Mitä on ChaCha20?

ChaCha20 on nopea, kevyt ja erittäin turvallinen 256-bittinen symmetrisen avaimen salausmenetelmä jota käytetään tietojen salaamiseen ja salauksen purkamiseen. Sen on suunnitellut Daniel J. Bernstein parannukseksi aiempaan Salsa20-nimiseen salausmenetelmään. Tavoitteena oli luoda jotain, joka on sekä tehokas että turvallinen, erityisesti ohjelmistoissa.

ChaCha20 salaa tiedot generoimalla suojatun pseudosatunnaisen tavuvirran ja yhdistämällä kyseisen virran alkuperäiseen viestiin. Tuloksena on salattu tuloste, joka näyttää satunnaiselta kenelle tahansa, jolla ei ole salaista avainta.

Koska se käyttää samaa avainta tietojen salaamiseen ja salauksen purkamiseen, ChaCha20 on paljon nopeampi kuin RSA, joka on julkista avainta ja yksityistä avainta käyttävä epäsymmetrinen algoritmi. RSA on hyödyllinen avaintenvaihdossa ja allekirjoituksissa, mutta ChaCha20 on parempi suurten internet-tietoliikennemäärien salaamiseen.

Yleisellä tasolla ChaCha20 ottaa kolme syötettä: salaisen avaimen, noncen (kerran käytettävän numeron – yksilöllisen arvon, jota käytetään jokaisessa salauksessa) ja laskurin (auttamaan erilaisten tulostelohkojen luomisessa). Se alustaa näillä arvoilla sisäisen tilan, jota sekoitetaan sitten toistuvasti suojatun, avainvirtana tunnetun pseudosatunnaisen tavuvirran generoimiseksi.

Sekoitusprosessi perustuu kolmeen yksinkertaiseen operaatioon – yhteenlaskuun, XOR-operaatioon ja bittikiertoon – joita käytetään 20 kierroksen ajan tietojen sekoittamiseksi perusteellisesti. Saatu avainvirta yhdistetään sitten pelkkään tekstiin salatekstin – eli salatun tiedon – tuottamiseksi.

ChaCha20 ratkaisee käytännön ongelman nykyaikaisessa tietoturvassa: miten saada vahva salaus, joka on sekä tehokas että luotettava monissa eri laitteissa. Se on erittäin nopea ohjelmistoissa, hyvä puhelimissa, pienissä laitteissa ja vanhemmissa suorittimissa, ja se perustuu yksinkertaisiin operaatioihin, joissa tietokoneet ovat hyviä (yhteenlasku, XOR, kierto).

Nämä ominaisuudet tekevät siitä houkuttelevan järjestelmissä, kuten TLS, VPN-palvelut(uusi ikkuna), SSH ja viestintäsovellukset. Esimerkiksi WireGuard®(uusi ikkuna)-VPN-protokolla(uusi ikkuna) käyttää ChaCha20-algoritmia tarjotakseen nopean ja turvallisen salauksen sekä vahvan suorituskyvyn myös laitteissa, joista puuttuu erikoistunut AES-laitteisto.

AES-salaus on pitkään vakiintunut standardi, ja se on erittäin nopea suorittimilla, joissa on sisäänrakennettu AES-laitteistotuki. Tästä johtuen se suoriutuu erityisen hyvin monissa pöytäkoneissa, palvelimissa ja uudemmissa mobiilisiruissa. Ilman AES-laitteistotukea pelkkään ohjelmistoon perustuva AES voi kuitenkin olla hitaampi ja joskus vaikeampi toteuttaa turvallisesti. Sitä vastoin ChaCha20 on suunniteltu erittäin nopeaksi tavallisissa ohjelmistoissa, koska se käyttää yksinkertaisia operaatioita, kuten yhteenlaskua, XOR-operaatiota ja bittikiertoa, jotka toimivat tehokkaasti lähes kaikilla suorittimilla.

Jos sovellus tarjoaa sekä AES- että ChaCha20-vaihtoehdon, Teidän ei yleensä tarvitse valita niistä jompaakumpaa manuaalisesti, sillä useimmat nykyaikaiset sovellukset valitsevat paremman vaihtoehdon automaattisesti laitteenne ja suorittimenne perusteella. Yleisesti ottaen AES toimii parhaiten uudemmissa laitteissa, joissa on sisäänrakennettu AES-tuki, kun taas ChaCha20 on vahvempi valinta laitteissa, joissa salaus hoidetaan pääasiassa ohjelmistossa, kuten joissakin puhelimissa, vähävirtaisissa laitteissa tai vanhemmissa suorittimissa.

ChaCha20-algoritmia pidetään nykystandardien mukaan turvallisena, kun se on toteutettu oikein ja kun sitä käytetään yksilöllisen noncen kanssa jokaisessa salauksessa.