Was sind kryptografische Signaturen? Kompletter Anfängerleitfaden

Kryptografische Signaturen

Kryptografische Signaturschemata sind eine grundlegende Komponente von Kryptowährungsnetzwerken, die die Integrität und Nicht-Zurückweisung von Transaktionsnachrichten im gesamten Netzwerk überprüfen. Sie beschäftigen asymmetrische Kryptographie und nehmen zahlreiche Formen an.

Die Arten von kryptografischen Signaturen (auch als digitale Signaturen bezeichnet), die in einer bestimmten Kryptowährung angewendet werden, werden normalerweise aufgrund bestimmter Vorteile ausgewählt, die sie bieten. Seit ihrer Gründung wurden sie kontinuierlich optimiert, um ihre Effizienz und Sicherheit zu verbessern.

Kryptografische Signaturen

Kryptowährungen haben eine lebendige neue Anwendung digitaler Signaturen hervorgebracht, und ihre zukünftige Entwicklung wird sicherlich weitere Fortschritte auf dem Gebiet der Kryptographie begleiten.

Eine kurze Geschichte

Die erste Konzeption digitaler Signaturalgorithmen wird Whitfield Diffie und Martin Hellman auf der Grundlage einer Einbahnstraße zugeschrieben Falltürfunktionen die sie in ihrem 1976 geprägt haben Papier-. Falltürfunktionen werden in der Kryptographie häufig verwendet und sind mathematisch so zusammengesetzt, dass sie in einer Richtung leicht und in der umgekehrten Richtung äußerst schwer zu berechnen sind.

Rivest, Shamir und Adleman entwickelten anschließend den ersten primitiven Algorithmus für digitale Signaturen, der als RSA bekannt ist. RSA ist der heute am weitesten verbreitete kryptografische Algorithmus und dominiert die sichere Übertragung von Daten über das Internet. Bald darauf wurden bekannte digitale Signaturschemata wie die Lamport Signature und Merkle Bäume wurden entwickelt, wobei Merkle Trees in ähnlicher Weise als Kernkomponente von Blockchain-Netzwerken fungiert.

Was ist ein Merkle-Baum?

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Digitale Signaturen verwenden die Kryptografie mit öffentlichen / privaten Schlüsseln, wobei ein Schlüsselpaar als Teil eines Algorithmus zum Senden privater Nachrichten über ungesicherte Kanäle verwendet wird. Der Zweck besteht darin, die Authentizität der Nachricht durch den öffentlichen Schlüssel zu erreichen und zu überprüfen, ob die Nachricht vom entsprechenden privaten Schlüssel stammt. Bei der Verschlüsselung kann nur der Inhaber des privaten Schlüssels die mit dem öffentlichen Schlüssel gesendete und verschlüsselte Nachricht entschlüsseln. Die Nicht-Zurückweisung ist eine weitere wichtige Komponente. Dies bedeutet, dass ein Unterzeichner nicht leugnen kann, dass er eine Transaktion unterzeichnet hat, und dass es für Dritte mathematisch unmöglich ist, eine Unterschrift zu fälschen.

Ein Algorithmus für digitale Signaturen besteht normalerweise aus drei Komponenten:

  1. Schlüsselgenerierung
  2. Signaturalgorithmus
  3. Algorithmus zur Überprüfung der Signatur

Die Schlüsselgenerierung ist für die Integrität der digitalen Signatur von entscheidender Bedeutung, da sie den privaten Schlüssel und den entsprechenden öffentlichen Schlüssel ausgibt. In Kryptowährungen muss der private Schlüssel zufällig generiert werden, um sicherzustellen, dass niemand neben dem Benutzer Zugriff auf die entsprechende Brieftasche hat.

Der Signaturalgorithmus erzeugt eine Signatur, die einer Nachricht (d. H. Einer Transaktion) und dem privaten Schlüssel gegeben ist.

Der Signaturüberprüfungsalgorithmus überprüft die Authentizität der Signatur, wenn sie die Nachricht, den öffentlichen Schlüssel und die digitale Signatur erhält

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Nachdem der Empfänger einer Transaktion die Authentizität einer Nachricht überprüft hat, kann er die Integrität überprüfen, indem er die Nachricht über denselben Hashing-Algorithmus wie der Absender ausführt. Heutzutage sind zahlreiche kryptografische Signaturschemata verfügbar. Schauen wir uns also einige der gängigsten und einige der fortgeschritteneren Schemata am Horizont an.

Lamport-Unterschriften

Lamport-Unterschriften waren eine der frühesten digitalen Signaturen und sind speziell einmalige Schlüssel, die nicht wiederverwendet werden können. Lamport-Signaturen wurden 1979 von Leslie Lamport erfunden und können mit jeder Einweg-Falltürfunktion gesichert werden, wodurch sie in ihrem Design außerordentlich flexibel sind. Normalerweise verwenden sie Hash-Funktionen, und ihre Sicherheit hängt direkt von der Sicherheit der Hash-Funktion ab.

Lamport-Signaturen können aus erweiterten kryptografischen Hash-Funktionen wie dem quantenresistenten Skein- oder Keccack-Hash erstellt werden. Da sie große Hash-Funktionen wie Skein und Keccack aufnehmen können, sind Lamports ideal für den Quantenwiderstand im Frühstadium, obwohl das dynamische Potenzial von Quantencomputern und die daraus resultierenden Fortschritte bei ihrer Entstehung kaum vorherzusagen sind.

RSA-Algorithmus für digitale Signaturen

Der derzeitige Standard des Internets für die Nachrichtenverschlüsselung, der den RSA-Algorithmus verletzt, ist als bekannt RSA-Problem. Die Einweg-Falltürfunktion basiert auf dem Konzept von Primfaktorisierung.

RSA-Kryptographie

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RSA ist umständlicher als andere Algorithmen für digitale Signaturen und wird für die Massenverschlüsselung verwendet, anstatt Benutzerdaten direkt zu verschlüsseln. Es bleibt jedoch bei weitem der beliebteste Algorithmus für digitale Signaturen, der heute verwendet wird.

Algorithmus für digitale Signaturen mit elliptischer Kurve (ECDSA)

ECDSA wird in vielen Kryptowährungen verwendet und ist der Algorithmus der digitalen Signatur der Wahl für Bitcoin bis zu seinem bevorstehenden Übergang zu Schnorr-Signaturen. ECDSA ist aufgrund seiner viel kleineren Schlüsselgröße effizienter als die RSA-Kryptographie. Dies ist eine optimale Wahl für Blockchains, die das Aufblähen von Blockchain reduzieren müssen und sich mit zunehmenden Größen von Vollkunden auseinandersetzen müssen.

Kryptographie mit elliptischen Kurven

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ECDSA stützt sich auf den Begriff Punktmultiplikation Bereitstellung der für eine digitale Signatur erforderlichen Einweg-Trapdoor-Funktionalität. Die Verschlüsselung für ECDSA basiert auf einer algebraischen Funktion und ihrer Kurve über einem endlichen Graphen. Eine gute Zufälligkeit ist für jeden Algorithmus für digitale Signaturen unerlässlich, bei ECDSA jedoch besonders wichtig.

Ein 384-Bit-ECDSA-Schlüssel wird von der NSA als sicher genug für die am meisten klassifizierten Regierungsinformationen angesehen.

Ringsignatur

Eine Ringsignatur ist eine Art digitaler Signatur, die den tatsächlichen Unterzeichner einer Transaktion verschleiert, indem ihre Signatur innerhalb einer Gruppe (Ring) anderer gültiger Signaturen zusammengeführt wird. Das Design sollte es so gestalten, dass es rechnerisch nicht möglich ist, festzustellen, wer der wahre Unterzeichner der Transaktion ist.

Was sind Ringsignaturen?

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Ringsignaturen werden in den CryptoNote-Münzen verwendet, einschließlich Monero. Monero verwendet Ringsignaturen, indem ein Kontoschlüssel des Transaktionssenders mit anderen öffentlichen Schlüsseln gemischt wird, sodass alle Ringmitglieder gleich und gültig sind. Öffentliche Schlüssel können mehrfach für verschiedene Ringsignaturen im Netzwerk verwendet werden. In Monero sollen sie die Fungibilität des XMR-Tokens erhöhen, indem sichergestellt wird, dass die Transaktionsausgaben nicht nachvollziehbar sind.

Es gibt verschiedene Arten von Ringsignaturen. Ringsignaturen in Monero basieren auf rückverfolgbare Ringsignaturen bevor sie optimiert werden, um zu werden Vertrauliche Transaktionen anrufen, Das ist ihre aktuelle Iteration in Monero.

Schnorr-Unterschriften

Schnorr-Signaturen, die von Kryptographen allgemein als die besten digitalen Signaturen angesehen werden, bieten gegenüber anderen Methoden zahlreiche Vorteile. Schnorr-Signaturen wurden für die Integration in Bitcoin mit ermöglicht Getrennter Zeuge und waren lange Zeit eine der obersten Prioritäten unter den Bitcoin-Entwicklern, um die ECDSA zu ersetzen.

Schnorr-Signaturen sind bekannt für ihre elegante Einfachheit und Effizienz. Die Trapdoor-Funktion, die Schnorr-Signaturen sichert, basiert auf bestimmten diskrete Logarithmusprobleme. Wie andere Falltürfunktionen wie die Primfaktorisierung in RSA sind diese Probleme unlösbar und machen sie zu Einwegfunktionen.

Einer der wichtigsten Vorteile von Schnorr-Signaturen ist die Unterstützung von Mehrfachsignaturen. In Bitcoin erfordern alle Transaktionseingaben eine eigene Signatur, was zu einer ineffizienten Anzahl von Signaturen in jedem Block führt. Mit Schnorr-Signaturen können alle diese Eingaben zu einer Signatur zusammengefasst werden, wodurch in jedem Block viel Platz gespart wird. Darüber hinaus können Schnorr-Signaturen den Datenschutz erhöhen, indem sie Benutzer zur Verwendung anregen CoinJoin, die Münzmischtechnik, die traditionell zu unpraktisch war, um sie regelmäßig anzuwenden. Schnorr-Signaturen reduzieren die Größe von Transaktionen in CoinJoin, senken die Mining-Gebühr und machen die Integration von Wallet-Services als Feature praktikabler.

Schließlich können Schnorr-Signaturen dazu beitragen, die Kapazität von Multisig-Transaktionen zu erhöhen. Mit der gleichen Größe der digitalen Signatur wie bei einer herkömmlichen Transaktion sind erheblich komplexere Multisig-Transaktionen wie zwanzig von einhundert oder fünfzigtausend möglich. Die Folgen davon sind komplexere Smart Contract-Funktionen und eine bessere Skalierbarkeit des Netzwerks.

Fazit

Kryptografische Signaturen sind seit ihrer Gründung ein faszinierendes Forschungsgebiet. Kryptowährungen haben die Entwicklung auf dem Gebiet der Kryptographie seit ihrer Verbreitung und ihrem Eintritt in den Mainstream beschleunigt. Weiterentwickelte Signaturschemata werden sich im Verlauf der Branche sicherlich weiterentwickeln.

Derzeit scheint ECDSA die erste Wahl für die meisten Kryptowährungsnetzwerke zu sein, während Ringsignaturen bei datenschutzorientierteren Kryptowährungen beliebt sind. Schnorr-Signaturen sind seit einiger Zeit sehr aufregend, und ihre bevorstehende Integration in Bitcoin dürfte der alten Kryptowährung einige hervorragende Vorteile bieten.

Mike Owergreen Administrator
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