ECDSA چیست؟

اگر تجربه کار با کیف پول‌های ارز دیجیتال را داشته باشید، باید با مفاهیمی مانند کلیدهای خصوصی و عمومی و امضای دیجیتال آشنا باشید. کلیدهایی که برای تأیید تراکنش‌ها و هویت فرستنده یا گیرنده استفاده می‌شوند، رشته‌هایی از اعداد و حروف هستند. این رشته‌های شخصیت منحصر به فرد با استفاده از فناوری‌های رمزنگاری مختلف تولید می‌شوند، و یکی از پیچیده‌ترین الگوریتم‌های رمزنگاری برای این منظور، امضای ECDSA است. آشنایی با الگوریتم امضای دیجیتال ECDSA به عنوان پرکاربردترین الگوریتم رمزنگاری در بلاکچین، به شما در درک بهتر از امنیت تراکنش‌ها و دارایی‌های موجود در کیف پول‌های ارز دیجیتال کمک می‌کند. به همین دلیل، در این مقاله به بررسی این نوع امضا و تأثیر آن بر امنیت تراکنش‌ها و دارایی‌های موجود در کیف پول‌های ارز دیجیتال می‌پردازیم.

امضای ECDSA چیست؟

در دنیای محاسبات و بلاکچین، از فناوری رمزگذاری نامتقارن یا رمزگذاری کلید عمومی (PKC) برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده می‌شود. این فناوری از یک جفت کلید خصوصی و کلید عمومی برای تأیید هویت فرستنده و گیرنده اطلاعات استفاده می‌کند. فرستنده اطلاعات را با استفاده از کلید خصوصی خود امضا می‌کند، آن را ارسال می‌کند و به ظاهر آن را رمزگذاری می‌کند. گیرنده نیز صحت کلید عمومی فرستنده را تأیید و آن را رمزگشایی می‌کند.

الگوریتم امضای ECDSA مخفف الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی است؛ یکی از پیچیده‌ترین روش‌های تولید کد با استفاده از کلید عمومی که قادر است با حفظ امنیت، جملاتی کوتاه‌تر را تولید کند. ECDSA ترکیبی از الگوریتم‌های قدیمی‌تر منحنی بیضی (ECC) و امضای دیجیتال (DSA) است. این مکانیسم از گروه‌های چرخه‌ای منحنی‌های بیضوی بر روی میدان‌های بی‌نهایت برای تولید کدهای خود استفاده می‌کند.

الگوریتم امضای ECDSA به شکلی که گواهی‌هایی تولید می‌کند، در واقع یک نوع سند دیجیتال است. این سند شامل اطلاعاتی درباره مالک کلید خصوصی و صادرکننده گواهی است. یک امضای 256 بیتی ECDSA همان سطح امنیتی کدهای RSA با طول 3072 بیت را داراست. RSA یکی از معروف‌ترین الگوریتم‌های رمزنگاری در جهان است.

فرآیند تولید کلید عمومی و خصوصی در الگوریتم ECDSA به شرح زیر است:

۱. یک منحنی بیضوی را انتخاب می‌کنیم.
۲. با استفاده از یک تابع مولد به نام G Generator، یک نقطه مبدا به نام G Point را انتخاب می‌کنیم.
۳. یک نقطه تصادفی روی منحنی با استفاده از اعداد صحیح را به عنوان کلید خصوصی انتخاب می‌کنیم.
۴. با ضرب اسکالر مختصات نقطه کلید خصوصی تا نقطه مبدا G، یک نقطه جدید را ایجاد کرده و آن را به عنوان کلید عمومی استفاده می‌کنیم.

استفاده از کلید عمومی در ECDSA نسبت به کلید خصوصی و مزایای امضای دیجیتال ECDSA عبارتند از:

• فشرده‌سازی کلید عمومی: در ECDSA، کلید عمومی به صورت یک نقطه دو متغیره در منحنی بیضوی با فشرده‌سازی قابل توجیه است. این فشرده‌سازی باعث کاهش طول کلید عمومی نسبت به کلید‌های عمومی RSA می‌شود.
• امنیت بالا: الگوریتم ECDSA بر اساس فرضیه ECDLP استوار است که حدس زدن کلید خصوصی از کلید عمومی بسیار دشوار است. این فرضیه با توجه به تعداد زیاد نقاط در منحنی بیضوی برقرار است. بنابراین، ECDSA در عین داشتن طول کلید کوتاه‌تر، امنیت بیشتری نسبت به رمزگذاری RSA دارد.
• کارایی بالا: ECDSA به دلیل طول کلید کوتاه‌تر، عملکرد بهتری در مقایسه با RSA دارد. این به این معنی است که امضای ECDSA به صورت سریعتر ایجاد و تأیید می‌شود و از لحاظ محاسباتی کارا است.
• استفاده در بلاکچین: ECDSA در بسیاری از سیستم‌های بلاکچین، از جمله بیت‌کوین، به عنوان الگوریتم امضای اصلی استفاده می‌شود. کلید عمومی شما روی منحنی بیضوی secp256k1 رمزگذاری می‌شود و ماینرها بدون دسترسی به کلید خصوصی شما، تراکنش‌ها را تأیید می‌کنند.
• حجم کمتر: به دلیل طول کوتاه‌تر کلید عمومی و امضای ECDSA، این الگوریتم باعث کاهش حجم اطلاعات مورد نیاز برای امضای دیجیتال می‌شود. این امر برای ارسال و ذخیره سازی اطلاعات مهم است.

به طور کلی، ECDSA یک الگوریتم امن، کارا و مناسب برای استفاده در محیط‌هایی است که نیاز به امضای دیجیتال و تأیید هویت و امنیت دارند.

امضای ECDSA، علاوه بر کاهش طول کلیدها، دارای مزایای دیگری نیز است که مهمترین آنها به شرح زیر است:

تأیید شخص ثالث: با استفاده از ECDSA، می‌توان امضای دیجیتال را توسط شخص ثالث تأیید کرد بدون اینکه امنیت آن به خطر بیفتد. این امر به معنای اطمینان حاصل کردن از اینکه امضای دیجیتال معتبر است و توسط فرد مورد نظر ایجاد شده است.

ایجاد امضای دیجیتال منحصر به فرد: برای هر جفت کلید خصوصی و عمومی در ECDSA، می‌توان یک امضای دیجیتال منحصر به فرد و غیر قابل تکرار ایجاد کرد. این ویژگی امنیتی مهمی را ارائه می‌دهد و از تقلب و تزویر در امضاهای دیجیتال جلوگیری می‌کند.

تولید کلیدهای عمومی نامحدود: با استفاده از ECDSA، می‌توان تعداد بی‌نهایتی کلید عمومی ایجاد کرد. این ویژگی امکانات بیشتری را برای سیستم‌ها و برنامه‌هایی که نیاز به تولید کلیدهای عمومی متعدد دارند، فراهم می‌کند.

تسهیل و تسریع در تایید تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند: ECDSA به دلیل کوتاه بودن کلیدها و سرعت بالای عملیات امضا، تایید تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند را سریعتر و آسان‌تر می‌کند. این امر به بهبود عملکرد و کارایی سیستم‌های اعتبارسنجی و اجرای قراردادهای هوشمند کمک می‌کند.

کاهش حجم داده‌ها و هزینه‌های تراکنش: با استفاده از ECDSA، حجم اطلاعات مورد نیاز برای امضای دیجیتال کاهش می‌یابد. این امر منجر به کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی و انتقال داده در بلاک‌ها می‌شود و بهبود قابل توجهی در هزینه‌های تراکنش ناشی می‌شود.

پشتیبانی از منابع کد: ECDSA در بسیاری از کتابخانه‌ها و منابع کد مانند Botan، Bouncycastle، Crypto++، Microsoft Crypto API و OpenSSL پشتیبانی می‌شود. این وجود گسترده کدهای منبع باز، انعطاف‌پذیری و گسترش‌پذیری الگوریتم را افزایش می‌دهد.

امکامضای ECDSA، علاوه بر کاهش طول کدها، مزایای دیگری نیز دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

توانایی تأیید شخص ثالث امضای دیجیتال بدون به خطر انداختن امنیت: با استفاده از ECDSA، می توان امضای دیجیتال را توسط شخص ثالث تأیید کرد بدون اینکه امنیت آن به خطر بیفتد. این به معنی اطمینان حاصل کردن از اینکه امضای دیجیتال معتبر است و توسط فرد مورد نظر ایجاد شده است.

ایجاد امضای دیجیتال منحصر به فرد: با استفاده از ECDSA، برای هر جفت کلید خصوصی و عمومی می توان یک امضای دیجیتال منحصر به فرد و غیر قابل تکرار ایجاد کرد. این ویژگی امنیتی مهمی را فراهم می کند و از تقلب و تزویر در امضاهای دیجیتال جلوگیری می کند.

تولید کلیدهای عمومی نامحدود: با استفاده از ECDSA، می توان تعداد بی‌نهایتی کلید عمومی ایجاد کرد. این ویژگی امکانات بیشتری را برای سیستم‌ها و برنامه‌هایی که نیاز به تولید کلیدهای عمومی متعدد دارند، فراهم می کند.

تسهیل و تسریع در تایید تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند: ECDSA به دلیل کوتاه بودن کلیدها و سرعت بالای عملیات امضا، تایید تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند را سریعتر و آسان‌تر می کند. این بهبود عملکرد و کارایی سیستم‌های اعتبارسنجی و اجرای قراردادهای هوشمند را تسهیل می کند.

کاهش حجم داده‌ها و هزینه‌های تراکنش: با استفاده از ECDSA، حجم اطلاعات مورد نیاز برای امضای دیجیتال کاهش می‌یابد. این منجر به کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی و انتقال داده در بلاک‌ها می‌شود و بهبود قابل توجهی در هزینه‌های تراکنش ناشی می‌شود.

پشتیبانی از منابع کد: ECDSA در بسیاری از کتابخانه‌ها و منابع کد مانند Botan، Bouncycastle، Crypto++، Microsoft Crypto API و OpenSSL پشتیبانی می‌شود. این وجود گسترده کدهای منبع باز، انعطاف‌پذیری و گسترش‌پذیر

مشکلات فناوری رمزگذاری و امضای الکترونیکی ECDSA، علیرغم مزایای آن، هنوز به میزان کمتری نسبت به RSA مورد استفاده قرار می‌گیرد. این امر ممکن است به دلیل تاریخچه طولانی RSA باشد، اما می‌توان نقاط ضعفی را نیز برای روش رمزگذاری ECDSA در نظر گرفت.

یکی از بزرگترین مشکلات امضای ECDSA، پیچیدگی اجرای آن برای کسب و کارهای کوچک و متوسط است. آن‌ها برای پیاده‌سازی این روش در وب‌سایت‌ها و برنامه‌های کاربردی خود، باید هزینه‌های قابل توجهی را متقبل شوند. همچنین هر نقصی در پیاده‌سازی، به محیطی برای حملات هکرها تبدیل خواهد شد. به عنوان مثال، در سال 2010 کلید خصوصی کنسول بازی PlayStation 3 توسط هکرها دزدیده شد به دلیل یک ضعف در پیاده‌سازی. و در ماه آگوست سال 2013، هکرها توانستند مقادیر قابل توجهی را از حساب‌های کاربران کیف‌پول بیت‌کوین اندروید بدزدند. این حادثه به دلیل تولید ناصحیح کلید خصوصی توسط مولفهای تصادفی ضعیف رخ داد.

علاوه بر این، به طور کلی تمام روش‌های رمزگذاری، از جمله ECDSA، نسبت به روش‌های محاسبات کوانتومی کمترین سرعت و قابلیت مقیاس‌پذیری را دارا هستند. با این حال، استفاده از محاسبات کوانتومی در تولید امضای دیجیتال هنوز در مراحل ابتدایی و آزمایشی خود قرار دارد.

سایر نقاط ضعف امضای ECDSA عبارتند از:

کندی فرآیند از تولید کلید خصوصی تا تأیید توسط گیرنده، که ممکن است بر سرعت و دشواری استخراج ارز دیجیتال تأثیر منفی بگذارد.

هزینه اجرای بالا ناشی از پیچیدگی این روش.

مراحل امضای دیجیتال در ECDSA که نیازمند محاسبات پیچیده‌ای هستند.

به طور کلی، این نقاط ضعف باعث شده است که ECDSA در مقابل روش‌های دیگر مورد استفاده در برخی حوزه‌ها کمتر مورد توجه قرار گیرد.

بعد از تولید کلیدهای خصوصی و عمومی، برای اتمام تراکنش، فرستنده نیاز به امضای دیجیتال دارد. امضای ECDSA از جفتی از اعداد صحیح (r،s) تشکیل شده است. اعداد r و s با استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی و اعمال توابعی مانند mod n، هش (Hash) و لگاریتم طبیعی (Ln) روی کلیدهای خصوصی و عمومی به دست می‌آیند.

فرآیند امضای ECDSA با رمزگذاری یک نقطه تصادفی به نام R که تنها دارای مختصات x است، با استفاده از کلید خصوصی شروع می‌شود. سپس پیام هش شده به عدد s تبدیل می‌شود. این عملیات با استفاده از تبدیل منحنی بیضی انجام شده و اطمینان حاصل می‌کند که کلید خصوصی متعلق به فرستنده امضاکننده است. از سوی دیگر، تاییدکننده امضا با استفاده از کلید عمومی، هش پیام و فشرده‌سازی x با مختصات r، عدد s را به مبدأ R بازمی‌گرداند.

به طور خلاصه، فرستنده پیام یا فایل را با استفاده از کلید خصوصی خود و هشی از فایل امضا می‌کند که یک شماره منحصر به فرد برای فایل است. گیرنده تنها نیاز به کلید عمومی خود برای تأیید فایل و اطمینان از صحت آن دارد. بنابراین، واضح است که کلید عمومی تنها یک راهنمای برای تأیید تراکنش است و قدرت امضای دیجیتال را ندارد.

• کاربردهای ECDSA:

الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی به دلیل استفاده گسترده‌ای که در بلاکچین‌های ارزهای دیجیتال دارد، شهرت یافته است. اما این فناوری نه چندان جدید و نوپا است و حضور آن در دنیای دیجیتال به سال ۲۰۰۵ بازمی‌گردد. در طول سال‌ها، امضای ECDSA کاربردهای متنوعی را پیدا کرده است. برخی از کاربردهای مهم عبارتند از:

برنامه‌های پیام‌رسان مانند واتساپ: ECDSA در امنیت و تأییدیه اطلاعات در برنامه‌های پیام‌رسان نقش مهمی ایفا می‌کند.

تأیید و انتقال در کیف‌پول‌های ارز دیجیتال: امضای ECDSA در فرآیند واریز و دریافت ارزهای دیجیتال در کیف‌پول‌ها استفاده می‌شود.

لایه‌های امنیت و انتقال TLS و SSL در مرورگرهای وب: امضای ECDSA در فرآیند رمزگذاری و تأمین ارتباطات امن در صفحات وب با استفاده از پروتکل‌های TLS و SSL اهمیت دارد.

رمزگذاری اتصالات در وبسایت‌های HTTPS: ECDSA برای امن‌سازی ارتباطات در وبسایت‌هایی که از پروتکل HTTPS استفاده می‌کنند، استفاده می‌شود.

کمک به حفظ حریم خصوصی کاربر در برنامه‌های ارتباطی ناشناس مانند Tor: ECDSA در برنامه‌هایی مانند Tor به حفظ حریم خصوصی کاربران کمک می‌کند.

استفاده‌های ECDSA در این زمینه‌ها نشان از اهمیت و کارایی این الگوریتم در امنیت و ارتباطات دیجیتالی دارد.

تفاوت بین امضای ECDSA و امضای Schnorr:

یکی از جدی‌ترین رقبای الگوریتم امضای دیجیتال ECDSA، الگوریتم امضای Schnorr است. الگوریتم Schnorr حتی قدیمی‌تر از RSA است و در سال ۱۹۹۱ توسط کلاوس اشنور اختراع شد. امضای Schnorr نیز از رمزنگاری منحنی بیضوی استفاده می‌کند، اما نیاز به محاسبات بسیار کمتر و ساده‌تری دارد. به همین دلیل، بسیاری آن را گزینه بهتری برای استفاده در بلاکچین می‌دانند؛ زیرا خطر افشای کلید خصوصی را به دلیل اجرای نادرست یا ناقص کاهش می‌دهد. مزایای دیگر الگوریتم Schnorr نسبت به امضای ECDSA عبارتند از:

کاهش طول و حجم کدهای دیجیتال: الگوریتم Schnorr با حفظ امنیت و سرعت، امکان کاهش طول و حجم کدهای دیجیتال را در فرآیند ارسال و تأیید اطلاعات فراهم می‌کند.

امکان ترکیب چند امضا: Schnorr قابلیت ترکیب چند امضا را در یک امضای معتبر برای مجموعه‌ای از کلیدها فراهم می‌کند. این ویژگی منجر به کاهش کارمزد تراکنش‌ها و افزایش مقیاس‌پذیری بلاکچین می‌شود.

افزایش حریم خصوصی: با استفاده از الگوریتم Schnorr، می‌توان یک آدرس جمع‌آوری شده را برای تراکنش‌های چند امضایی نشان داد، به جای نمایش اکثر آدرس‌ها. این امر به حریم خصوصی افراد کمک می‌کند.

کاهش حجم اطلاعات برای پرداخت‌های چند امضایی: الگوریتم Schnorr باعث کاهش حجم اطلاعات مورد نیاز برای انجام پرداخت‌های چند امضایی می‌شود.

عدم امکان تأیید اعتبار امضای اصلاح شده: با استفاده از Schnorr، امکان تأیید اعتبار برای امضای اصلاح شده وجود ندارد، که این امر خطر تغییر پیام ارسال شده را به حداقل می‌رساند.

با این تفاوت‌ها، الگوریتم Schnorr به عنوان جایگزینی قدرتمند برای ECDSA در حوزه امنیت و امضای دیجیتال مطرح است.

مزایا و کاربردهای الگوریتم امضای Schnorr در برخی از بلاکچین‌ها و ارزهای دیجیتال به شرح زیر است:

بسیاری از افراد Schnorr را به عنوان جایگزین مناسبی برای الگوریتم ECDSA در نظر می‌گیرند. با این حال، این الگوریتم حتی در کنار RSA نیز قابل قبول‌تر به نظر می‌رسد. در حال حاضر، بلاکچین‌هایی مانند Kusama، Ziliqa و Polkadata از Schnorr به عنوان یکی از روش‌های دیگر استفاده می‌کنند. همچنین، بیتکوین، اتریوم، ریپل، کاردانو، لایتکوین، دوچ کوین، آوالانچ و بسیاری از بلاکچین‌های دیگر همچنان به الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی وفادار هستند.

نظر به اینکه صنعت ارزهای دیجیتال در اساس خود بر محاسبات دقیق استوار است، برای کاربران ارزهای دیجیتال اهمیت زیادی دارد که جزئیات فنی مرتبط را درک کنند. برای معامله‌گران، ماینرها و به طور کلی افراد فعال در این بازار، درک این محاسبات دشوار نیست. با این حال، آشنایی با جزئیات فنی می‌تواند تأثیر مستقیمی بر رشد یک ارز دیجیتال و پتانسیل بلاکچین آن داشته باشد. به عنوان مثال، استفاده از الگوریتم ECDSA در یک بلاکچین ممکن است نشان دهنده امنیت بالای آن باشد، اما تغییر به الگوریتم‌های پیشرفته‌تر مانند Schnorr می‌تواند فرصتی برای رشد قیمت ارز مربوطه فراهم کند.