Я надеюсь вы читали одну из моих предыдущих статей Ассимитричное шифрование. Как это работает?. Если да, то давайте продолжим погружаться в тему криптографии (если нет… прочитайте).

Прошлая статья подвела нас к тому, что основа ассиметричного шифрования — это публичный и приватный ключи, которыми осуществляется шифрование и дешифрование сообщений. Алгоритм в двух словах выглядит вот так:

1. мы берем публичный ключ того кому хотим отправить сообщение;
2. шифруем сообщение с помощью ключа;
3. передаем сообщение по открытому каналу;
4. адресат расшифровывает сообщение своим приватным ключом.

Представим что Боб получил зашифрованное сообщение от Алисы. Но от Алисы ли? Да, в конце письма может быть написано «С любовью, Алиса», но откуда нам знать, что это не подлая Ева представляется чужим именем? Но впрочем с любовными письмами это может показаться не такой большой проблемой, не так ли? Тогда представьте себе более серьезную организацию — банк. Банк у которого есть множество филиалов по всему миру с головным офисом, который выполняет и отвечает за все банковские операции по переводу денег. Откуда головному офису знать, что пришедшее письмо с просьбой перевести миллиард долларов на некий счет, пришло действительно от филиала как написано в письме, а не от злоумышленника, который хочет перевести эти деньги на свой счет?

Да, раньше такого рода вещи подтверждались рукописной росписью в конце документа. Но в век цифровых технологий такая физическая подпись бумаг уже морально устарела. Не будет же банк пересылать почтой в головной офис отдельную бумажку с подписью для того чтобы заверить транзакцию? Это будет очень долго. Эта проблема вынудила криптографов придумывать аналог рукописной подписи в цифровом виде.

Подпись документа

Ассиметричное шифрование поможет нам и в этом. Алиса, чтобы подтвердить авторство своего письма… должна зашифровать его своим приватным ключом! Такое сообщение расшифруется с помощью публичного ключа Алисы. А так как публичный ключ априори известен всем, то расшифровать такое сообщение сможет любой. Но при этом, если сообщение расшифровалось, то это однозначно говорит о том что послала его именно Алиса.

Раньше мы считали, что публичный ключ используется только для зашифровывания, а приватный ключ — для расшифровывания. На самом деле эти операции можно поменять местами, так что для зашифровывания будет использоваться приватный ключ, а для расшифровывания — публичный ключ. Стойкость такого зашифровывания как правило, игнорируется, поскольку никакой безопасности оно не обеспечивает, и несет совсем другую роль.

В целом такой подход называется цифровой подписью, которая выполняет две функции — аутентификация отправителя и подтверждение целостности документа. То есть если текст расшифровался публичным ключом отправителя, то это значит что автор действительно тот за кого он себя выдает, а также то что документ пришел в неизменном виде.

Впрочем для того чтобы удостоверить отправителя совсем не обязательно шифровать текст целиком. Можно, например, зашифровать приватным ключом хеш от исходного текста и полученную строку передавать получателю вместе с текстом. На другом конце получатель расшифровывает подпись публичным ключом, и сравнивает ее с хешем полученного документа. Вот так выглядит генерация подписи:

А вот так проверка этой подписи на стороне получателя:

В целом цифровая подпись подтверждает, что у отправителя есть приватный ключ того за кого он себя выдает. А так как принято считать, что приватный ключ держится в секрете и никому более недоступен, то такая подпись подтверждает конкретного отправителя.

Передача конфиденциального письма

При этом если Алиса не хочет чтобы этот текст прочитал кто-то другой, то нужно не забыть про основное шифрование описанное ранее. Вот полный алгоритм более наглядно:

Алиса шифрует сообщение своим приватным ключом; шифрует еще раз публичным ключом Боба; передает сообщение по открытому каналу; Боб расшифровывает шифротекст своим приватным ключом; расшифровывает еще раз публичным ключом Алисы.

Вообразите себе сообщение, окруженное хрупкой внутренней оболочкой, которая представляет собой шифрование, выполненное с помощью приватного ключа Алисы (подписи), и прочную наружную оболочку, представляющую шифрование с использованием публичного ключа Боба. Получающийся шифротекст может быть расшифрован только Бобом, потому что только он имеет доступ к приватному ключу, необходимому для того, чтобы разбить эту прочную наружную оболочку. Расшифровав наружную оболочку, Боб затем сможет легко расшифровать с помощью публичного ключа Алисы и внутреннюю оболочку; эта внутренняя оболочка служит не для того, чтобы защитить сообщение, она удостоверяет, что данное сообщение пришло от Алисы, а не от какого-нибудь мошенника.

Заключение

В целом это все что стоит знать о цифровой подписи. А также достаточно для того чтобы понять дальнейший материал, так как он будет связан.

Я решил публиковать отдельные статьи о определенных аспектах криптографии, вместо целой и связанной статьи. Почему отдельные? Потому что написание огромной статьи я постоянно откладывал на потом. А так глядишь — по чуть-чуть и напишу все то что хотел :)

В дальнейшем ждите статей на тему MiTM и сертификатов, проблеме глобального наблюдателя и о том почему конфиденциальности нет в принципе :)