الخوارزميات المحددة للتوقيع الرقمي

ما هي خوارزمية التوقيع الرقمي؟

خوارزمية التوقيع الرقمي هي تقنية تشفيرية تعتمد على استخدام مفتاح خاص لتوقيع الرسائل ومفتاح عام للتحقق منها، بما يثبت مصدر الرسالة وسلامتها. يمكن تشبيهها بوضع ختم تحقق قابل للفحص على مستند إلكتروني—مرئي للجميع من دون إخفاء المحتوى.

المفتاح الخاص هو رقم سري يُولّد عشوائيًا ويعرفه فقط مالكه. أما المفتاح العام فيُشتق من المفتاح الخاص ويُستخدم كمُعرّف علني للتحقق من التوقيع. التواقيع الرقمية تجيب عن سؤالين جوهريين: من أرسل الرسالة؟ وهل تم تغييرها أثناء النقل؟

في البلوكشين، تشير "الرسالة" غالبًا إلى بيانات معاملة أو معلومات تفويض. لن تدرج العقد معاملتك في كتلة إلا بعد التحقق من التوقيع باستخدام مفتاحك العام.

كيف تعمل خوارزميات التوقيع الرقمي؟

العملية الأساسية لخوارزمية التوقيع الرقمي تتضمن توليد زوج من المفاتيح، توقيع الرسالة، ثم السماح للآخرين بالتحقق من التوقيع باستخدام المفتاح العام. المبدأ الأساسي: لا يمكن التوقيع إلا بالمفتاح الخاص، بينما يمكن لأي شخص التحقق من التوقيع.

1. توليد زوج المفاتيح: تنشئ المحفظة مفتاحًا خاصًا وتحسب المفتاح العام المقابل. يجب حفظ المفتاح الخاص أو العبارة الأولية (mnemonic) في مكان آمن؛ أما المفتاح العام فيمكن مشاركته علنًا.
2. توقيع الرسالة: بدلاً من توقيع الرسالة الأصلية مباشرة، تقوم معظم الأنظمة أولاً بتجزئة الرسالة إلى ملخص قصير، ثم تستخدم المفتاح الخاص لتوقيع هذا الملخص. هذا يعزز الكفاءة والأمان.
3. التحقق باستخدام المفتاح العام: يقوم المراجع بتجزئة الرسالة نفسها ويستخدم المفتاح العام للتحقق من صحة التوقيع. إذا تطابقا، تُعتبر الرسالة "أصلية" و"غير معدلة".

على سبيل المثال، تستخدم خوارزمية ECDSA (خوارزمية التوقيع الرقمي بالمنحنيات الإهليلجية) قيمة عشوائية لمرة واحدة في كل توقيع. يجب أن تكون هذه القيمة غير متوقعة وألا يعاد استخدامها، لأن ضعف العشوائية قد يؤدي إلى كشف المفتاح الخاص.

حالات استخدام خوارزميات التوقيع الرقمي في Web3

تُعد خوارزميات التوقيع الرقمي أساسية لتأكيد المعاملات، وتفويض الصلاحيات، والتحقق من الرسائل في Web3. بدون التواقيع، لا تستطيع عقد البلوكشين الوثوق بمصدر المعاملات.

• المعاملات: تتطلب شبكات البلوكشين العامة مثل Ethereum وBitcoin من المستخدمين توقيع بيانات المعاملات. بعد التحقق من صحة التوقيع فقط، تُبث المعاملات وتُدرج في الكتل.
• الصلاحيات: العديد من بروتوكولات التمويل اللامركزي (DeFi) تتطلب توقيع رسائل "تصريح" (permit)، لتفويض العقود الذكية بإنفاق رموزك—وهو ما يعادل الموافقة الخطية رقميًا.
• مثال عملي: عند سحب ETH من Gate، تقوم محفظتك الخارجية بتوقيع المعاملة باستخدام مفتاحك الخاص. يتحقق الشبكة منها باستخدام مفتاحك العام قبل تنفيذها—ما يوضح التوقيعات الرقمية عمليًا.

إضافة إلى ذلك، تتطلب العديد من واجهات برمجة التطبيقات (APIs) في منصات التداول "تواقيع". على سبيل المثال، تستخدم Gate API خوارزمية HMAC (رمز التوثيق المعتمد على التجزئة) لتوقيع الطلبات. ورغم أن HMAC يتحقق أيضًا من المصدر والسلامة، إلا أنه يستخدم سرًا مشتركًا بدلاً من زوج مفتاح عام/خاص.

أنواع خوارزميات التوقيع الرقمي

تشمل خوارزميات التوقيع الرقمي الشائعة: RSA، ECDSA، Ed25519، وBLS، وتختلف كل منها من حيث الأمان والسرعة وحجم التوقيع وتعقيد التنفيذ.

• RSA: خوارزمية تقليدية يزداد طول التوقيع فيها مع حجم المفتاح (على سبيل المثال، توقيع RSA بطول 2048 بت يبلغ حوالي 256 بايت). تُستخدم على نطاق واسع لكنها تنتج تواقيع أكبر وأداءها متوسط.
• ECDSA: تعتمد على المنحنيات الإهليلجية؛ التواقيع عادة بطول 64–72 بايت (حسب الترميز). هي الخوارزمية الرئيسية لمعاملات Bitcoin وEthereum نظرًا للأداء الجيد ودعم النظام البيئي الناضج.
• Ed25519: جزء من عائلة EdDSA؛ تنتج تواقيع ثابتة بطول 64 بايت، سريعة وسهلة التنفيذ وحتمية (لا تعتمد على عشوائية خارجية). تُستخدم على نطاق واسع في Solana وCardano.
• BLS: تدعم تجميع التواقيع بكفاءة—أي دمج تواقيع متعددة في توقيع واحد لتقليل تكاليف التحقق على السلسلة. يستخدم طبقة الإجماع في Ethereum (المحققون) BLS12-381 لتجميع التواقيع.

كيف يتم إنشاء والتحقق من التواقيع الرقمية في المحافظ؟

تقوم معظم المحافظ بأتمتة التوقيع الرقمي باستخدام خوارزميات التوقيع الرقمي، ويمكن تلخيص العملية في خطوات واضحة:

1. إنشاء أو استيراد المفاتيح: يمكنك إنشاء محفظة جديدة (توليد مفتاح خاص/عام) أو استيراد واحدة باستخدام العبارة الأولية (mnemonic) — وهي صيغة قابلة للقراءة البشرية من مفتاحك الخاص ويجب تخزينها دون اتصال بالإنترنت.
2. مراجعة المحتوى المراد توقيعه: تعرض المحفظة تفاصيل المعاملة أو رسائل التفويض. يجب تأكيد الحقول الأساسية مثل عنوان العقد والمبلغ ونطاق الصلاحية ومعرف السلسلة.
3. توقيع وإرسال: بعد الموافقة، تقوم المحفظة بتوقيع ملخص الرسالة بمفتاحك الخاص وترسل الرسالة الأصلية والتوقيع إلى العقدة أو الخادم الخلفي.
4. التحقق والإدراج على السلسلة: يتحقق الشبكة أو التطبيق من توقيعك باستخدام المفتاح العام. إذا كان صحيحًا، تدخل المعاملة في قائمة الانتظار (mempool) ليتم إدراجها في الكتلة؛ وإلا تُرفض.

في Gate، تتبع عمليات السحب على السلسلة هذا التدفق في التوقيع والتحقق. أما طلبات API (غالبًا باستخدام HMAC)، فتخضع لعمليات تحقق صارمة من جهة الخادم لضمان عدم إمكانية تزوير الطلبات.

كيف ترتبط التواقيع الرقمية بدوال التجزئة؟

تعمل التواقيع الرقمية غالبًا جنبًا إلى جنب مع دوال التجزئة. تقوم التجزئة بتحويل بيانات بأي طول إلى ملخص ثابت الطول—وهو بمثابة "بصمة" فريدة لكل ملف.

عادةً ما يتم توقيع الملخصات وليس الرسائل الأصلية مباشرة، مما يعزز الكفاءة ويقلل المخاطر عند التعامل مع رسائل كبيرة. إذا تغير أي جزء من الرسالة، يتغير الملخص—ما يؤدي إلى إبطال التوقيع.

من دوال التجزئة الشائعة hash functions مثل SHA-256 وKeccak-256. على سبيل المثال، يستخدم Bitcoin التجزئة المزدوجة بـSHA-256 لملخص المعاملات؛ بينما يستخدم Ethereum Keccak-256، وغالبًا ما يُشار إليه كإصدار من SHA3.

كيف تختلف خوارزميات التوقيع الرقمي عن خوارزميات التشفير؟

تم تصميم خوارزميات التوقيع الرقمي لغرض "الإثبات والسلامة"، بينما تركز خوارزميات التشفير على "السرية". أهدافهما مختلفة وغالبًا ما يتم الخلط بينهما.

التوقيع الرقمي لا يخفي المحتوى؛ بل يضمن للآخرين أن "هذه الرسالة أرسلت مني ولم يتم تعديلها". أما التشفير فيحوّل المحتوى إلى نص مشفر لا يمكن قراءته إلا لمن يملك مفتاح فك التشفير.

عمليًا، قد تستخدم التطبيقات الاثنين معًا: المحادثة المشفرة تحمي خصوصية الرسائل بينما تؤمن التواقيع الرقمية رؤوس الرسائل أو الحقول الحرجة من أجل الأصالة والسلامة.

كيف يتم اختيار خوارزميات التوقيع الرقمي عبر شبكات البلوكشين المختلفة؟

يعتمد اختيار خوارزمية التوقيع الرقمي على معايير السلسلة، وأدوات النظام البيئي، واحتياجات الأداء—حيث تتخذ كل شبكة بلوكشين مفاضلات مختلفة.

اعتبارًا من أكتوبر 2024:

• Bitcoin تستخدم ECDSA (secp256k1)؛ ومنذ Taproot في 2021 تم إدخال تواقيع Schnorr لدعم أفضل للتواقيع المتعددة والتجميع، لكن ECDSA لا تزال الأكثر استخدامًا.
• Ethereum تستخدم ECDSA (secp256k1) للمعاملات؛ بينما يستخدم محققو طبقة الإجماع فيها BLS12-381 لتجميع التواقيع.
• Solana وCardano يستخدمان Ed25519 للأداء العالي والتواقيع الحتمية.
• Polkadot تستخدم Sr25519 (إصدار من Schnorr).
• Cosmos تعتمد في معظم سلاسلها على secp256k1.

في السيناريوهات التي تتطلب أعلى إنتاجية وبساطة، يُفضل استخدام Ed25519؛ وللتوافق مع أنظمة Ethereum أو Bitcoin، يُفضل ECDSA؛ أما لحالات الإجماع أو الاستخدامات عبر السلاسل التي تتطلب تجميع التواقيع، فـBLS هو الأنسب.

حجم التوقيع وتكلفة التحقق أيضًا عوامل مهمة: تواقيع RSA كبيرة وبطيئة نسبيًا—ونادرًا ما تُستخدم على السلسلة؛ أما Ed25519 فتوفر تواقيع ثابتة بطول 64 بايت وسرعة تحقق عالية؛ وتواقيع BLS في طبقة إجماع Ethereum بطول 96 بايت (مضغوطة) ويمكن تجميع المئات أو الآلاف منها في توقيع واحد—ما يقلل التكلفة الإجمالية للتحقق.

المخاطر ووسائل الحماية عند استخدام خوارزميات التوقيع الرقمي

تتمثل المخاطر الرئيسية عند استخدام خوارزميات التوقيع الرقمي في تسريب المفتاح الخاص والتفويض غير المقصود عبر التوقيع على طلبات غير مقصودة. وتتمحور الحماية حول إدارة المفاتيح بشكل آمن والانتباه عند التوقيع.

• تسريب المفتاح الخاص: التقاط صور شاشة للعبارات الأولية أو مزامنتها مع خدمات السحابة أو إدخالها عبر الإنترنت يزيد من خطر التعرض. استخدم محافظ الأجهزة أو التخزين البارد للنسخ الاحتياطي دون اتصال، وفعّل الحماية بالتوقيع المتعدد حيثما أمكن.
• مشاكل العشوائية: تتطلب بعض الخوارزميات (مثل ECDSA) قيمًا عشوائية فريدة لكل توقيع. ضعف العشوائية أو إعادة استخدامها قد يعرّض المفتاح الخاص للخطر. استخدم محافظ ومكتبات موثوقة—ولا تعتمد حلولك الخاصة للعشوائية.
• التفويض غير المقصود: العديد من "طلبات التوقيع" لا تنقل أموالاً لكنها قد تمنح العقود صلاحية إنفاق رموزك. تحقق دائمًا من نطاق التفويض والعناوين المستهدفة والنطاقات ومعرفات السلاسل؛ ويفضل الرسائل القابلة للقراءة البشرية.
• الهندسة الاجتماعية والتصيد الاحتيالي: لا توقع الرسائل على مواقع غير موثوقة أو تربط محفظتك بشكل عشوائي. استخدم التطبيقات عبر القنوات الرسمية فقط (مثل موقع Gate أو التطبيق) لتقليل مخاطر التصيد الاحتيالي.

أهم النقاط حول خوارزميات التوقيع الرقمي

تستخدم خوارزميات التوقيع الرقمي المفاتيح الخاصة للتوقيع والمفاتيح العامة للتحقق—ما يحل مشكلتي "من أرسل الرسالة" و"هل تم تعديلها". وتعمل جنبًا إلى جنب مع دوال التجزئة (عادة بتوقيع ملخص الرسالة) وتختلف عن التشفير بعدم إخفاء المحتوى. تعتمد معظم معاملات البلوكشين على ECDSA أو Ed25519؛ بينما تعتمد آليات الإجماع والبروتوكولات عبر السلاسل غالبًا على تجميع BLS. في الممارسة العملية، ركز على أمان المفتاح الخاص ووضوح الرسالة وجودة العشوائية؛ فعلى منصات مثل Gate، تعد التواقيع الرقمية أساس قبول المعاملات على الشبكة. ويعتمد اختيار الخوارزمية على معايير السلسلة واحتياجات الأداء وتوافق النظام البيئي—والهدف النهائي هو إثبات موثوق للهوية وسلامة البيانات.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين التوقيع الرقمي والشهادة الرقمية؟

يستخدم التوقيع الرقمي مفتاحك الخاص للمصادقة التشفيرية على البيانات—ما يثبت أنك تملك هذا المفتاح الخاص. أما الشهادة الرقمية فهي ملف موثوق يحتوي معلومات مفتاحك العام يصدر عن جهة خارجية معتمدة. ببساطة: التوقيع الرقمي مثل توقيعك اليدوي؛ أما الشهادة فهي كبطاقة هويتك. في محافظ البلوكشين، التواقيع تفوض المعاملات بينما الشهادات تصادق الهوية أو تنشر المعلومات.

ماذا يحدث إذا فشل التحقق من التوقيع أو تم التلاعب به؟

إذا تم تغيير التوقيع أثناء النقل، سيكتشف المدققون ذلك فورًا ويرفضون المعاملة أو الرسالة. تقوم شبكات البلوكشين تلقائيًا برفض المعاملات غير الصالحة لضمان الأمان. وهذه من أقوى مزايا التواقيع الرقمية—فحتى تغيير حرف واحد يؤدي إلى فشل التحقق.

هل يبقى التوقيع الرقمي آمنًا إذا تم تسريب مفتاحي الخاص؟

لا—لن يبقى آمنًا. إذا تم تسريب مفتاحك الخاص، يمكن للآخرين التوقيع نيابة عنك—أي انتحال هويتك فعليًا. حماية المفتاح الخاص أمر بالغ الأهمية: استخدم محافظ الأجهزة، لا تشارك المفاتيح عبر الإنترنت، وراقب نشاط الحساب بانتظام. إذا اشتبهت في تسرب، انقل الأصول إلى محفظة جديدة فورًا.

لماذا تتطلب بعض المنصات تسجيل الدخول بالتوقيع بدلاً من كلمات المرور؟

تسجيل الدخول بالتوقيع أكثر أمانًا من كلمات المرور—فكلمات المرور عرضة لهجمات التخمين أو التصيد. أما التوقيع فيتطلب حيازة مفتاحك الخاص محليًا؛ ولا يرى أي طرف ثالث المفتاح أبدًا. توفر منصات مثل Gate تسجيل الدخول بالتوقيع حتى تثبت هويتك دون إرسال كلمة مرور—ويبقى المفتاح الخاص دومًا تحت سيطرتك.

هل هناك فرق بين التوقيع باستخدام محافظ الهاتف المحمول ومحافظ سطح المكتب؟

الأساس التشفيري متطابق عبر جميع الأجهزة—فالجميع يتبع نفس المعايير. الفرق الأساسي في الراحة مقابل الأمان: محافظ الهاتف المحمول أكثر سهولة في الحمل لكنها معرضة لمخاطر أعلى؛ أما محافظ سطح المكتب فتقدم ميزات أكثر لكنها تتطلب خبرة أو جهدًا أكبر. تعمل محافظ الأجهزة (محافظ التخزين البارد) دون اتصال أثناء التوقيع—ما يوفر أقصى درجات الأمان. اختر بناءً على تكرار الاستخدام وقيمة الأصول.