什麼是 ChaCha20？

ChaCha20 是一種高速、輕量且高度安全的 256 位元對稱金鑰密碼，用於加密和解密資料。 它由 Daniel J. Bernstein 設計，是對早期名為 Salsa20 密碼的改進。 其目標是創造出既高效又安全的東西，特別是在軟體中。

ChaCha20 透過產生安全虛擬隨機位元組的串流，並將該串流與原始訊息結合來加密資料。 其結果是已加密的輸出，對於任何沒有私密金鑰的人來說，這看起來都是隨機的。

因為它使用相同的金鑰來加密和解密資料，所以 ChaCha20 比 RSA 快得多，RSA 是一種使用公開金鑰和私有金鑰的非對稱演算法。 RSA 對於金鑰交換和簽名很有用，但 ChaCha20 更適合用來加密大量的網際網路流量。

從高層次來看，ChaCha20 接受三個輸入：一個私密金鑰、一個 nonce（僅使用一次的數字 — 每次加密使用的唯一值），以及一個計數器（用來協助產生不同的輸出區塊）。 它使用這些值來初始化內部狀態，隨後重複混合以產生稱為金鑰串流的安全偽隨機位元組串流。

該混合過程依賴三種簡單的運算 — 加法、XOR 和位元旋轉 — 並套用 20 輪，以徹底打亂資料。 然後將產生的金鑰串流與純文字結合，以產生 密文 — 即已加密的資料。

ChaCha20 解決了現代安全中的一個實際問題：如何在許多裝置上獲得既高效又可靠的強大加密。 它在軟體中速度非常快，非常適合手機、小型裝置和舊型 CPU，並且基於電腦擅長的簡單運算（加法、XOR、旋轉）。

這些功能使其在 TLS、VPN(新視窗)、SSH 和訊息應用程式等系統中極具吸引力。 例如，WireGuard®(新視窗) VPN 協定(新視窗)使用 ChaCha20 來提供快速、安全的加密，即使在缺乏專用 AES 硬體的裝置上也能提供強大的效能。

AES 加密是歷史悠久的標準，在具有內建 AES 硬體支援的處理器上運作極快。 因此，它在許多桌上型電腦、伺服器和較新的行動晶片上表現特別出色。 然而，在沒有 AES 硬體支援的情況下，僅限軟體的 AES 可能會較慢，有時也更難安全地實作。 相較之下，ChaCha20 的設計旨在使普通軟體中的運作非常快速，因為它使用加法、XOR 和旋轉等簡單運算，這些運算在幾乎任何處理器上都能高效運作。

如果應用程式同時提供 AES 和 ChaCha20，您通常不需要手動選取其中一個，因為大多數現代應用程式會根據您的裝置和處理器自動選取較好的選項。 一般而言，AES 在具有內建 AES 支援的較新裝置上表現最佳，而對於主要以軟體處理加密的裝置，例如某些手機、低功耗硬體或舊型 CPU，ChaCha20 是更理想的選擇。

如果正確實作並在每次加密時使用唯一的 nonce，ChaCha20 在現代標準中會被視為是安全的。