O que é o ChaCha20?

O ChaCha20 é uma cifra de chave simétrica de 256 bits de alta velocidade, leve e altamente segura utilizada para encriptar e desencriptar dados. Foi concebido por Daniel J. Bernstein como uma melhoria de uma cifra anterior chamada Salsa20. O objetivo era criar algo que fosse simultaneamente eficiente e seguro, especialmente em software.

O ChaCha20 encripta dados gerando um fluxo de bytes pseudialeatórios seguros e combinando esse fluxo com a mensagem original. O resultado é uma saída encriptada que parece aleatória para qualquer pessoa sem a chave secreta.

Como utiliza a mesma chave para encriptar e desencriptar dados, o ChaCha20 é muito mais rápido do que o RSA, um algoritmo assimétrico que utiliza uma chave pública e uma chave privada. O RSA é útil para a troca de chaves e assinaturas, mas o ChaCha20 é melhor para encriptar grandes volumes de tráfego de internet.

A um nível geral, o ChaCha20 recebe três entradas: uma chave secreta, um nonce (um número utilizado uma única vez — um valor exclusivo utilizado para cada encriptação) e um contador (para ajudar a gerar diferentes blocos de saída). Utiliza estes valores para inicializar um estado interno, que é depois misturado repetidamente para gerar um fluxo de bytes pseudialeatórios seguros conhecido como keystream.

Esse processo de mistura baseia-se em três operações simples — adição, XOR e rotação de bits — aplicadas ao longo de 20 rondas para baralhar minuciosamente os dados. O keystream resultante é então combinado com o texto simples para produzir o texto cifrado — os dados encriptados.

O ChaCha20 resolve um problema prático na segurança moderna: como obter uma encriptação forte que seja simultaneamente eficiente e fiável em muitos dispositivos. É muito rápido em software, bom para telemóveis, pequenos dispositivos e CPUs mais antigas, e baseia-se em operações simples que os computadores realizam bem (adição, XOR, rotação).

Estas funcionalidades tornam-no atrativo em sistemas como TLS, VPNs(nova janela), SSH e aplicações de mensagens. Por exemplo, o ChaCha20 é utilizado pelo WireGuard®(nova janela) protocolo VPN(nova janela) para fornecer uma encriptação rápida e segura com um excelente desempenho, mesmo em dispositivos que não dispõem de hardware AES especializado.

A encriptação AES é o padrão estabelecido há muito tempo e é extremamente rápida em processadores com suporte de hardware AES integrado. Devido a isso, tem um desempenho especialmente bom em muitos computadores de secretária, servidores e chips móveis mais recentes. No entanto, sem o suporte de hardware AES, o AES apenas por software pode ser mais lento e, por vezes, mais difícil de implementar de forma segura. Em contrapartida, o ChaCha20 foi concebido para ser muito rápido em software comum, porque utiliza operações simples como a adição, o XOR e a rotação, que funcionam de forma eficiente em quase todos os processadores.

Se uma aplicação oferecer tanto o AES como o ChaCha20, normalmente não precisa de escolher um manualmente, uma vez que a maioria das aplicações modernas seleciona a melhor opção automaticamente com base no seu dispositivo e processador. Geralmente, o AES tem um melhor desempenho em dispositivos mais recentes com suporte AES integrado, enquanto o ChaCha20 é uma escolha mais robusta em dispositivos onde a encriptação é processada principalmente em software, tais como alguns telemóveis, hardware de baixo consumo ou CPUs mais antigas.

O ChaCha20 é considerado seguro para os padrões modernos quando implementado corretamente e utilizado com um nonce exclusivo para cada encriptação.