FIPS 186‑5

FIPS 186‑5 („Digital Signature Standard”, DSS) to amerykański standard opracowany przez NIST (National Institute of Standards and Technology). Jest to piąta rewizja dokumentu FIPS 186‑4 i określa formalne wymagania oraz szczegółowe algorytmy służące do generowania i weryfikacji podpisów cyfrowych.

Historia

Standard pierwszy raz opublikowano w 1994 r. jako FIPS 186‑1. Kolejne rewizje (‑2, ‑3, ‑4) wprowadzały nowe algorytmy oraz zwiększały parametry bezpieczeństwa, odpowiadając na rosnące wymagania kryptografii i ewolucję mocy obliczeniowej. FIPS 186‑5 został przyjęty w 2022 roku i aktualnie obowiązuje jako obowiązujący standard w wielu agencjach rządowych USA oraz w sektorze prywatnym.

Zakres

Standard definiuje:

• Wymagania dotyczące RSA, DSA oraz ECDSA jako algorytmów podpisu cyfrowego;
• Procedury generowania kluczy prywatnych i publicznych;
• Wymagania co do hash‑funkcji (np. SHA‑2, SHA‑3);
• Formaty kodowania podpisów (PKCS#1, ASN.1 DER);
• Procedury testowe i zalecenia weryfikacyjne.

Algorytmy opisane w FIPS 186‑5

RSA

Standard określa minimalny rozmiar klucza 2048 bitów (z możliwością użycia 3072 i 4096 bitów) oraz wymaga zastosowania paddingu PKCS#1 v1.5 lub RSA‑PSS. Dopuszcza się użycie SHA‑2 lub SHA‑3 jako funkcji skrótu.

DSA

FIPS 186‑5 wprowadza trzy rozmiary parametrów: L = 2048 bit, 3072 bit oraz 4096 bit przy odpowiednich wartościach Q (256, 384, 512 bit). Dopuszcza się użycie SHA‑2 oraz SHA‑3 jako skrótu.

ECDSA

Standard przyjmuje krzywe NIST P‑256, P‑384 i P‑521 (znane także jako secp256r1, secp384r1, secp521r1). Dla każdego z nich wymagalny jest skrót o długości co najmniej równiej długości pola krzywej (np. SHA‑256 dla P‑256).

Parametry i rozmiary kluczy

Algorytm	Minimalny rozmiar klucza	Rekomendowane rozmiary	Funkcje skrótu
RSA	2048 bit	2048 – 4096 bit	SHA‑256, SHA‑384, SHA‑512, SHA‑3‑256, SHA‑3‑384
DSA	2048 bit (L) / 256 bit (Q)	2048/256, 3072/384, 4096/512	SHA‑256, SHA‑384, SHA‑512, SHA‑3‑256, SHA‑3‑384
ECDSA	P‑256	P‑256, P‑384, P‑521	SHA‑256, SHA‑384, SHA‑512, SHA‑3‑256, SHA‑3‑384, SHA‑3‑512

Zastosowania

FIPS 186‑5 jest szeroko stosowany w:

• Systemach PKCS#7/CMS (Cryptographic Message Syntax) – do podpisywania e‑maili, dokumentów i kodu;
• Infrastrukturalnych systemach kluczy (PKI) – certyfikaty X.509.
• Bezpiecznych protokołach komunikacyjnych, takich jak TLS (w trybach z uwierzytelnianiem podpisów);
• Systemach operacyjnych i oprogramowaniu rządowym w USA, które muszą spełniać wymóg FIPS 140‑2 lub FIPS 140‑3.

Krytyka i kontrowersje

Choć FIPS 186‑5 zapewnia wysokie bezpieczeństwo, poddawany jest krytyce za:

• Użycie krzywych eliptycznych opracowanych przez NIST, które niektóre środowiska uznają za potencjalnie osłabione w porównaniu z krzywymi Curve25519 czy Ed448, opisanymi w RFC 7748 (choć te nie są formalnie częścią standardu FIPS).
• Skomplikowane wymogi dotyczące testów konformności, które podnoszą koszty certyfikacji produktów.

Powiązane standardy

• FIPS 186‑4 – poprzednia wersja standardu podpisu cyfrowego.
• FIPS 140‑2 i FIPS 140‑3 – standardy zabezpieczeń modułów kryptograficznych.
• PKCS#1 – specyfikacja RSA Cryptography Standard.
• IEEE 1363 – kolejny zestaw norm opisujących algorytmy kryptograficzne.

Bibliografia

1. NIST, Digital Signature Standard (DSS), FIPS 186‑5, 2022.
2. R. Katz, Y. Lindell, Introduction to Modern Cryptography, 2‑ed., CRC Press, 2020.
3. J. Barker, PKCS #1: RSA Cryptography Standard, RFC 8017, 2017.