Czym jest ChaCha20?

ChaCha20 to szybki, lekki i wysoce bezpieczny 256-bitowy szyfr symetryczny służący do szyfrowania i odszyfrowywania danych. Został zaprojektowany przez Daniela J. Bernsteina jako ulepszenie wcześniejszego szyfru o namiarze Salsa20. Celem było stworzenie czegoś, co będzie zarówno wydajne, jak i bezpieczne, szczególnie w oprogramowaniu.

ChaCha20 szyfruje dane poprzez generowanie strumienia bezpiecznych bajtów pseudolosowych i łączenie go z oryginalną wiadomością. W rezultacie powstają zaszyfrowane dane wyjściowe, które wyglądają na losowe dla każdego, kto nie posiada klucza tajnego.

Ponieważ wykorzystuje ten sam klucz do szyfrowania i odszyfrowywania danych, ChaCha20 jest znacznie szybszy niż RSA, algorytm asymetryczny wykorzystujący klucz publiczny i klucz prywatny. RSA przydaje się do wymiany kluczy i podpisów, ale ChaCha20 jest lepszy do szyfrowania dużych ilości ruchu sieciowego.

Na ogólnym poziomie ChaCha20 przyjmuje trzy dane wejściowe: klucz tajny, nonce (liczbę użytą tylko raz — unikalną wartość stosowaną przy każdym szyfrowaniu) oraz licznik (pomagający generować różne bloki wyjściowe). Używa tych wartości do zainicjowania stanu wewnętrznego, który jest następnie wielokrotnie mieszany w celu wygenerowania strumienia bezpiecznych bajtów pseudolosowych, znanego jako strumień klucza.

Ten proces mieszania opiera się na trzech prostych operacjach — dodawaniu, XOR i rotacji bitów — stosowanych w 20 rundach w celu dokładnego wymieszania danych. Otrzymany strumień klucza jest następnie łączony ze zwykłym tekstem, aby utworzyć szyfrogram — zaszyfrowane dane.

ChaCha20 rozwiązuje praktyczny problem we współczesnym bezpieczeństwie: jak uzyskać silne szyfrowanie, które jest zarówno wydajne, jak i niezawodne na wielu urządzeniach. Działa bardzo szybko w oprogramowaniu, dobrze sprawdza się na telefonach, małych urządzeniach i starszych procesorach oraz opiera się na prostych operacjach, z którymi komputery świetnie sobie radzą (dodawanie, XOR, rotacja).

Te funkcje czynią go atrakcyjnym w systemach takich jak TLS, sieci VPN(nowe okno), SSH i aplikacje do przesyłania wiadomości. Na przykład ChaCha20 jest używany przez WireGuard®(nowe okno), protokół VPN(nowe okno), aby zapewnić szybkie i bezpieczne szyfrowanie o wysokiej wydajności nawet na urządzeniach pozbawionych dedykowanego wsparstwa sprzętowego dla AES.

Szyfrowanie AES to od dawna ugruntowany standard, który działa niezwykle szybko na procesorach z wbudowanym sprzętowym wsparciem dla AES. Dzięki temu działa szczególnie dobrze na wielu komputerach stacjonarnych, serwerach i nowszych układach mobilnych. Jednak bez sprzętowego wsparcia dla AES szyfrowanie AES realizowane wyłącznie programowo może być wolniejsze i czasami trudniejsze do bezpiecznego wdrożenia. Z kolei ChaCha20 zaprojektowano tak, aby działał bardzo szybko w zwykłym oprogramowaniu, ponieważ wykorzystuje proste operacje, takie jak dodawanie, XOR i rotacja, które działają wydajnie na niemal każdym procesorze.

Jeśli aplikacja oferuje zarówno AES, jak i ChaCha20, zazwyczaj nie musisz wybierać jednego z nich ręcznie, ponieważ większość nowoczesnych aplikacji automatycznie wybiera lepszą opcję w oparciu o Twoje urządzenie i procesor. Ogólnie rzecz biorąc, AES działa najlepiej na nowszych urządzeniach z wbudowanym wsparciem dla AES, podczas gdy ChaCha20 to lepszy wybór na urządzeniach, na których szyfrowanie jest obsługiwane głównie programowo, takich jak niektóre telefony, sprzęt o niskim poborze mocy lub starsze procesory.

ChaCha20 jest uważany za bezpieczny według współczesnych standardów, jeśli jest prawidłowo zaimplementowany i używany z unikalną wartością nonce przy każdym szyfrowaniu.