التوقيعات الرقمية والشهادات

يثبت التوقيع الرقمي أن مستندًا أو رسالةً أنشأها حامل مفتاح خاص محدد، وأنها لم تُعدّل. وعلى خلاف التوقيع المكتوب بخط اليد، يرتبط التوقيع الرقمي بالمحتوى رياضيًا، فأي تغيير يُبطل التوقيع.

عملية التوقيع:

1. تجزئة المستند: H = SHA256(document)
2. تشفير التجزئة بالمفتاح الخاص: sig = RSA_encrypt(H, private_key)
3. إرفاق التوقيع بالمستند

التحقق: فك تشفير sig بالمفتاح العام، وإعادة حساب التجزئة، ثم المقارنة.

خوارزميات التوقيع الحديثة:

• ECDSA (باستخدام P-256) — تُستخدم في شهادات TLS وBitcoin
• Ed25519 (EdDSA) — أسرع وأبسط، ولا تعاني من ثغرة العشوائية لكل توقيع، وتُستخدم في SSH وSignal

يُفضَّل استخدام Ed25519 في التطبيقات الجديدة.

تربط الشهادة الرقمية (X.509) مفتاحًا عامًا بهوية. وتحتوي على: اسم الموضوع، والمفتاح العام، وفترة الصلاحية، والجهة المُصدرة، والتوقيع الرقمي لجهة إصدار الشهادة. وعند زيارة مواقع HTTPS، يعرض الخادم شهادته لإثبات هويته.

جهة إصدار الشهادات (CA) هي جهة موثوقة توقّع الشهادات بعد التحقق من هوية مقدم الطلب. وتحتوي المتصفحات ومخازن الثقة في أنظمة التشغيل على شهادات جهات الإصدار الجذرية. وسلاسل الثقة هي: جهة إصدار جذرية ← جهة إصدار وسيطة ← شهادة الكيان النهائي.

‏Let's Encrypt جهة إصدار شهادات مجانية وآلية. وتصدر شهادات متحققًا من نطاقها (DV) صالحة لمدة 90 يومًا، ويمكن تجديدها تلقائيًا عبر بروتوكول ACME. وقد زادت بشكل كبير من انتشار HTTPS منذ عام 2015.

مستويات التحقق من الشهادات:

• DV (التحقق من النطاق) — يثبت التحكم في النطاق فقط
• OV (التحقق من المؤسسة) — يتحقق من وجود المؤسسة
• EV (التحقق الموسع) — تحقق صارم من الهوية (الشريط الأخضر، وقد أُلغي الآن في المتصفحات)

يجب إبطال الشهادات المخترقة:

• CRL (قائمة إبطال الشهادات) — قائمة قابلة للتنزيل بأرقام الشهادات التسلسلية المُبطلة
• OCSP (بروتوكول حالة الشهادة عبر الإنترنت) — فحص لحظي لشهادة واحدة
• OCSP Stapling — يرفق الخادم استجابة OCSP موقعة من جهة إصدار الشهادة بمصافحة TLS

سجلات شفافية الشهادات هي سجلات عامة لا يمكن تعديلها، وتضم كل شهادة صادرة. وتتطلب المتصفحات إثبات شفافية الشهادة. ويتيح ذلك اكتشاف الشهادات الصادرة بالخطأ خلال ساعات. البحث: crt.sh

يوقّع ناشرو البرامج الملفات التنفيذية باستخدام شهادات توقيع الشيفرة. ويتحقق نظام التشغيل من التوقيعات قبل التنفيذ. ويمنع ذلك تشغيل الملفات الثنائية التي عُدّلت دون اكتشاف ذلك. وتفرض آليتا Gatekeeper في macOS وSmartScreen في Windows سياسات توقيع الشيفرة.

يُضمّن تثبيت الشهادة الشهادات المتوقعة أو المفاتيح العامة داخل التطبيقات بشكل ثابت. وحتى إذا أصدرت سلطة تصديق مخترقة شهادة مزورة، ترفضها التطبيقات التي تطبق التثبيت. ويُستخدم ذلك في تطبيقات الأجهزة المحمولة والخدمات عالية الأمان. ويصعب تحديثه، لذا يُرجى استخدامه بحذر.

ما الآلية التي تتيح للمتصفحات التحقق في الوقت الفعلي من إبطال شهادة محددة؟

تثبت التوقيعات الرقمية الأصالة والسلامة باستخدام المفاتيح الخاصة. وتربط الشهادات المفاتيح العامة بالهويات، وتوقّعها سلطات التصديق. وتوفر Let's Encrypt شهادات DV مجانية. ويُستخدم CRL أو OCSP للإبطال. وتكشف سجلات Certificate Transparency الشهادات التي أُصدرت بشكل غير صحيح. وتُعد Ed25519 خوارزمية التوقيع الحديثة المفضلة.