Chữ ký số: Nguyên tắc hoạt động và ứng dụng thực tiễn

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật số. Các dịch vụ tiện ích và bảo mật về chữ ký số được áp dụng rộng rãi trong các hợp đồng thương mại. Có những điểm khá tương đồng về chữ ký số và giao dịch blockchain. Ở bài viết này, chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết về khái niệm này.

Chữ ký số là gì?

Chữ ký số là một cơ chế mã hóa được sử dụng để xác minh tính xác thực và tính toàn vẹn của dữ liệu kỹ thuật số. Nó có thể coi nó như một phiên bản kỹ thuật số của chữ ký viết tay thông thường, nhưng với mức độ phức tạp và bảo mật cao hơn.

Nói một cách đơn giản, chữ ký viết tay được mã hóa , đính kèm với tin nhắn hoặc tài liệu. Sau khi được tạo, mã đóng vai trò là bằng chứng cho thấy thông tin được gửi tới người nhận không bị giả mạo.

Mặc dù khái niệm bảo mật thông tin liên lạc bằng mật mã có từ thời cổ đại, các sơ đồ chữ ký số đã trở thành hiện thực vào những năm 1970 - nhờ vào sự phát triển của Mật mã khóa công khai ( Public-key cryptography - PKC). Vì vậy, để tìm hiểu cách thức chữ ký số hoạt động, trước tiên chúng ta cần hiểu những điều cơ bản về hàm băm và mật mã khóa công khai.

Hàm băm

Băm là một trong những yếu tố cốt lõi của hệ thống chữ ký số. Quá trình băm bao gồm chuyển đổi dữ liệu có kích thước bất kỳ thành đầu ra có kích thước cố định. Điều này được thực hiện bởi một loại thuật toán đặc biệt được gọi là hàm băm. Đầu ra được tạo bởi hàm băm được gọi là giá trị băm hoặc thông báo tiêu hóa.

Khi kết hợp với mật mã, các hàm được gọi là hàm băm mật mã có thể được sử dụng để tạo ra giá trị băm (digest) hoạt động như một dấu vân tay kỹ thuật số duy nhất. Điều này có nghĩa là bất kỳ thay đổi nào trong dữ liệu đầu vào (tin nhắn) sẽ dẫn đến một đầu ra hoàn toàn khác (giá trị băm). Và đó là lý do các hàm băm mật mã được sử dụng rộng rãi để xác minh tính xác thực của dữ liệu số.

Mật mã khóa công khai (PKC)

Mật mã khóa công khai, gọi tắt là PKC, đề cập đến một hệ thống mật mã sử dụng một cặp khóa: một khóa chung và một khóa riêng. Hai khóa có liên quan đến toán học và có thể được sử dụng cho cả mã hóa dữ liệu và chữ ký số.

Là một công cụ mã hóa, PKC an toàn hơn các phương pháp mã hóa đối xứng thô sơ. Trong khi các hệ thống cũ dựa vào cùng một khóa để mã hóa và giải mã thông tin, PKC cho phép mã hóa dữ liệu bằng khóa chung và giải mã dữ liệu bằng khóa riêng tương ứng.

Ngoài ra, sơ đồ PKC cũng có thể được áp dụng trong việc tạo chữ ký số. Về bản chất, quá trình này bao gồm băm một tin nhắn (hoặc dữ liệu số) cùng với khóa riêng của người ký tên. Tiếp theo, người nhận tin nhắn có thể kiểm tra xem chữ ký có hợp lệ hay không bằng cách sử dụng khóa chung do người ký cung cấp.

Trong một số tình huống, chữ ký số có thể liên quan đến mã hóa. Chẳng hạn, blockchain Bitcoin sử dụng PKC và chữ ký số, nhưng không giống như nhiều người tin tưởng, không có mã hóa trong quy trình. Về mặt kỹ thuật, Bitcoin triển khai cái gọi là Thuật toán Chữ ký số Elliptic Curve (ECDSA) để xác thực các giao dịch.

Sự khác nhau giữa Private Key (Khóa riêng, khóa bí mật) và khóa Public Key (Công khai)

Khóa riêng: Quá trình thực hiện sử dụng cùng một khóa (khóa bí mật) được sử dụng để mã hóa và giải mã. Khóa duy nhất được sao chép hoặc chia sẻ bởi một bên khác để giải mã văn bản được mã hóa. Nó nhanh hơn mật mã khóa công khai.

Khóa công khai: Quá trình này sử dụng hai khóa, trong đó một khóa được sử dụng để mã hóa và khóa kia dùng để giải mã.

Chữ ký số hoạt động như thế nào trong thị trường tiền điện tử?

Trong tiền điện tử, một hệ thống chữ ký số thường bao gồm ba bước cơ bản: băm, ký và xác minh.

Xem thêm: Chữ ký số hiểu theo khía cạnh kỹ thuật lập trình

Băm dữ liệu

Bước đầu tiên là băm tin nhắn hoặc dữ liệu kỹ thuật số. Điều này được thực hiện bằng cách gửi dữ liệu thông qua thuật toán băm để tạo ra giá trị băm. Như đã đề cập, các thông điệp có thể thay đổi đáng kể về kích thước, nhưng khi chúng được băm, tất cả các giá trị băm của chúng có cùng độ dài. Đây là thuộc tính cơ bản nhất của hàm băm.

Tuy nhiên, băm dữ liệu không phải là một điều bắt buộc để tạo chữ ký số vì người ta có thể sử dụng khóa riêng để ký một tin nhắn được băm. Nhưng đối với tiền điện tử, dữ liệu luôn được băm vì việc xử lý cácgiá trị băm khác nhau thành độ dài cố định tạo điều kiện thuận lợi cho toàn bộ quá trình.

Ký

Sau khi thông tin được băm, người gửi tin nhắn cần ký tên. Đây là thời điểm mà mật mã khóa công khai phát huy tác dụng. Có một số loại thuật toán chữ ký số, mỗi loại có cơ chế riêng. Nhưng về cơ bản, tin nhắn được băm sẽ được ký bằng một khóa riêng và người nhận tin nhắn sau đó có thể kiểm tra tính hợp lệ của nó bằng cách sử dụng khóa chung tương ứng (do người ký cung cấp).

Nói cách khác, nếu không bao gồm khóa riêng khi chữ ký được tạo, người nhận tin nhắn có thể sử dụng khóa chung tương ứng để xác minh tính hợp lệ của nó. Cả khóa chung và khóa riêng đều được người gửi tin nhắn tạo ra, nhưng chỉ có khóa chung được chia sẻ với người nhận.

Đáng chú ý là chữ ký số có liên quan trực tiếp đến nội dung của từng thông tin. Vì vậy, không giống như chữ ký viết tay, có xu hướng giống nhau bất kể tin nhắn, mỗi thông tin được ký bằng kỹ thuật số sẽ có một chữ ký số khác nhau.

Xác minh

Hãy để một ví dụ để minh họa toàn bộ quá trình cho đến bước xác minh cuối cùng.

Hãy lấy một ví dụ để minh họa toàn bộ quá trình cho đến bước xác minh cuối cùng. Giả sử Alice viết một thông điệp cho Bob, băm thông điệp đó để tạo ra mã băm, và sau đó kết hợp giá trị băm này với khóa riêng của cô ấy để tạo chữ ký số. Chữ ký sẽ hoạt động như một dấu vân tay số duy nhất của thông điệp đó.

Khi Bob nhận được thông điệp, anh ấy có thể kiểm tra tính hợp lệ của chữ ký số bằng cách sử dụng khóa công khai do Alice cung cấp. Bằng cách này, Bob chắc chắn rằng chữ ký đó do Alice tạo ra bởi vì chỉ có cô ấy có khóa riêng tương ứng với khóa công khai đó.

Vì vậy, điều quan trọng đối với Alice là giữ bí mật khóa riêng của cô ấy. Nếu một người khác lấy được khóa riêng của Alice, họ có thể tạo chữ ký điện tử và giả mạo là Alice. Trong tiền điện tử, điều này có nghĩa là ai đó có thể sử dụng khóa riêng của Alice để di chuyển hoặc chi tiêu Bitcoin của cô ấy mà không cần xin phép.

Vì sao chữ ký số lại quan trọng?

Chữ ký số thường được sử dụng để đạt được tính toàn vẹn dữ liệu, xác thực và chống hoái thác.

• Tính toàn vẹn dữ liệu: Bob có thể xác minh rằng thông điệp của Alice đã không bị thay đổi trên đường được gửi đi. Bất kỳ sửa đổi trong thông điệp sẽ tạo ra một chữ ký hoàn toàn khác nhau.
• Tính xác thực: Miễn là khóa riêng của Alice được giữ bí mật, Bob có thể sử dụng khóa công khai của mình để xác nhận rằng chữ ký điện tử được tạo bởi Alice.
• Chống thoái thác: Khi chữ ký đã được tạo, Alice sẽ không thể phủ nhận việc mình đã ký nó, trừ khi khóa riêng của cô ấy bị xâm phạm.

Các trường hợp sử dụng

Chữ ký số có thể được áp dụng cho nhiều loại tài liệu và chứng chỉ số khác nhau. Do đó, chúng có một số ứng dụng. Một số trường hợp sử dụng phổ biến nhất bao gồm:  

• Công nghệ thông tin: Để tăng cường bảo mật của các hệ thống truyền thông Internet.
• Tài chính: Chữ ký số có thể được triển khai cho các hoạt động kiểm toán, báo cáo chi phí, thỏa thuận cho vay và nhiều hơn nữa.
• Pháp lý: Việc sử dụng chữ ký số trên tất cả các loại hợp đồng kinh doanh và thỏa thuận pháp lý, bao gồm cả các tài liệu của chính phủ.
• Chăm sóc sức khỏe: Chữ ký số có thể ngăn chặn sự gian lận trong kê đơn thuốc và hồ sơ y tế.
• Blockchain: Các hệ thống chữ ký số đảm bảo rằng chỉ những chủ sở hữu hợp pháp của tiền điện tử mới có thể ký một giao dịch để chuyển tiền (miễn là các khóa riêng của họ không bị xâm phạm).

Hạn chế

Những thách thức lớn mà hệ thống chữ ký số phải đối mặt dựa trên ít nhất ba yêu cầu: 

• Thuật toán: Chất lượng của các thuật toán được sử dụng trong hệ thống chữ ký số rất quan trọng. Điều này bao gồm sự lựa chọn các hàm băm đáng tin cậy và các hệ thống mật mã.
• Triển khai: Nếu các thuật toán tốt, nhưng việc triển khai không tốt, hệ thống chữ ký số sẽ có khả năng xuất hiện sai sót.
• Khóa riêng: Nếu các khóa riêng bị rò rỉ hoặc bằng cách nào đó bị xâm phạm, các thuộc tính xác thực và chống thoái thác sẽ bị vô hiệu. Đối với người dùng tiền điện tử, mất khóa riêng có thể dẫn đến tổn thất tài chính đáng kể.

Chữ ký điện tử và chữ ký số

Nói một cách đơn giản, chữ ký số liên quan đến một loại chữ ký điện tử cụ thể. Do đó, tất cả chữ ký số là chữ ký điện tử, nhưng điều ngược lại không thì không hoàn toàn đúng.

Sự khác biệt chính giữa chúng là phương thức xác thực. Chữ ký số triển khai các hệ thống mật mã, chẳng hạn như hàm băm, mật mã khóa công khai và kỹ thuật mã hóa.

Kết luận

Các hàm băm và mật mã khóa công khai là cốt lõi của các hệ thống chữ ký số, hiện được áp dụng cho một loạt các trường hợp sử dụng. Nếu được thực hiện đúng cách, chữ ký số có thể tăng tính bảo mật, đảm bảo tính toàn vẹn và tạo điều kiện cho việc xác thực tất cả các loại dữ liệu kỹ thuật số.

Trong lĩnh vực blockchain, chữ ký số được sử dụng để ký và ủy quyền thực hiện các giao dịch tiền điện tử. Chúng đặc biệt quan trọng đối với Bitcoin vì chữ ký đảm bảo rằng chỉ những cá nhân sở hữu khóa riêng tương ứng mới có thể tiêu được tiền.

Mặc dù chúng ta đã sử dụng cả chữ ký điện tử và chữ ký số trong nhiều năm, nhưng vẫn còn rất nhiều cơ hội để phát triển. Một phần lớn của bộ máy hành chính ngày nay vẫn dựa trên giấy tờ, nhưng chúng ta có thể sẽ thấy việc ứng dụng nhiều hơn các hệ thống chữ ký số khi chúng ta chuyển sang một hệ thống số hóa hơn.

VIC.News | Nguồn: Binance.Vision

? Kèo & Tool + Airdrop MIỄN PHÍ
https://Vicion.app/index-vi.html
IOS: vicion.app/ios
Android: vicion.app/android

? Kênh VIC chia sẻ kiến thức, kèo trade, IEO, pool
https://t.me/Vicvietnamese

? Group VIC thảo luận từ A-Z
https://t.me/xoadoigiamngheo

? Cập nhật tin HOT
https://viccrypto.com

Disclaimer: Bài viết chỉ nhằm mục đích cung cấp thông tin và không được coi là lời khuyên đầu tư. Đầu tư Crypto là một hình thức đầu tư mạo hiểm và người tham gia phải chịu hoàn toàn trách nhiệm với khoản đầu tư của mình. 

Follow us: Fanpage | Group FB | Group chat | Channel Analytics | Channel NFT Youtube