Определены алгоритмы цифровой подписи

Что такое алгоритм цифровой подписи?

Алгоритм цифровой подписи — это криптографический метод, который применяет приватный ключ для подписания и публичный ключ для проверки сообщений, подтверждая их происхождение и целостность. Это похоже на проставление проверяемой печати на электронном документе: её видят все, но содержимое не скрывается.

Приватный ключ — это секретное, случайно сгенерированное число, известное только владельцу. Публичный ключ вычисляется из приватного и служит публичным идентификатором для проверки подписи. Цифровая подпись отвечает на два главных вопроса: кто отправил сообщение и было ли оно изменено при передаче.

В блокчейне «сообщением» обычно являются данные транзакции или информация об авторизации. Узлы включают вашу транзакцию в блок только после проверки подписи с помощью публичного ключа.

Как работают алгоритмы цифровой подписи?

Базовый процесс алгоритма цифровой подписи включает генерацию пары ключей, подписание сообщения и последующую проверку подписи с помощью публичного ключа. Ключевой принцип: подписывать может только приватный ключ, а проверить — любой.

1. Генерация пары ключей: Ваш кошелек создает приватный ключ и вычисляет соответствующий публичный. Приватный ключ или мнемоническую фразу необходимо хранить в безопасности; публичный ключ можно передавать открыто.
2. Подписание сообщения: Обычно сначала сообщение хэшируется в короткий дайджест, а затем этот дайджест подписывается приватным ключом. Это повышает эффективность и безопасность.
3. Проверка с помощью публичного ключа: Проверяющий хэширует то же сообщение и использует ваш публичный ключ для проверки подписи. Если всё совпадает, сообщение считается подлинным и неизменённым.

Например, ECDSA (алгоритм цифровой подписи на эллиптических кривых) использует уникальное случайное значение для каждой подписи. Оно должно быть непредсказуемым и не повторяться — слабая случайность может раскрыть ваш приватный ключ.

Применение алгоритмов цифровой подписи в Web3

Алгоритмы цифровой подписи необходимы для подтверждения транзакций, авторизации разрешений и аутентификации сообщений в Web3. Без подписей узлы блокчейна не могут доверять источнику транзакций.

• Транзакции: В публичных блокчейнах, таких как Ethereum и Bitcoin, пользователи подписывают данные транзакции. После проверки подписи узлы распространяют и включают транзакции в блоки.
• Разрешения: Во многих DeFi-протоколах требуется подписывать сообщения permit, чтобы авторизовать смарт-контракты на расходование ваших токенов — цифровой аналог письменного согласия.
• Практический пример: При выводе ETH с Gate внешний кошелек подписывает транзакцию приватным ключом. Сеть проверяет её с помощью публичного ключа перед обработкой — это и есть работа цифровой подписи.

Многие API бирж также требуют подписей. Например, API Gate применяет HMAC (код аутентификации сообщений на основе хэша) для подписи запросов. HMAC тоже подтверждает источник и целостность, но использует общий секрет вместо пары публичного/приватного ключей.

Типы алгоритмов цифровой подписи

К основным алгоритмам цифровой подписи относятся RSA, ECDSA, Ed25519 и BLS. Они различаются по безопасности, скорости, размеру подписи и сложности реализации.

• RSA: Классический алгоритм, длина подписи которого увеличивается с размером ключа (например, подпись RSA 2048 бит — около 256 байт). Широко используется, но создает большие подписи и обеспечивает среднюю производительность.
• ECDSA: Основан на эллиптических кривых; подписи обычно занимают 64–72 байта (в зависимости от кодирования). Это основной алгоритм для транзакций в Bitcoin и Ethereum благодаря хорошей производительности и поддержке экосистемы.
• Ed25519: Часть семейства EdDSA; создает подписи фиксированной длины — 64 байта, работает быстро, просто реализуется и детерминирован (не зависит от внешней случайности). Применяется в Solana и Cardano.
• BLS: Поддерживает эффективную агрегацию подписей — объединение нескольких подписей в одну для снижения затрат на верификацию в блокчейне. В слое консенсуса Ethereum (валидаторы) используется BLS12-381 для агрегированных подписей.

Как создаются и проверяются цифровые подписи в кошельках?

В большинстве кошельков цифровая подпись выполняется автоматически с помощью алгоритмов цифровой подписи, но процесс можно описать поэтапно:

1. Создание или импорт ключей: Можно создать новый кошелек (генерируя приватный/публичный ключи) или импортировать с помощью мнемонической фразы — человекочитаемой формы приватного ключа, которую следует хранить офлайн.
2. Просмотр содержимого для подписи: Кошелек показывает детали транзакции или сообщения авторизации. Необходимо подтвердить ключевые поля: адрес контракта, сумму, область разрешения, идентификатор сети.
3. Подпись и отправка: После подтверждения кошелек подписывает дайджест сообщения приватным ключом и отправляет исходное сообщение и подпись на узел или сервер.
4. Проверка и включение в блокчейн: Сеть или приложение проверяет подпись с помощью публичного ключа. Если она действительна, транзакция попадает в мемпул для включения в блок; иначе — отклоняется.

На Gate выводы в блокчейн проходят по этому сценарию подписания и проверки. Для API-запросов (часто с HMAC) также применяются строгие серверные проверки, чтобы исключить возможность подделки запросов.

Как цифровые подписи связаны с хеш-функциями?

Цифровые подписи часто работают вместе с хеш-функциями. Хеширование преобразует данные любой длины в дайджест фиксированного размера — уникальный «отпечаток» для каждого файла.

Подписи обычно применяются к дайджестам, а не к исходным сообщениям, что повышает эффективность и снижает риски при работе с большими сообщениями. Если изменить любую часть сообщения, изменится и дайджест — подпись станет недействительной.

К распространённым хеш-функциям относятся SHA-256 и Keccak-256. Например, в Bitcoin для дайджестов транзакций применяется двойной SHA-256; в Ethereum — Keccak-256, часто называемый вариантом SHA3.

Чем цифровые подписи отличаются от алгоритмов шифрования?

Алгоритмы цифровой подписи предназначены для подтверждения подлинности и целостности, а алгоритмы шифрования — для конфиденциальности. Их задачи различаются, хотя их часто путают.

Цифровая подпись не скрывает содержимое; она подтверждает, что сообщение отправлено вами и не изменено. Шифрование преобразует содержимое в шифртекст, который может расшифровать только владелец соответствующего ключа.

На практике приложения могут использовать оба механизма: зашифрованный чат защищает приватность сообщений, а цифровые подписи обеспечивают подлинность и целостность заголовков или важных полей.

Как выбирают алгоритмы цифровой подписи в разных блокчейнах?

Выбор алгоритма цифровой подписи зависит от стандартов сети, инструментов экосистемы и требований к производительности — каждая сеть делает свои компромиссы.

На октябрь 2024 года:

• Bitcoin использует ECDSA (secp256k1); с Taproot (2021) внедрены подписи Schnorr для поддержки мультиподписей и агрегации, но ECDSA по-прежнему широко применяется.
• Ethereum применяет ECDSA (secp256k1) для транзакций; в слое консенсуса валидаторы используют BLS12-381 для агрегированных подписей.
• Solana и Cardano используют Ed25519 для высокой производительности и детерминированных подписей.
• Polkadot применяет Sr25519 (вариант Schnorr).
• Cosmos в основном использует secp256k1.

Для максимальной пропускной способности и простоты часто выбирают Ed25519; для совместимости с экосистемами Ethereum или Bitcoin — ECDSA; для консенсуса или кроссчейн-решений с агрегацией подписей — BLS.

Также важны размер подписи и стоимость проверки: подписи RSA относительно большие и медленные — редко используются в блокчейне; Ed25519 дает подписи по 64 байта с быстрой проверкой; подписи BLS в слое консенсуса Ethereum занимают 96 байт в сжатом виде, но могут агрегировать сотни или тысячи подписей в одну — это минимизирует общие затраты на проверку.

Риски и меры защиты при использовании алгоритмов цифровой подписи

Основные риски при использовании алгоритмов цифровой подписи — утечка приватного ключа и случайная авторизация через непреднамеренную подпись. Защита строится на безопасном управлении ключами и осознанной работе с подписями.

• Утечка приватного ключа: Снимки экрана с мнемоникой, синхронизация в облако или ввод онлайн увеличивают риск компрометации. Используйте аппаратные кошельки или холодное хранение для офлайн-резервирования мнемоники, а также включайте защиту мультиподписью, если возможно.
• Проблемы с генерацией случайных чисел: Некоторые алгоритмы (например, ECDSA) требуют уникальных случайных значений для каждой подписи. Слабая или повторяющаяся случайность может скомпрометировать приватный ключ. Используйте проверенные кошельки и библиотеки — не реализуйте собственную генерацию случайных чисел.
• Непреднамеренная авторизация: Многие запросы подписи не переводят средства, но могут давать контрактам право распоряжаться вашими токенами. Всегда проверяйте область разрешения, целевые адреса, домены и идентификаторы сетей; отдавайте предпочтение человекочитаемым сообщениям.
• Социальная инженерия и фишинг: Никогда не подписывайте сообщения на недоверенных сайтах и не подключайте кошелек без проверки. Открывайте приложения только через официальные каналы (например, сайт или приложение Gate), чтобы снизить риск фишинга.

Основные выводы по алгоритмам цифровой подписи

Алгоритмы цифровой подписи используют приватные ключи для подписания и публичные — для проверки, решая вопросы «кто отправил сообщение» и «было ли оно изменено». Они работают вместе с хеш-функциями (обычно подписывается дайджест сообщения) и отличаются от шифрования тем, что не скрывают содержимое. Большинство транзакций в блокчейне полагаются на ECDSA или Ed25519; механизмы консенсуса и кроссчейн-протоколы часто применяют агрегацию BLS. На практике важны безопасность приватного ключа, прозрачность сообщений и качество случайных чисел; на платформах вроде Gate цифровые подписи необходимы для принятия транзакций сетью. Выбор алгоритма зависит от стандартов сети, требований к производительности и совместимости экосистемы — цель: надежное подтверждение личности и целостности данных.

FAQ

В чем разница между цифровой подписью и цифровым сертификатом?

Цифровая подпись использует ваш приватный ключ для криптографической аутентификации данных — подтверждая, что вы контролируете этот ключ. Цифровой сертификат — это доверенный файл с информацией о вашем публичном ключе, выданный сторонним удостоверяющим центром. Проще говоря: цифровая подпись — как ваша рукописная подпись, а сертификат — как удостоверение личности. В блокчейн-кошельках подписи авторизуют транзакции, а сертификаты подтверждают личность или публикуют информацию.

Что происходит, если подпись не проходит проверку или была изменена?

Если подпись изменена при передаче, валидаторы сразу обнаружат это и отклонят транзакцию или сообщение. Сети блокчейнов автоматически отбрасывают недействительные транзакции для обеспечения безопасности. Это одно из главных преимуществ цифровых подписей — даже изменение одного символа приведет к ошибке проверки.

Остается ли цифровая подпись безопасной, если мой приватный ключ скомпрометирован?

Нет, безопасность теряется. Если приватный ключ утёк, другие могут подписывать от вашего имени — фактически выдавая себя за вас. Защита приватного ключа критична: используйте аппаратные кошельки, не делитесь ключами онлайн, регулярно проверяйте активность аккаунта. При подозрении на утечку — немедленно переводите активы на новый кошелек.

Почему некоторые платформы требуют входа с помощью подписи, а не пароля?

Вход по подписи безопаснее пароля — пароли подвержены брутфорсу и фишингу. Подписание требует локального владения приватным ключом; третьи лица его не видят. Платформы вроде Gate предлагают вход по подписи, чтобы вы подтверждали личность без ввода пароля — приватный ключ всегда остается под вашим контролем.

Есть ли разница между подписанием с мобильного кошелька и десктоп-кошелька?

Базовая криптография одинакова на всех устройствах — стандарты те же. Основные различия — в удобстве и уровне безопасности: мобильные кошельки более портативны, но потенциально менее защищены; десктоп-кошельки функциональнее, но требуют больше действий. Аппаратные кошельки (кошельки холодного хранения) работают офлайн при подписании — обеспечивая максимальную защиту. Выбирайте вариант в зависимости от частоты использования и стоимости активов.