Uma assinatura digital é um mecanismo criptográfico usado para verificar a autenticidade e integridade dos dados digitais. Podemos considerá-la uma versão digital das assinaturas manuscritas comuns, mas com níveis mais elevados de complexidade e segurança.
Em termos simples, podemos descrever uma assinatura digital como um código anexado a uma mensagem ou documento. Depois de gerado, o código funciona como prova de que a mensagem não foi adulterada ao longo do caminho do remetente ao destinatário.
Embora o conceito de segurança das comunicações utilizando criptografia remonte a tempos antigos, os esquemas de assinatura digital tornaram-se uma realidade possível na década de 1970 - graças ao desenvolvimento da Criptografia de Chave Pública (PKC). Portanto, para aprender como funcionam as assinaturas digitais, precisamos primeiro entender os fundamentos das funções hash e da criptografia de chave pública.
Funções hash
Hashing é um dos elementos principais de um sistema de assinatura digital. O processo de hashing envolve a transformação de dados de qualquer tamanho em uma saída de tamanho fixo. Isso é feito por um tipo especial de algoritmo conhecido como funções hash. A saída gerada por uma função hash é conhecida como valor hash ou resumo da mensagem.
Quando combinadas com a criptografia, as chamadas funções hash criptográficas podem ser usadas para gerar um valor hash (resumo) que atua como uma impressão digital única. Isso significa que qualquer alteração nos dados de entrada (mensagem) resultaria em uma saída (valor hash) completamente diferente. E é por isso que as funções hash criptográficas são amplamente utilizadas para verificar a autenticidade de dados digitais.
Criptografia de chave pública (PKC)
A criptografia de chave pública, ou PKC, refere-se a um sistema criptográfico que utiliza um par de chaves: uma chave pública e uma chave privada. As duas chaves estão matematicamente relacionadas e podem ser usadas tanto para criptografia de dados quanto para assinaturas digitais.
Como ferramenta de criptografia, o PKC é mais seguro do que os métodos mais rudimentares de criptografia simétrica. Enquanto os sistemas mais antigos dependem da mesma chave para criptografar e descriptografar informações, o PKC permite a criptografia de dados com a chave pública e a descriptografia de dados com sua chave privada correspondente.
Fora isso, o esquema PKC também pode ser aplicado na geração de assinaturas digitais. Em essência, o processo consiste em fazer hash de uma mensagem (ou dados digitais) junto com a chave privada do signatário. A seguir, o destinatário da mensagem pode verificar se a assinatura é válida utilizando a chave pública fornecida pelo signatário.
Em algumas situações, as assinaturas digitais podem envolver criptografia, mas nem sempre é o caso. Por exemplo, o blockchain Bitcoin faz uso de PKC e assinaturas digitais, mas ao contrário de muitos tendem a acreditar, não há criptografia no processo. Tecnicamente, o Bitcoin implanta o chamado Algoritmo de Assinatura Digital de Curva Elíptica (ECDSA) para autenticar transações.
Como funcionam as assinaturas digitais
No contexto das criptomoedas, um sistema de assinatura digital geralmente consiste em três etapas básicas: hash, assinatura e verificação.
Hashing dos dados
O primeiro passo é fazer o hash da mensagem ou dos dados digitais. Isso é feito enviando os dados por meio de um algoritmo de hash para que um valor de hash seja gerado (ou seja, o resumo da mensagem). Conforme mencionado, as mensagens podem variar significativamente em tamanho, mas quando são hash, todos os seus valores de hash têm o mesmo comprimento. Esta é a propriedade mais básica de uma função hash.
No entanto, o hash dos dados não é obrigatório para produzir uma assinatura digital porque é possível usar uma chave privada para assinar uma mensagem que não foi criptografada. Mas para criptomoedas, os dados são sempre criptografados porque lidar com resumos de tamanho fixo facilita todo o processo.
Assinatura
Após o hash das informações, o remetente da mensagem precisa assiná-la. Este é o momento em que a criptografia de chave pública entra em ação. Existem vários tipos de algoritmos de assinatura digital, cada um com seu mecanismo específico. Mas, essencialmente, a mensagem hash será assinada com uma chave privada, e o destinatário da mensagem poderá então verificar sua validade usando a chave pública correspondente (fornecida pelo signatário).
Dito de outra forma, se a chave privada não for incluída no momento da geração da assinatura, o destinatário da mensagem não poderá utilizar a chave pública correspondente para verificar a sua validade. As chaves pública e privada são geradas pelo remetente da mensagem, mas apenas a chave pública é compartilhada com o destinatário.
Vale ressaltar que as assinaturas digitais estão diretamente relacionadas ao conteúdo de cada mensagem. Portanto, diferentemente das assinaturas manuscritas, que tendem a ser iguais independentemente da mensagem, cada mensagem assinada digitalmente terá uma assinatura digital diferente.
Verificando
Vejamos um exemplo para ilustrar todo o processo até a etapa final de verificação. Imagine que Alice escreve uma mensagem para Bob, faz o hash e depois combina o valor do hash com sua chave privada para gerar uma assinatura digital. A assinatura funcionará como uma impressão digital exclusiva daquela mensagem específica.
Quando Bob receber a mensagem, ele poderá verificar a validade da assinatura digital usando a chave pública fornecida por Alice. Desta forma, Bob pode ter certeza de que a assinatura foi criada por Alice porque só ela possui a chave privada que corresponde a essa chave pública (pelo menos é o que esperamos).
Portanto, é crucial que Alice mantenha sua chave privada em segredo. Se outra pessoa colocar as mãos na chave privada de Alice, ela poderá criar assinaturas digitais e fingir ser Alice. No contexto do Bitcoin, isso significa que alguém poderia usar a chave privada de Alice para mover ou gastar seus Bitcoins sem sua permissão.
Por que as assinaturas digitais são importantes?
As assinaturas digitais são frequentemente usadas para alcançar três resultados: integridade de dados, autenticação e não repúdio.
Integridade de dados. Bob pode verificar se a mensagem de Alice não foi alterada ao longo do caminho. Qualquer modificação na mensagem produziria uma assinatura completamente diferente.
Autenticidade. Contanto que a chave privada de Alice seja mantida em segredo, Bob pode usar sua chave pública para confirmar que as assinaturas digitais foram criadas por Alice e por mais ninguém.
Não repúdio. Uma vez gerada a assinatura, Alice não poderá negar que a assinou no futuro, a menos que sua chave privada seja de alguma forma comprometida.
Casos de uso
As assinaturas digitais podem ser aplicadas a vários tipos de documentos e certificados digitais. Como tal, eles têm diversas aplicações. Alguns dos casos de uso mais comuns incluem:
Tecnologia da Informação. Para aumentar a segurança dos sistemas de comunicação da Internet.
Finança. As assinaturas digitais podem ser implementadas em auditorias, relatórios de despesas, contratos de empréstimo e muito mais.
Jurídico. Assinatura digital de todos os tipos de contratos comerciais e acordos legais, incluindo documentos governamentais.
Assistência médica. As assinaturas digitais podem prevenir fraudes em receitas e registros médicos.
Blockchain. Os esquemas de assinatura digital garantem que apenas os legítimos proprietários das criptomoedas possam assinar uma transação para movimentar os fundos (desde que as suas chaves privadas não sejam comprometidas).
Limitações
Os principais desafios enfrentados pelos esquemas de assinatura digital dependem de pelo menos três requisitos:
Algoritmo. A qualidade dos algoritmos utilizados em um esquema de assinatura digital é importante. Isso inclui a escolha de funções hash confiáveis e sistemas criptográficos.
Implementação. Se os algoritmos forem bons, mas a implementação não, o sistema de assinatura digital provavelmente apresentará falhas.
Chave privada. Se as chaves privadas vazarem ou forem de alguma forma comprometidas, as propriedades de autenticidade e não repúdio serão invalidadas. Para usuários de criptomoedas, a perda de uma chave privada pode resultar em perdas financeiras significativas.
Assinaturas eletrônicas vs. assinaturas digitais
Simplificando, as assinaturas digitais referem-se a um tipo específico de assinatura eletrônica – que se refere a qualquer método eletrônico de assinatura de documentos e mensagens. Assim, todas as assinaturas digitais são assinaturas electrónicas, mas o oposto nem sempre é verdadeiro.
A principal diferença entre eles é o método de autenticação. As assinaturas digitais implantam sistemas criptográficos, como funções hash, criptografia de chave pública e técnicas de criptografia.
Pensamentos finais
As funções hash e a criptografia de chave pública estão no centro dos sistemas de assinatura digital, que agora são aplicados a uma ampla gama de casos de uso. Se implementadas adequadamente, as assinaturas digitais podem aumentar a segurança, garantir a integridade e facilitar a autenticação de todos os tipos de dados digitais.
No domínio blockchain, assinaturas digitais são usadas para assinar e autorizar transações de criptomoeda. Eles são particularmente importantes para o Bitcoin porque as assinaturas garantem que as moedas só possam ser gastas pelos indivíduos que possuem as chaves privadas correspondentes.
Embora já utilizemos assinaturas eletrônicas e digitais há anos, ainda há muito espaço para crescimento. Uma grande parte da burocracia atual ainda se baseia em papelada, mas provavelmente veremos uma maior adoção de esquemas de assinatura digital à medida que migrarmos para um sistema mais digitalizado.
