امضای دیجیتال (Digital Signature) یک طرح ریاضی است که برای تایید صحت و اصالت پیام‌ها و اسناد دیجیتال استفاده می‌شود. می‌توان آن را به عنوان نسخه دیجیتال امضا دستی یا مهر تایید در نظر گرفت. امضا های دیجیتال از رمزنگاری نامتقارن استفاده می‌کنند که به آن رمزنگاری کلید عمومی نیز گفته می‌شود. پیشنهاد میکنیم مقاله کلید عمومی چیست را مطالعه بفرمایید.
امضای دیجیتال چیست؟
امضا های دیجیتال از رمزنگاری کلید نامتقارن استفاده می‌کنند. رمزنگاری کلید نامتقارن که به آن رمزنگاری کلید عمومی نیز گفته می‌شود، از کلیدهای عمومی و خصوصی برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کند.
- کلید عمومی می‌تواند با هر کسی به اشتراک گذاشته شود.
- کلید خصوصی، کلید مخفی است که باید محرمانه نگه داشته شود.
به طور خلاصه، می‌توان گفت که امضای دیجیتال یک کد است که به پیامی که از طریق شبکه ارسال می‌شود، متصل می‌شود. این کد به عنوان مدرکی عمل می‌کند که نشان می‌دهد پیام در طول مسیر خود از فرستنده به گیرنده دستکاری نشده است.
امضای دیجیتال برای حل مشکل دستکاری و جعل طراحی شده است و به گیرنده این امکان را می‌دهد که باور کند:
- پیام از طرف فرستنده ادعا شده ارسال شده است، یعنی اصالت.
- فرستنده نمی‌تواند ارسال پیام را انکار کند، یعنی عدم انکار.
- پیام در طول انتقال تغییر نکرده است، یعنی یکپارچگی.
چرا امضای دیجیتال مهم هستند؟
امضاءهای دیجیتال برای دستیابی به سه نتیجه مهم هستند: یکپارچگی داده‌ها، اصالت، و عدم انکار.
یکپارچگی داده‌ها
با استفاده از تابع هش در الگوریتم‌های امضا و تایید، حفظ می‌شود. هر گونه تغییر در پیام، امضای کاملاً متفاوتی تولید می‌کند. به این ترتیب، باب می‌تواند تایید کند که پیام ارسال شده توسط آلیس در طول مسیر خود دستکاری نشده است.
اصالت
پیام با استفاده از کلید عمومی فرستنده تایید می‌شود. زمانی که آلیس پیامی را به باب ارسال می‌کند، باب از کلید عمومی آلیس برای تایید استفاده می‌کند و کلید عمومی آلیس نمی‌تواند امضای مشابهی با کلید خصوصی کِو تولید کند.
عدم انکار پیام
پس از تولید امضا، آلیس نمی‌تواند در آینده امضای خود را انکار کند، مگر اینکه کلید خصوصی آلیس فاش شده باشد.
فرض کنید آلیس یک امضا از پیام ایجاد می‌کند و پیامی به باب ارسال کرده و امضا را به مرکز معتبر ارسال می‌کند.
- مرکز، کلید عمومی آلیس را تایید کرده و پیام‌هایی که از آلیس می‌آیند را بررسی می‌کند.
- مرکز یک نسخه از پیام را همراه با هویت فرستنده، هویت گیرنده و زمان‌سنج ذخیره می‌کند.
- مرکز از یک کلید خصوصی برای ایجاد یک امضای جدید استفاده می‌کند.
- مرکز پیامی، امضای جدید، هویت آلیس و هویت باب را به باب ارسال می‌کند.
- باب پیام را با استفاده از کلید عمومی مرکز معتبر تایید می‌کند.
در آینده، اگر آلیس انکار کند که پیامی از طرف او ارسال نشده است، مرکز می‌تواند یک نسخه از پیام ذخیره شده را نشان دهد.
امضای متداول در مقابل امضای دیجیتال
یک سند برای نشان دادن این که توسط کاربر تایید یا ایجاد شده است، امضاء می‌شود. امضاء به گیرنده اثبات می‌کند که این سند از منبع درست ارسال شده است. امضا بر روی سند به سادگی به این معنی است که سند معتبر است.
زمانی که آلیس پیامی به باب ارسال می‌کند، باب باید اصالت پیام را بررسی کرده و تایید کند که از آلیس است و نه از کِو. بنابراین، باب می‌تواند از آلیس بخواهد که پیام را به صورت الکترونیکی امضاء کند. امضاء الکترونیکی که هویت آلیس را اثبات می‌کند، امضای دیجیتال نامیده می‌شود. امضای دیجیتال به یک سیستم کلید عمومی نیاز دارد. فرستنده از یک کلید خصوصی برای امضاء سند استفاده می‌کند و تاییدکننده از کلید عمومی برای تایید سند استفاده می‌کند.
چطور امضاءهای دیجیتال کار می‌کنند؟
بیایید نگاهی به مراحل مختلفی که در عملکرد امضاءهای دیجیتال دخیل هستند بیندازیم:
امضا کردن پیام با کلید خصوصی
امضا دیجیتال با استفاده از نرم‌افزار امضاء که یک تابع هش یک‌طرفه از داده‌هایی که باید امضاء شوند ایجاد می‌کند، ساخته می‌شود. کلید خصوصی فرستنده برای رمزگذاری مقدار هش تولید شده استفاده می‌شود. مقدار هش رمزگذاری شده همراه با الگوریتم هش، امضای دیجیتال را تشکیل می‌دهند. سپس فرستنده پیام را همراه با مقدار هش رمزگذاری شده به گیرنده ارسال می‌کند. گیرنده تنها می‌تواند مقدار هش را با استفاده از کلید عمومی فرستنده رمزگشایی کند.
تایید پیام با کلید عمومی:
در طرف گیرنده، دو مرحله وجود دارد؛ تولید هش پیام و رمزگشایی امضا. با استفاده از کلید عمومی فرستنده، می‌توان امضاء را رمزگشایی کرد. اگر هش رمزگشایی شده با مقدار هش محاسبه شده دوم مطابقت داشته باشد، این نشان می‌دهد که پیام از زمان امضا تغییر نکرده است. اگر دو مقدار هش مطابقت نداشته باشند، این بدان معنی است که پیام در طول مسیر دستکاری شده است.
بیایید مفهوم بالا را با استفاده از یک مثال درک کنیم:
- آلیس تصمیم می‌گیرد پیامی به باب ارسال کند.
- آلیس مقدار هش سند را ایجاد می‌کند.
- آلیس از کلید خصوصی خود برای رمزگذاری مقدار هش استفاده می‌کند.
- آلیس سند را همراه با مقدار هش رمزگذاری شده به باب ارسال می‌کند.
- زمانی که باب پیام را دریافت می‌کند، از کلید عمومی آلیس برای رمزگشایی مقدار هش دریافتی استفاده می‌کند.
- باب همچنین مقدار هش پیام دریافتی را تولید می‌کند.
- باب دو مقدار هش را با هم تطبیق می‌دهد و اگر مقادیر مطابقت داشته باشند، باب مطمئن می‌شود که پیام دستکاری نشده است. اگر مقادیر مطابقت نداشته باشند، تایید می‌شود که پیام دستکاری شده است.
کاربردهای امضای دیجیتال
امضاءهای دیجیتال می‌توانند در زمینه‌های مختلفی مانند امور مالی، بهداشت و درمان و غیره استفاده شوند. در زیر برخی از کاربردهای امضای دیجیتال آورده شده است:
بهداشت و درمان
امضاءهای دیجیتال در بهداشت و درمان برای بهبود کارایی فرآیندهای اداری و درمانی و تقویت امنیت داده‌ها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، برای تجویز داروها و پذیرش به بیمارستان‌ها. آنها می‌توانند برای جلوگیری از نسخه‌های تقلبی و سوابق پزشکی جعلی استفاده شوند.
حقوقی:
امضاءهای دیجیتال می‌توانند برای کاهش زمان لازم برای نهایی کردن قراردادهایی که نیاز به تایید و امضای چندین طرف دارند، استفاده شوند. به دلیل ماهیت غیرقابل تغییر بلاک چین، اعتبار قرارداد قابل اعتماد است و این امکان را برای طرف‌ها فراهم می‌کند که در زمان مناسب خود قرارداد را امضا کنند.
دولت: امضاءهای دیجیتال توسط دولت‌ها در سرتاسر جهان برای دلایل مختلفی مانند پردازش اظهارنامه‌های مالیاتی، مدیریت قراردادها، تایید تراکنش‌های B2G (تجارت به دولت) و غیره استفاده می‌شوند.
خدمات مالی:
امضاءهای دیجیتال می‌توانند در گزارش‌های هزینه، حسابرسی‌ها، قراردادهای وام و غیره استفاده شوند.
صنعت تولید:
امضاءهای دیجیتال در صنعت تولید برای تسریع فرآیندهایی مانند طراحی محصول، تضمین کیفیت و فروش بازاریابی استفاده می‌شوند. استفاده از امضاءهای دیجیتال در تولید توسط سازمان‌هایی مانند ISO، NIST و DMC نظارت می‌شود.
رمز ارزها:
امضاءهای دیجیتال در رمز ارزها برای احراز هویت بلاک‌چین و مدیریت داده‌های تراکنش‌های مرتبط با رمز ارز استفاده می‌شوند.
برنامه‌های نرم‌افزاری:
امضاءهای دیجیتال در برنامه‌های نرم‌افزاری مانند مرورگرها برای ایجاد یک ارتباط امن بر روی اینترنت ناامن استفاده می‌شوند.
ارتباطات و تراکنش‌های B2B:
امضاءهای دیجیتال می‌توانند برای تایید منبع تراکنش استفاده شوند و تنها به طرف مورد نظر ارسال شوند بدون نیاز به هیچ واسطه‌ای.
الگوریتم‌های امضای دیجیتال
در زیر برخی از الگوریتم‌های امضای دیجیتال آورده شده است:
الگوریتم‌های امضا مبتنی بر RSA:
امضای RSA یک الگوریتم رمزنگاری نامتقارن است که می‌تواند برای انجام امضای دیجیتال بر روی یک پیام استفاده شود. امضا RSA بسیار قابل اعتماد، قوی و امن است.
الگوریتم امضا رابین:
الگوریتم امضاء رابین یکی از اولین طرح‌های امضای دیجیتال است که پیشنهاد شد. هشی کردن به عنوان یک مرحله ضروری در فرآیند امضا معرفی شد. این الگوریتم خارج از IEEE P1363 استفاده یا استانداردسازی کمتری دارد.
الگوریتم امضا دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA):
الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA) طرح امضا دیجیتال فعلی بیت کوین است. این طرح از کلیدهای کوتاه‌تر استفاده می‌کند و نیاز به محاسبات کمتری نسبت به سیستم RSA دارد. این الگوریتم از منحنی‌های بیضوی به جای میدان‌های محدود استفاده می‌کند و بر روی مسئله لگاریتم گسسته به جای مشکل تجزیه اعداد اول برای امنیت تکیه دارد.
الگوریتم امضا ElGamal:
الگوریتم امضای دیجیتال ElGamal بر اساس خواص جبری توان‌های مدولار همراه با دشواری محاسبه لگاریتم‌های گسسته است. این الگوریتم به ندرت در عمل استفاده می‌شود. نسخه‌ای که در NSA توسعه یافته و همچنین به نام الگوریتم امضا دیجیتال شناخته می‌شود، بسیار بیشتر استفاده می‌شود.
امضا Schnorr:
امضای ECDSA فاقد یک ویژگی مهم است، یعنی راهی کارآمد برای فشرده‌سازی و تایید امضاءها به طور همزمان وجود ندارد. طرح‌های امضای Schnorr به طور اثباتی با فرضیات استاندارد رمزنگاری امن هستند، غیرقابل تغییر هستند و خطی بودن را فراهم می‌کنند.
امضا BLS:
طرح امضای دیجیتال BLS بر اساس رمزنگاری مبتنی بر جفت‌ها است. امضاءهای BLS امکان تجمیع کلید و امضا را فراهم می‌کنند، اما آنها قطعی هستند، اجازه تجمیع امضا در سراسر یک بلوک را می‌دهند و تقریباً 50% کوچکتر هستند.
مزایای امضای دیجیتال
در زیر برخی از مزایای امضاءهای دیجیتال آورده شده است:
افزایش امنیت
امضاءهای دیجیتال بر اساس تکنولوژی PKI ساخته شده‌اند که از طریق آن امضا بخشی از پیام می‌شود و نمی‌توان آن را تغییر داد یا حذف کرد. زمانی که یک امضای دیجیتال ایجاد می‌شود، زمان و موقعیت IP کاربر در ردپای حسابرسی که درون پیام جاسازی شده است، ثبت می‌شود.
صرفه‌جویی در زمان
امضاءهای دیجیتال فرآیندهای وقت‌گیر تراکنش‌های مبتنی بر کاغذ را با وظایف دستی مانند تهیه پیش‌نویس، چاپ، امضا، اسکن و پست ارسال ساده می‌کنند. امضای دیجیتال به خودکارسازی کارهای دستی کمک می‌کند و زمان انتظار طولانی را به چند ساعت کاهش می‌دهد.
تایم‌استمپینگ
تایم‌استمپینگ زمانی که زمان اهمیت دارد، بسیار مهم است. ارائه تاریخ و زمان امضای دیجیتال در مشاغل حساس به زمان مانند معاملات سهام، فرآیندهای قانونی و غیره کمک می‌کند.
صرفه‌جویی در هزینه‌ها
با حذف کاغذ و استفاده از امضای دیجیتال، سازمان‌ها می‌توانند هزینه‌هایی را که قبلاً برای منابع فیزیکی مانند کاغذ، فضای اداری، نیروی انسانی که برای مدیریت آنها استفاده می‌شد، صرف می‌کردند، صرفه‌جویی کنند.
خودکارسازی فرآیندها
فرآیندهای کاغذی نیازمند پیگیری دستی، دقت و هماهنگی هستند زمانی که اسناد باید در یک ترتیب خاص و در همان زمان امضا شوند و در عین حال باید محرمانگی داده‌ها حفظ شود. در این روش احتمال خطا، تأخیر و اشتباه بیشتر است، اما این مشکلات می‌توانند با استفاده از ابزار دیجیتال که فرآیند را استاندارد، منسجم و بدون خطا می‌کند، کاهش یابند.
ردیابی
امضاءهای دیجیتال یک ردپای حسابرسی ایجاد می‌کنند که کار ثبت سوابق داخلی را آسان‌تر می‌کند. احتمال اشتباهات در این روش بسیار کم است زیرا همه چیز به صورت دیجیتال ثبت می‌شود.
رعایت قوانین
امضاءهای دیجیتال در هر کشور پیشرفته‌ای در سراسر جهان قابل اجرا هستند. امضاءهای دیجیتال عموماً به عنوان امن‌ترین نوع امضاءهای الکترونیکی در نظر گرفته می‌شوند و می‌توانند برای امضا بیشتر اسناد استفاده شوند.
رضایت کاربران نهایی
کاربران می‌توانند از هر دستگاهی، از هر مکانی و با سرعت خودشان امضا کنند بدون نیاز به مراجعه حضوری به شعبه، دفتر یا فروشگاه.
محدودیت‌های امضای دیجیتال
در زیر برخی از محدودیت‌های امضاءهای دیجیتال آورده شده است:
1. سرقت کلیدها:
گم شدن یا سرقت کلیدها یکی از معایب اصلی امضاءهای دیجیتال است. استفاده از امکانات ذخیره‌سازی آسیب‌پذیر یکی دیگر از محدودیت‌ها است.
2. هزینه اضافی:
برای استفاده مؤثر از امضاءهای دیجیتال، فرستنده و گیرنده باید گواهی‌نامه‌های دیجیتال و نرم‌افزارهای تأیید را با هزینه خریداری کنند.
3. نیاز به استاندارد:
نیاز شدیدی به یک استاندارد وجود دارد که از طریق آن این روش‌های مختلف بتوانند با یکدیگر تعامل داشته باشند.
سخن پایانی
در فرآیند امضای دیجیتال، فرستنده پیام را با کلید خصوصی خود امضا کرده و گیرنده با کلید عمومی فرستنده آن را تأیید می‌کند. این سیستم موجب می‌شود پیام در طول انتقال از تغییرات مصون بماند، هویت فرستنده تأیید شود، و فرستنده امکان انکار ارسال پیام را نداشته باشد. این سه ویژگی یعنی اصالت، یکپارچگی، و عدم انکار پایه‌های اصلی امنیت در امضا دیجیتال به شمار می‌روند.
عملکرد امضای دیجیتال شامل تولید یک مقدار هش از پیام و رمزگذاری آن با کلید خصوصی است. در سمت گیرنده، مقدار هش پیام دوباره محاسبه شده و با هش رمزگشایی‌شده مقایسه می‌شود. تطابق این دو، تاییدکننده صحت و اصالت پیام است. امضاهای دیجیتال در صنایع مختلف مانند بهداشت و درمان، خدمات مالی، قراردادهای حقوقی، دولت‌ها، تولید، رمزارزها و نرم‌افزارها کاربرد دارند و با حذف واسطه‌ها، روندهای سنتی را سریع‌تر، امن‌تر و قابل اعتمادتر می‌کنند.
