa permission.
Pourquoi les signatures numériques sont-elles importantes ?
Les signatures numériques sont souvent utilisées pour obtenir trois résultats : l'intégrité des données, l'authentification et la non-répudiation.
Intégrité des données. Bob peut vérifier que le message d’Alice n’a pas été modifié en cours de route. Toute modification du message produirait une signature complètement différente.
Authenticité. Tant que la clé privée d'Alice reste secrète, Bob peut utiliser sa clé publique pour confirmer que les signatures numériques ont été créées par Alice et par personne d'autre.
Non-répudiation. Une fois la signature générée, Alice ne pourra plus nier l’avoir signée à l’avenir, à moins que sa clé privée ne soit compromise d’une manière ou d’une autre.
Cas d'utilisation
Les signatures numériques peuvent être appliquées à différents types de documents et de certificats numériques. A ce titre, ils ont plusieurs applications. Certains des cas d'utilisation les plus courants incluent :
Informatique. Renforcer la sécurité des systèmes de communication Internet.
Finance. Les signatures numériques peuvent être mises en œuvre pour les audits, les notes de frais, les accords de prêt et bien plus encore.
Légal. Signature numérique de toutes sortes de contrats commerciaux et d'accords juridiques, y compris des documents gouvernementaux.
Soins de santé. Les signatures numériques peuvent empêcher la fraude des ordonnances et des dossiers médicaux.
Chaîne de blocs. Les systèmes de signature numérique garantissent que seuls les propriétaires légitimes des crypto-monnaies peuvent signer une transaction pour déplacer les fonds (à condition que leurs clés privées ne soient pas compromises).
Limites
Les défis majeurs auxquels sont confrontés les systèmes de signature numérique reposent sur au moins trois exigences :
Algorithme. La qualité des algorithmes utilisés dans un système de signature numérique est importante. Cela inclut le choix de fonctions de hachage et de systèmes cryptographiques fiables.
Mise en œuvre. Si les algorithmes sont bons, mais que leur mise en œuvre ne l’est pas, le système de signature numérique présentera probablement des défauts.
Clé privée. Si les clés privées sont divulguées ou compromises d’une manière ou d’une autre, les propriétés d’authenticité et de non-répudiation seront invalidées. Pour les utilisateurs de cryptomonnaie, la perte d’une clé privée peut entraîner des pertes financières importantes.
Signatures électroniques vs signatures numériques
En termes simples, les signatures numériques concernent un type particulier de signatures électroniques, qui font référence à toute méthode électronique de signature de documents et de messages. Ainsi, toutes les signatures numériques sont des signatures électroniques, mais l’inverse n’est pas toujours vrai.
La principale différence entre eux réside dans la méthode d’authentification. Les signatures numériques déploient des systèmes cryptographiques, tels que des fonctions de hachage, une cryptographie à clé publique et des techniques de chiffrement.
Pensées finales
Les fonctions de hachage et la cryptographie à clé publique sont au cœur des systèmes de signature numérique, désormais appliqués à un large éventail de cas d'utilisation. Si elles sont correctement mises en œuvre, les signatures numériques peuvent accroître la sécurité, garantir l’intégrité et faciliter l’authentification de toutes sortes de données numériques.
Dans le domaine de la blockchain, les signatures numériques sont utilisées pour signer et autoriser les transactions en cryptomonnaies. Ils sont particulièrement importants pour Bitcoin car les signatures garantissent que les pièces ne peuvent être dépensées que par les personnes possédant les clés privées correspondantes.
Même si nous utilisons à la fois les signatures électroniques et numériques depuis des années, il reste encore beaucoup de marge de croissance. Une grande partie de la bureaucratie actuelle repose encore sur la paperasse, mais nous assisterons probablement à une plus grande adoption de systèmes de signature numérique à mesure que nous migrerons vers un système plus numérisé.
