Was ist ChaCha20?

ChaCha20 ist eine schnelle, leichtgewichtige und hochsichere symmetrische 256-Bit-Chiffre, die zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Daten verwendet wird. Es wurde von Daniel J. Bernstein als Verbesserung einer früheren Chiffre namens Salsa20 entwickelt. Das Ziel war es, etwas zu erschaffen, das sowohl effizient als auch sicher ist, insbesondere in Software.

ChaCha20 verschlüsselt Daten, indem es einen Stream aus sicheren pseudozufälligen Bytes generiert und diesen Stream mit der ursprünglichen Nachricht kombiniert. Das Ergebnis ist eine verschlüsselte Ausgabe, die für jeden ohne den geheimen Schlüssel wie zufällig aussieht.

Da es denselben Schlüssel zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Daten verwendet, ist ChaCha20 viel schneller als RSA, ein asymmetrischer Algorithmus, der einen öffentlichen und einen privaten Schlüssel verwendet. RSA ist nützlich für den Schlüsselaustausch und Signaturen, aber ChaCha20 eignet sich besser für das Verschlüsseln großer Mengen an Internetverkehr.

Auf hoher Ebene nimmt ChaCha20 drei Eingaben an: einen geheimen Schlüssel, eine Nonce (eine einmalig verwendete Zahl – ein eindeutiger Wert, der für jede Verschlüsselung verwendet wird) und einen Zähler (um beim Generieren verschiedener Ausgabeblöcke zu helfen). Es verwendet diese Werte, um einen internen Zustand zu initialisieren, der dann wiederholt gemischt wird, um einen Stream aus sicheren pseudozufälligen Bytes zu erzeugen, der als Keystream bezeichnet wird.

Dieser Mischprozess basiert auf drei einfachen Operationen – Addition, XOR und Bitrotation –, die über 20 Runden angewendet werden, um die Daten gründlich zu verwürfeln. Der resultierende Keystream wird dann mit dem Klartext kombiniert, um den Chiffretext – die verschlüsselten Daten – zu erzeugen.

ChaCha20 löst ein praktisches Problem der modernen Sicherheit: wie man eine starke Verschlüsselung erhält, die auf vielen Geräten sowohl effizient als auch zuverlässig ist. Es ist sehr schnell in Software, gut auf Telefonen, kleinen Geräten und älteren CPUs und basiert auf einfachen Operationen, die Computer gut beherrschen (Addieren, XOR, Rotieren).

Diese Funktionen machen es attraktiv für Systeme wie TLS, VPNs(neues Fenster), SSH und Messaging-Apps. Beispielsweise wird ChaCha20 vom WireGuard®(neues Fenster)-VPN-Protokoll(neues Fenster) verwendet, um eine schnelle, sichere Verschlüsselung mit starker Leistung zu bieten, selbst auf Geräten, die keine spezialisierte AES-Hardware haben.

Die AES-Verschlüsselung ist der seit langem etablierte Standard und ist auf Prozessoren mit integriertem AES-Hardware-Support extrem schnell. Aus diesem Grund erbringt sie auf vielen Desktops, Servern und neueren Mobilchips eine besonders gute Leistung. Ohne AES-Hardware-Support kann reines Software-AES jedoch langsamer und manchmal schwieriger sicher zu implementieren sein. Im Gegensatz dazu ist ChaCha20 so konzipiert, dass es in gewöhnlicher Software sehr schnell ist, da es einfache Operationen wie Addition, XOR und Rotation verwendet, die auf fast jedem Prozessor effizient funktionieren.

Wenn eine Anwendung sowohl AES als auch ChaCha20 anbietet, musst du diese normalerweise nicht manuell auswählen, da die meisten modernen Apps die bessere Option automatisch basierend auf deinem Gerät und Prozessor auswählen. Im Allgemeinen schneidet AES auf neueren Geräten mit integriertem AES-Support am besten ab, während ChaCha20 eine bessere Wahl auf Geräten ist, bei denen die Verschlüsselung hauptsächlich in Software abgewickelt wird, wie z. B. bei einigen Telefonen, stromsparender Hardware oder älteren CPUs.

ChaCha20 gilt nach modernen Standards als sicher, wenn es korrekt implementiert und mit einer eindeutigen Nonce für jede Verschlüsselung verwendet wird.