Algorithmes de signature numérique définis

Qu’est-ce qu’un algorithme de signature numérique ?

Un algorithme de signature numérique est une méthode cryptographique qui utilise une clé privée pour « signer » et une clé publique pour « vérifier » les messages, garantissant leur origine et leur intégrité. Il s’apparente à un sceau vérifiable apposé sur un document électronique : visible de tous, sans masquer le contenu.

La clé privée est un nombre confidentiel généré aléatoirement, connu uniquement de son détenteur. La clé publique, dérivée de la clé privée, sert d’identifiant public pour la vérification des signatures. Les signatures numériques répondent à deux questions majeures : Qui a envoyé le message ? A-t-il été modifié pendant le transit ?

Dans la blockchain, le « message » correspond généralement aux données de transaction ou aux informations d’autorisation. Les nœuds ne valident et n’intègrent votre transaction dans un bloc qu’après vérification de la signature avec votre clé publique.

Comment fonctionnent les algorithmes de signature numérique ?

Le fonctionnement d’un algorithme de signature numérique repose sur la génération d’une paire de clés, la signature d’un message, puis la vérification de la signature à l’aide de la clé publique. Principe fondamental : seule la clé privée permet de signer ; tout le monde peut vérifier.

1. Génération de la paire de clés : Le portefeuille crée une clé privée et calcule la clé publique associée. Il est essentiel de conserver votre clé privée ou votre phrase mnémonique en sécurité ; la clé publique peut être partagée librement.
2. Signature du message : Au lieu de signer le message brut, la plupart des systèmes hachent d’abord le message pour obtenir un condensé, puis utilisent la clé privée pour signer ce condensé. Ce procédé améliore l’efficacité et la sécurité.
3. Vérification avec la clé publique : Le vérificateur hache le même message et utilise votre clé publique pour vérifier la signature. Si la correspondance est confirmée, le message est authentique et n’a pas été altéré.

Par exemple, ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) utilise une valeur aléatoire unique à chaque signature. Cette valeur doit être imprévisible et ne jamais être réutilisée : une mauvaise génération d’aléa peut compromettre votre clé privée.

Cas d’usage des algorithmes de signature numérique dans le Web3

Les algorithmes de signature numérique sont indispensables à la validation des transactions, à l’autorisation des permissions et à l’authentification des messages dans le Web3. Sans signatures, les nœuds blockchain ne peuvent pas garantir la source des transactions.

• Transactions : Les blockchains publiques telles qu’Ethereum et Bitcoin exigent la signature des données de transaction par les utilisateurs. Ce n’est qu’après validation de la signature que les nœuds diffusent et incluent les transactions dans les blocs.
• Permissions : De nombreux protocoles DeFi requièrent la signature de messages « permit », autorisant les smart contracts à dépenser vos tokens—l’équivalent numérique d’un consentement écrit.
• Exemple pratique : Lors d’un retrait d’ETH sur Gate, votre portefeuille externe signe la transaction avec votre clé privée. Le réseau vérifie la transaction avec votre clé publique avant de la traiter—illustrant l’utilisation concrète des signatures numériques.

Par ailleurs, de nombreuses API d’échange requièrent des « signatures ». Par exemple, l’API de Gate utilise HMAC (Hash-based Message Authentication Code) pour la signature des requêtes. Bien que HMAC vérifie également la source et l’intégrité, il repose sur un secret partagé et non sur une paire clé publique/clé privée.

Types d’algorithmes de signature numérique

Les principaux algorithmes de signature numérique sont RSA, ECDSA, Ed25519 et BLS, chacun se distinguant par sa sécurité, sa rapidité, la taille des signatures et la complexité de mise en œuvre.

• RSA : Algorithme classique dont la longueur de signature augmente avec la taille de la clé (par exemple, une signature RSA de 2 048 bits fait environ 256 octets). Il est largement utilisé mais génère des signatures volumineuses et offre des performances moyennes.
• ECDSA : Basé sur les courbes elliptiques ; les signatures font généralement entre 64 et 72 octets (selon l’encodage). C’est l’algorithme principal pour les transactions Bitcoin et Ethereum, grâce à ses bonnes performances et à la maturité de son écosystème.
• Ed25519 : Membre de la famille EdDSA ; produit des signatures fixes de 64 octets, rapide, simple à implémenter et déterministe (ne dépend pas d’un aléa externe). Largement utilisé par Solana et Cardano.
• BLS : Permet d’agréger efficacement plusieurs signatures en une seule, réduisant les coûts de vérification on-chain. Le layer de consensus d’Ethereum (validateurs) utilise BLS12-381 pour les signatures agrégées.

Comment les signatures numériques sont-elles créées et vérifiées dans les portefeuilles ?

La plupart des portefeuilles automatisent la signature numérique via des algorithmes de signature, mais le processus s’articule en étapes claires :

1. Création ou importation de clés : Vous pouvez créer un nouveau portefeuille (génération de clés privée/publique) ou en importer un via une phrase mnémonique—une version lisible de la clé privée à conserver hors ligne.
2. Vérification du contenu à signer : Le portefeuille affiche les détails de la transaction ou les messages d’autorisation. Il est essentiel de vérifier les champs critiques : adresse du contrat, montant, portée des permissions et ID de la chaîne.
3. Signature et diffusion : Après approbation, le portefeuille signe le condensé du message avec votre clé privée et transmet le message original et la signature au nœud ou au backend.
4. Vérification et inclusion on-chain : Le réseau ou l’application vérifie la signature avec votre clé publique. Si elle est valide, la transaction rejoint le mempool pour inclusion dans un bloc ; sinon, elle est rejetée.

Sur Gate, les retraits on-chain suivent ce processus de signature et de vérification. Pour les requêtes API (souvent via HMAC), des contrôles stricts côté serveur empêchent toute falsification des requêtes.

Quel lien entre signatures numériques et fonctions de hachage ?

Les signatures numériques fonctionnent souvent en complément des fonctions de hachage. Le hachage transforme des données de toute longueur en un condensé de taille fixe—une « empreinte » unique pour chaque fichier.

Les signatures s’appliquent généralement sur les condensés plutôt que sur les messages bruts, pour améliorer l’efficacité et réduire les risques lors du traitement de gros volumes de données. Toute modification du message entraîne une modification du condensé—rendant la signature invalide.

Les fonctions de hachage courantes incluent SHA-256 et Keccak-256. Par exemple, Bitcoin utilise un double SHA-256 pour les condensés de transaction ; Ethereum utilise Keccak-256, souvent appelé variante de SHA3.

Quelle différence entre les signatures numériques et les algorithmes de chiffrement ?

Les algorithmes de signature numérique visent la « preuve et l’intégrité », tandis que les algorithmes de chiffrement assurent la « confidentialité ». Les objectifs sont distincts, bien que souvent confondus.

Une signature numérique ne masque pas le contenu ; elle atteste simplement que « ce message a été envoyé par moi et n’a pas été modifié ». Le chiffrement transforme le contenu en texte chiffré, lisible uniquement par le détenteur de la clé de déchiffrement.

En pratique, les applications combinent souvent les deux : le chiffrement protège la confidentialité des messages, tandis que les signatures numériques sécurisent les en-têtes ou champs critiques pour l’authenticité et l’intégrité.

Comment les algorithmes de signature numérique sont-ils choisis selon les blockchains ?

Le choix de l’algorithme de signature numérique dépend des standards de la chaîne, des outils de l’écosystème et des besoins en performance : chaque blockchain opère ses propres arbitrages.

En octobre 2024 :

• Bitcoin utilise ECDSA (secp256k1) ; depuis Taproot en 2021, les signatures Schnorr sont apparues pour améliorer le multisig et l’agrégation, mais ECDSA reste majoritaire.
• Ethereum utilise ECDSA (secp256k1) pour les transactions ; ses validateurs du layer de consensus exploitent BLS12-381 pour les signatures agrégées.
• Solana et Cardano utilisent Ed25519 pour des performances élevées et des signatures déterministes.
• Polkadot utilise Sr25519 (une variante de Schnorr).
• Cosmos privilégie principalement secp256k1.

Pour maximiser le débit et la simplicité, Ed25519 est courant ; pour la compatibilité avec Ethereum ou Bitcoin, ECDSA est privilégié ; pour les usages de consensus ou inter-chaînes nécessitant l’agrégation, BLS est idéal.

La taille des signatures et le coût de vérification sont aussi déterminants : les signatures RSA sont volumineuses et lentes—rarement utilisées on-chain ; Ed25519 offre des signatures fixes de 64 octets à vérification rapide ; les signatures BLS dans le consensus Ethereum sont compressées à 96 octets et peuvent agréger des centaines ou milliers en une seule—minimisant le coût global de vérification.

Risques et protections liés à l’utilisation des algorithmes de signature numérique

Les principaux risques liés à l’utilisation des algorithmes de signature numérique sont la fuite de la clé privée et l’autorisation accidentelle par signature non intentionnelle. La mitigation repose sur une gestion sécurisée des clés et une vigilance accrue lors de la signature.

• Fuite de la clé privée : Prendre des captures d’écran des phrases mnémoniques, les synchroniser sur le cloud ou les saisir en ligne augmente le risque d’exposition. Utilisez des portefeuilles matériels ou le stockage à froid pour sauvegarder les mnémos hors ligne et activez la protection multisignature si possible.
• Problèmes d’aléa : Certains algorithmes (comme ECDSA) exigent des valeurs aléatoires uniques pour chaque signature. Un aléa faible ou réutilisé peut compromettre votre clé privée. Utilisez des portefeuilles et bibliothèques réputés—n’implémentez jamais votre propre génération d’aléa.
• Autorisation non intentionnelle : De nombreuses « demandes de signature » ne transfèrent pas de fonds mais peuvent accorder des permissions aux contrats pour dépenser vos tokens. Vérifiez toujours la portée des permissions, les adresses cibles, les domaines et les IDs de chaîne ; privilégiez les messages lisibles.
• Ingénierie sociale et phishing : Ne signez jamais sur des sites non fiables ni ne connectez votre portefeuille sans précaution. Accédez aux applications uniquement via les canaux officiels (site ou app Gate) pour limiter les risques de phishing.

Points clés sur les algorithmes de signature numérique

Les algorithmes de signature numérique utilisent la clé privée pour signer et la clé publique pour vérifier—résolvant les questions de confiance « qui a envoyé ce message » et « a-t-il été modifié ». Ils fonctionnent conjointement avec les fonctions de hachage (signature des condensés de message) et se distinguent du chiffrement en ne masquant pas le contenu. La plupart des transactions blockchain reposent sur ECDSA ou Ed25519 ; les mécanismes de consensus et les protocoles inter-chaînes utilisent souvent l’agrégation BLS. En pratique, il convient de sécuriser la clé privée, d’assurer la clarté des messages et la qualité de l’aléa ; sur des plateformes comme Gate, les signatures numériques sont fondamentales pour l’acceptation des transactions par le réseau. Le choix de l’algorithme dépend des standards de la chaîne, des exigences de performance et de la compatibilité de l’écosystème—l’objectif final étant une preuve fiable d’identité et d’intégrité des données.

FAQ

Quelle différence entre une signature numérique et un certificat numérique ?

Une signature numérique utilise votre clé privée pour authentifier cryptographiquement des données—prouvant que vous contrôlez cette clé. Un certificat numérique est un fichier de confiance contenant les informations de votre clé publique, délivré par une autorité tierce. En résumé : une signature numérique équivaut à votre signature manuscrite ; un certificat à votre carte d’identité. Dans les portefeuilles blockchain, les signatures autorisent les transactions tandis que les certificats valident l’identité ou publient des informations.

Que se passe-t-il si une signature échoue à la vérification ou est altérée ?

Si une signature est modifiée lors de la transmission, les validateurs la détectent immédiatement et rejettent la transaction ou le message. Les réseaux blockchain éliminent automatiquement les transactions invalides pour garantir la sécurité. C’est l’un des avantages majeurs des signatures numériques : même une seule modification entraîne l’échec de la vérification.

Une signature numérique reste-t-elle sécurisée si ma clé privée est compromise ?

Non, elle n’est plus sécurisée. Si votre clé privée est divulguée, d’autres peuvent signer à votre place—usurpant ainsi votre identité. Protéger votre clé privée est essentiel : utilisez des portefeuilles matériels, ne partagez jamais vos clés en ligne, surveillez régulièrement l’activité de votre compte. En cas de soupçon d’exposition, transférez immédiatement vos actifs vers un nouveau portefeuille.

Pourquoi certaines plateformes exigent-elles une connexion par signature plutôt que par mot de passe ?

La connexion par signature est plus sécurisée que le mot de passe : les mots de passe sont vulnérables aux attaques par force brute ou au phishing. La signature exige la possession locale de votre clé privée, qui n’est jamais exposée à un tiers. Des plateformes comme Gate proposent la connexion par signature pour prouver votre identité sans mot de passe—la clé privée reste toujours sous votre contrôle.

Y a-t-il une différence entre signer avec un portefeuille mobile ou desktop ?

La cryptographie sous-jacente est identique sur tous les appareils : les standards sont les mêmes. Les différences résident dans la praticité et la sécurité : les portefeuilles mobiles sont plus portables mais exposés à davantage de risques ; les portefeuilles desktop offrent plus de fonctionnalités mais sont parfois moins accessibles. Les portefeuilles matériels (portefeuilles de stockage à froid) fonctionnent hors ligne lors de la signature—garantissant une sécurité maximale. À choisir selon la fréquence d’utilisation et la valeur des actifs.