Eine digitale Signatur, auch digitales Signaturverfahren, ist ein asymmetrisches Kryptosystem, bei dem ein Sender mit Hilfe eines geheimen Signaturschlüssels (dem Private Key) zu einer digitalen Nachricht (d. h. zu beliebigen Daten) einen Wert berechnet, der ebenfalls digitale Signatur genannt wird. Dieser Wert ermöglicht es jedem, mit Hilfe des öffentlichen Verifikationsschlüssels (dem Public Key) die nichtabstreitbare Urheberschaft und Integrität der Nachricht zu prüfen. Um eine mit einem Signaturschlüssel erstellte Signatur einer Person zuordnen zu können, muss der zugehörige Verifikationsschlüssel dieser Person zweifelsfrei zugeordnet sein.
Mit digitalen Signaturen lassen sich sichere elektronische Signaturen (Artikel 3 Nr. 10 bis 12 eIDAS-Verordnung, bis Juli 2017 in § 2 des Signaturgesetzes) erzeugen. Die Begriffe digitale Signatur und elektronische Signatur sind jedoch nicht inhaltsgleich: Erstens müssen (zumindest einfache und fortgeschrittene) elektronische Signaturen nicht zwangsläufig auf digitalen Signaturen basieren; zweitens ist digitale Signatur ein mathematischer bzw. technischer Begriff, während elektronische Signatur ein juristischer Begriff ist.