Ciparparaksts ir kriptogrāfijas mehānisms, ko izmanto, lai pārbaudītu digitālo datu autentiskumu un integritāti. Mēs to varam uzskatīt par parastu ar roku rakstītu parakstu digitālo versiju, taču ar augstāku sarežģītības un drošības līmeni.
Vienkārši izsakoties, mēs varam aprakstīt ciparparakstu kā kodu, kas tiek pievienots ziņojumam vai dokumentam. Pēc ģenerēšanas kods darbojas kā pierādījums tam, ka ziņojumā nav veiktas izmaiņas ceļā no sūtītāja līdz saņēmējam.
Lai gan koncepcija par sakaru nodrošināšanu, izmantojot kriptogrāfiju, aizsākās jau senos laikos, digitālā paraksta shēmas kļuva par iespējamu realitāti 1970. gados, pateicoties publiskās atslēgas kriptogrāfijas (PKC) attīstībai. Tātad, lai uzzinātu, kā darbojas digitālie paraksti, mums vispirms ir jāsaprot jaukšanas funkciju un publiskās atslēgas kriptogrāfijas pamati.
Jaucējfunkcijas
Jaukšana ir viens no digitālā paraksta sistēmas pamatelementiem. Jaukšanas process ietver jebkura lieluma datu pārveidošanu fiksēta izmēra izvadē. To veic ar īpaša veida algoritmiem, kas pazīstami kā jaucējfunkcijas. Jaucējfunkcijas ģenerētā izvade ir pazīstama kā jaucējvērtība vai ziņojuma īssavilkums.
Apvienojot ar kriptogrāfiju, tā sauktās kriptogrāfiskās jaucējfunkcijas var izmantot, lai ģenerētu jaucējvērtību (saīsinājumu), kas darbojas kā unikāls digitālais pirkstu nospiedums. Tas nozīmē, ka jebkuras izmaiņas ievaddatos (ziņojumā) radītu pilnīgi atšķirīgu izvadi (jaucējvērtību). Un tas ir iemesls, kāpēc kriptogrāfiskās jaucējfunkcijas tiek plaši izmantotas, lai pārbaudītu digitālo datu autentiskumu.
Publiskās atslēgas kriptogrāfija (PKC)
Publiskās atslēgas kriptogrāfija jeb PKC attiecas uz kriptogrāfijas sistēmu, kas izmanto atslēgu pāri: vienu publisko atslēgu un vienu privāto atslēgu. Abas atslēgas ir matemātiski saistītas, un tās var izmantot gan datu šifrēšanai, gan ciparparakstiem.
Kā šifrēšanas rīks PKC ir drošāks nekā elementārākas simetriskās šifrēšanas metodes. Lai gan vecākas sistēmas informācijas šifrēšanai un atšifrēšanai izmanto vienu un to pašu atslēgu, PKC ļauj šifrēt datus ar publisko atslēgu un datu atšifrēšanu ar tai atbilstošo privāto atslēgu.
Izņemot to, PKC shēmu var izmantot arī digitālo parakstu ģenerēšanai. Būtībā process sastāv no ziņojuma (vai digitālo datu) jaukšanas kopā ar parakstītāja privāto atslēgu. Tālāk ziņojuma saņēmējs var pārbaudīt, vai paraksts ir derīgs, izmantojot parakstītāja nodrošināto publisko atslēgu.
Dažās situācijās digitālie paraksti var ietvert šifrēšanu, taču tas ne vienmēr notiek. Piemēram, Bitcoin blokķēde izmanto PKC un ciparparakstus, taču atšķirībā no daudziem sliecas uzskatīt, ka procesā nav šifrēšanas. Tehniski Bitcoin izmanto tā saukto eliptiskās līknes digitālā paraksta algoritmu (ECDSA), lai autentificētu darījumus.
Kā darbojas digitālie paraksti
Kriptovalūtu kontekstā digitālā paraksta sistēma bieži sastāv no trim pamata soļiem: jaukšanas, parakstīšanas un pārbaudes.
Datu jaukšana
Pirmais solis ir jaukt ziņojumu vai digitālos datus. Tas tiek darīts, iesniedzot datus, izmantojot jaukšanas algoritmu, lai tiktu ģenerēta jaukšanas vērtība (t.i., ziņojuma īssavilkums). Kā minēts, ziņojumi var ievērojami atšķirties pēc lieluma, taču, ja tie ir sajaukti, visām to jaucējvērtībām ir vienāds garums. Šī ir visvienkāršākā jaucējfunkcijas īpašība.
Tomēr datu jaukšana nav obligāta, lai izveidotu ciparparakstu, jo var izmantot privāto atslēgu, lai parakstītu ziņojumu, kas vispār nav jaukts. Taču kriptovalūtām dati vienmēr tiek jaukti, jo fiksēta garuma īssavilkumu apstrāde atvieglo visu procesu.
Parakstīšana
Pēc informācijas jaukšanas ziņojuma sūtītājam tā jāparaksta. Šis ir brīdis, kad tiek izmantota publiskās atslēgas kriptogrāfija. Ir vairāki digitālā paraksta algoritmu veidi, un katram ir savs īpašs mehānisms. Taču būtībā jauktais ziņojums tiks parakstīts ar privāto atslēgu, un ziņojuma saņēmējs pēc tam var pārbaudīt tā derīgumu, izmantojot atbilstošo publisko atslēgu (nodrošina parakstītājs).
Citiem vārdiem sakot, ja privātā atslēga nav iekļauta paraksta ģenerēšanas laikā, ziņojuma saņēmējs nevarēs izmantot atbilstošo publisko atslēgu, lai pārbaudītu tās derīgumu. Gan publiskās, gan privātās atslēgas ģenerē ziņojuma sūtītājs, bet tikai publiskā atslēga tiek koplietota ar saņēmēju.
Ir vērts atzīmēt, ka ciparparaksti ir tieši saistīti ar katra ziņojuma saturu. Tāpēc atšķirībā no ar roku rakstītiem parakstiem, kas parasti ir vienādi neatkarīgi no ziņojuma, katram digitāli parakstītam ziņojumam būs atšķirīgs ciparparaksts.
Pārbauda
Ņemsim piemēru, lai ilustrētu visu procesu līdz pēdējam verifikācijas posmam. Iedomājieties, ka Alise raksta ziņojumu Bobam, sajauc to un pēc tam apvieno jaucējvērtību ar savu privāto atslēgu, lai ģenerētu ciparparakstu. Paraksts darbosies kā unikāls konkrētā ziņojuma digitālais pirkstu nospiedums.
Kad Bobs saņem ziņojumu, viņš var pārbaudīt ciparparaksta derīgumu, izmantojot Alises nodrošināto publisko atslēgu. Tādā veidā Bobs var būt pārliecināts, ka parakstu ir izveidojusi Alise, jo tikai viņai ir privātā atslēga, kas atbilst šai publiskajai atslēgai (vismaz tas ir tas, ko mēs sagaidām).
Tāpēc Alisei ir ļoti svarīgi glabāt savu privāto atslēgu noslēpumā. Ja kāda cita persona saņem Alises privāto atslēgu, tā var izveidot ciparparakstus un izlikties par Alisi. Bitcoin kontekstā tas nozīmē, ka kāds varētu izmantot Alises privāto atslēgu, lai pārvietotu vai tērētu savus Bitcoinus bez viņas atļaujas.
Kāpēc digitālie paraksti ir svarīgi?
Ciparparakstus bieži izmanto, lai sasniegtu trīs rezultātus: datu integritāti, autentifikāciju un nenoliegšanu.
Datu ticamība. Bobs var pārbaudīt, vai Alises ziņojums nav mainīts. Jebkuras izmaiņas ziņojumā radītu pavisam citu parakstu.
Autentiskums. Kamēr Alises privātā atslēga tiek glabāta noslēpumā, Bobs var izmantot viņas publisko atslēgu, lai apstiprinātu, ka ciparparakstus ir izveidojusi Alise un neviens cits.
Neatteikšanās. Kad paraksts ir ģenerēts, Alise nevarēs noliegt, ka ir parakstījusi to nākotnē, ja vien viņas privātā atslēga netiks kaut kā apdraudēta.
Lietošanas gadījumi
Ciparparakstus var lietot dažāda veida digitālajiem dokumentiem un sertifikātiem. Tādējādi tiem ir vairākas lietojumprogrammas. Daži no visizplatītākajiem lietošanas gadījumiem ir šādi:
Informāciju tehnoloģijas. Paaugstināt interneta sakaru sistēmu drošību.
Finanses. Ciparparakstus var ieviest revīzijās, izdevumu atskaitēs, aizdevuma līgumos un daudz ko citu.
Juridisks. Visu veidu biznesa līgumu un juridisku līgumu, tostarp valsts dokumentu, digitāla parakstīšana.
Veselības aprūpe. Digitālie paraksti var novērst krāpšanu ar receptēm un medicīniskajiem dokumentiem.
Blockchain. Digitālā paraksta shēmas nodrošina, ka tikai likumīgie kriptovalūtu īpašnieki var parakstīt darījumu, lai pārvietotu līdzekļus (ja vien viņu privātās atslēgas nav apdraudētas).
Ierobežojumi
Galvenās problēmas, ar kurām saskaras digitālā paraksta shēmas, ir atkarīgas no vismaz trim prasībām:
Algoritms. Svarīga ir digitālā paraksta shēmā izmantoto algoritmu kvalitāte. Tas ietver uzticamu jaucējfunkciju un kriptogrāfijas sistēmu izvēli.
Īstenošana. Ja algoritmi ir labi, bet ieviešana nav, digitālā paraksta sistēma, iespējams, radīs nepilnības.
Privātā atslēga. Ja privātās atslēgas tiek nopludinātas vai kādā veidā apdraudētas, autentiskuma un nenoliegšanas īpašības tiks anulētas. Kriptovalūtas lietotājiem privātās atslēgas pazaudēšana var radīt ievērojamus finansiālus zaudējumus.
Elektroniskie paraksti vs. ciparparaksti
Vienkārši sakot, ciparparaksti attiecas uz vienu konkrētu elektronisko parakstu veidu, kas attiecas uz jebkuru dokumentu un ziņojumu elektronisko parakstīšanas metodi. Tādējādi visi ciparparaksti ir elektroniskie paraksti, taču ne vienmēr ir taisnība.
Galvenā atšķirība starp tām ir autentifikācijas metode. Digitālie paraksti izvieto kriptogrāfijas sistēmas, piemēram, jaucējfunkcijas, publiskās atslēgas kriptogrāfiju un šifrēšanas metodes.
Noslēguma domas
Jaucējfunkcijas un publiskās atslēgas kriptogrāfija ir digitālā paraksta sistēmu pamatā, kuras tagad tiek izmantotas daudzos lietošanas gadījumos. Ja ciparparaksti tiek pareizi ieviesti, tie var palielināt drošību, nodrošināt integritāti un atvieglot visu veidu digitālo datu autentifikāciju.
Blokķēdes jomā digitālie paraksti tiek izmantoti, lai parakstītu un autorizētu kriptovalūtas darījumus. Tie ir īpaši svarīgi Bitcoin, jo paraksti nodrošina, ka monētas var tērēt tikai tās personas, kurām ir atbilstošās privātās atslēgas.
Lai gan jau gadiem ilgi izmantojam gan elektroniskos, gan digitālos parakstus, joprojām ir daudz iespēju izaugsmei. Liela daļa mūsdienu birokrātijas joprojām ir balstīta uz dokumentu kārtošanu, taču, pārejot uz digitalizētāku sistēmu, mēs, visticamāk, redzēsim lielāku digitālā paraksta shēmu pieņemšanu.
