Cos'è una firma digitale?

Nozioni di base

Il concetto di garantire l'autenticità e l'integrità dei dati digitali è reso possibile da un meccanismo crittografico noto come firma digitale. A differenza delle firme autografe, le firme digitali sono più complesse e offrono livelli di sicurezza più elevati.

Una firma digitale può essere definita come un codice allegato a un messaggio o a un documento, che dimostra che il messaggio non è stato alterato durante la trasmissione tra mittente e destinatario.

Sebbene la crittografia sia stata usata per proteggere le comunicazioni fin dall'antichità, è stato solo con lo sviluppo della crittografia a chiave pubblica negli anni '70 che gli schemi di firma digitale sono diventati fattibili. Pertanto, per comprendere come funzionano le firme digitali, è necessario prima capire i fondamenti delle funzioni di hash e della crittografia a chiave pubblica.

Funzioni di hash

I sistemi di firma digitale si basano fortemente sulle funzioni di hash, fondamentali per trasformare dati di qualsiasi dimensione in un output di dimensione fissa. Le funzioni di hash sono algoritmi unici che producono un valore hash o digest del messaggio e sono pertanto essenziali per generare impronte digitali uniche. Utilizzando funzioni di hash crittografiche in combinazione con la crittografia, il valore hash risultante o digest diventa un mezzo affidabile per verificare l'autenticità dei dati digitali. Qualsiasi modifica ai dati di input o al messaggio provocherebbe un output completamente diverso o un valore hash differente. Perciò, le funzioni di hash crittografiche sono ampiamente utilizzate per verificare l'autenticità dei dati digitali.

Crittografia a chiave pubblica (PKC) 

La crittografia a chiave pubblica è una tecnica crittografica che utilizza due chiavi matematicamente correlate: pubblica e privata. Queste chiavi possono essere usate sia per la cifratura dei dati sia per le firme digitali, il che rende la PKC uno strumento di cifratura più sicuro rispetto ai metodi tradizionali di cifratura simmetrica.

La caratteristica unica della PKC è che la cifratura dei dati avviene con la chiave pubblica, mentre la chiave privata corrispondente è utilizzata per la decifratura. Questo approccio supera i limiti dei sistemi più vecchi che si basano sulla stessa chiave per cifrare e decifrare.

Oltre alle sue capacità di cifratura, la PKC può anche generare firme digitali. Questo processo prevede l'uso della chiave privata del firmatario per hashare un messaggio o dei dati digitali. Il destinatario del messaggio può quindi verificare la validità della firma usando la chiave pubblica fornita dal firmatario.

Sebbene alcune firme digitali possano coinvolgere la cifratura, lo schema PKC non la richiede sempre. Per esempio, la blockchain di Bitcoin usa la PKC e le firme digitali ma non coinvolge la cifratura. Invece, Bitcoin utilizza l'Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) per autenticare le transazioni.

Come funzionano le firme digitali? 

Nelle criptovalute, i sistemi di firma digitale spesso seguono tre passaggi essenziali: hashing, firma e verifica.

L'hashing è il primo passo e consiste nel sottoporre un messaggio o dei dati digitali a un algoritmo di hashing per generare un valore hash di lunghezza fissa. Sebbene l'hashing non sia obbligatorio per creare una firma digitale, è tipicamente usato nelle criptovalute perché semplifica il processo.

Dopo l'hashing, il mittente del messaggio lo firma usando la propria chiave privata. L'algoritmo di firma digitale può variare, ma il ricevente verificherà la firma risultante utilizzando la chiave pubblica corrispondente fornita dal firmatario.

A differenza delle firme autografe, spesso identiche indipendentemente dal messaggio, le firme digitali sono uniche per ogni messaggio. Quando Bob riceve il messaggio, può verificare la firma digitale usando la chiave pubblica fornita da Alice. Questo assicura che solo Alice, che possiede la chiave privata corrispondente, avrebbe potuto generare la firma.

Per evitare accessi non autorizzati, Alice deve mantenere riservata la sua chiave privata. Se qualcun altro ne dovesse venire in possesso, potrebbe creare firme digitali fingendo di essere Alice. Nel contesto di Bitcoin, ciò potrebbe permettere transazioni non autorizzate e trasferimenti di Bitcoin.

Perché le firme digitali sono necessarie? 

Le firme digitali servono tre scopi principali: integrità dei dati, autenticazione e non ripudiabilità.

Per quanto riguarda l'integrità dei dati, le firme digitali assicurano che i messaggi rimangano invariati durante la trasmissione. Se qualcuno modifica il messaggio, anche la firma risulterà alterata, avvisando il destinatario che il messaggio è stato manomesso.

L'autenticazione è un altro aspetto cruciale delle firme digitali. Mantenendo sicura la chiave privata, Alice può usare la propria chiave pubblica per dimostrare di essere l'autrice della firma. In questo modo, Bob può verificare che il messaggio sia stato inviato da Alice e non da qualcun altro che si finge lei.

Infine, le firme digitali forniscono la non ripudiabilità, il che significa che Alice non può negare di aver inviato il messaggio dopo aver creato e inviato la firma. A meno che la chiave privata di Alice non venga compromessa, nessun altro potrebbe aver creato quella specifica firma.

Casi d'uso 

L'uso delle firme digitali si estende a vari campi come Tecnologia dell'Informazione, Finanza, Giuridico, Sanità e Blockchain, tra gli altri.

Nella Tecnologia dell'Informazione, le firme digitali possono essere impiegate per aumentare la sicurezza dei sistemi di comunicazione su Internet. Questo migliora l'integrità e la riservatezza dei documenti digitali.

Nel settore Finanziario, le firme digitali possono essere implementate per audit, note spese, contratti di prestito e altre transazioni finanziarie. L'uso delle firme digitali può snellire i processi e ridurre gli errori.

I documenti legali come contratti commerciali e pratiche governative possono essere firmati digitalmente, garantendo autenticità e prevenendo frodi.

In Sanità, le firme digitali possono essere utilizzate per verificare la validità di prescrizioni e cartelle cliniche, riducendo il rischio di attività fraudolente.

Nel contesto della tecnologia Blockchain, gli schemi di firma digitale assicurano che solo i legittimi proprietari delle criptovalute possano firmare una transazione per spostare fondi. Questo garantisce la sicurezza e l'integrità della rete blockchain finché le chiavi private rimangono protette.

Limitazioni

Garantire la sicurezza degli schemi di firma digitale richiede il soddisfacimento di almeno tre requisiti: scelta appropriata dell'algoritmo, implementazione efficace e tutela delle chiavi private. La qualità dell'algoritmo è cruciale per ottenere uno schema di firma digitale affidabile, il che richiede la selezione di funzioni di hash e sistemi crittografici attendibili. Tuttavia, anche con buoni algoritmi, un'implementazione impropria può comunque portare a vulnerabilità nel sistema di firma digitale. Infine, se le chiavi private vengono divulgate o compromesse, autenticità e non ripudiabilità vengono meno; per gli utenti di criptovalute, la perdita di una chiave privata può comportare ingenti perdite finanziarie.

Firme elettroniche vs firme digitali 

Il metodo di autenticazione è la principale differenza tra firme elettroniche e firme digitali. Mentre le firme elettroniche comprendono tutti i metodi elettronici per firmare documenti e messaggi, le firme digitali utilizzano specificamente sistemi crittografici come funzioni di hash, crittografia a chiave pubblica e tecniche di cifratura. Pertanto, tutte le firme digitali sono considerate firme elettroniche, ma non tutte le firme elettroniche sono firme digitali.

Conclusione

L'applicazione dei sistemi di firma digitale copre un'ampia gamma di casi d'uso, basandosi su componenti fondamentali come le funzioni di hash e la crittografia a chiave pubblica. Questi sistemi, se implementati correttamente, offrono maggiore sicurezza, garantiscono l'integrità dei dati e facilitano l'autenticazione di ogni tipo di dato digitale.

Nel contesto della tecnologia blockchain, le firme digitali sono essenziali per autorizzare e firmare le transazioni in criptovaluta, in particolare nel caso di Bitcoin. Queste firme assicurano che solo i possessori delle chiavi private corrispondenti possano spendere le monete associate.

Nonostante anni di utilizzo di firme elettroniche e digitali, c'è ancora molto margine di crescita. Attualmente, una parte significativa dei processi burocratici si basa ancora su metodi cartacei. Tuttavia, con il continuo passaggio alla digitalizzazione, è probabile che assisteremo a una maggiore adozione degli schemi di firma digitale in futuro.