Por que é necessário assinar duas aplicações com a mesma assinatura digital?

Para que duas aplicações possam ter o mesmo sharedUserId. Isso permite que elas operem no mesmo processo e troquem dados diretamente, sem passar pelo Binder.

O segundo cenário é a atualização de uma aplicação já instalada. A nova versão deve ser assinada com a mesma chave que a anterior, para que o sistema a considere uma atualização legítima.

O terceiro é a possibilidade de obter acesso a APIs e dados privilegiados um do outro, se declararem as permissões correspondentes com o atributo android:sharedProtectionLevel="signature".

O quarto é a integração e uso compartilhado de componentes dentro de um grupo de aplicações desenvolvido pelo mesmo fabricante.