密碼學 - ChaCha20 加密演算法

加密是保護資料最有效的方法之一，而 ChaCha20 是當今應用最廣泛的加密演算法之一。ChaCha20 是一種安全且快速的加密方法，可在各種應用程式中實現。

本章將討論 ChaCha20 加密演算法，其工作原理以及它與其他加密演算法的不同之處。

ChaCha20 的歷史

Daniel J. Bernstein 在 2005 年至 2008 年間開發了兩種演算法：Poly1305 和 ChaCha20。在 2013 年至 2014 年間，這些演算法的變體被納入 IETF 的提案中，用於 TLS 和 DTLS，谷歌出於安全性和效能方面的考慮而支援這些演算法。

它們最終被 OpenSSH 採用。2015 年，針對 TLS、DTLS 和 IPsec 等協議的 RFC 採用了組合方法。Cloudflare 也採用了它。2018 年 6 月，RFC 7539 被 RFC 8439 取代。

ChaCha20 是一種對稱加密方法，它使用相同的 256 位金鑰對資料進行加密和解密。

著名的密碼學家 Daniel J. Bernstein 在 2008 年將其建立為流密碼。

ChaCha20 加密演算法旨在在速度和安全性之間取得平衡。

它旨在處理已知的攻擊，例如差分密碼分析和線性密碼分析。此外，它具有高度並行性，使其易於轉移到多核 CPU 和其他高效能計算平臺。

ChaCha20 是一種流密碼，它以連續流而不是固定大小的分組來加密資料。

它產生一個連續的偽隨機位金鑰流，然後將其與明文資料進行異或運算以形成密文。

以下是 ChaCha20 加密演算法的基本步驟：

ChaCha 的私鑰不必採用特定形式；它們只需要是所需大小的（加密安全的）隨機位。其他方法，如 RSA 或 EC，需要值滿足某些數學條件，但 ChaCha 金鑰不需要。

但是，確保金鑰正確生成至關重要，否則它可能成為一種攻擊手段——如果金鑰建立不夠“隨機”，則可能是一種非常容易的攻擊方法。

以下是實現 ChaCha 金鑰生成時應考慮的一些規則：

ChaCha 通常以一種從使用者必須輸入的密碼生成金鑰的方式使用，以加密/解密資料。由於金鑰具有固定的長度（256 位或 32 位元組），因此不能直接使用密碼作為金鑰，因為這會導致使用者必須選擇的密碼不安全且不實用。

相反，金鑰派生演算法從密碼生成 ChaCha 相容的金鑰。PBKDF2（基於密碼的金鑰派生函式 2）是一種高階金鑰派生函式。

以下是使用此技術時需要考慮的 ChaCha20 的一些優點：

ChaCha20 是速度最快的加密演算法之一，使其非常適合在各種裝置上使用，特別是移動裝置和低功耗物聯網裝置。
ChaCha20 旨在具有高度安全性和對已知攻擊的彈性。它基於與 Salsa20 加密方法類似的原理構建，Salsa20 加密方法經過廣泛測試，被認為是高度安全的。
ChaCha20 具有高度並行性，使其非常適合多核處理器和高效能計算系統。
與其他加密演算法相比，ChaCha20 非常易於實現，這使其成為開發人員令人信服的選擇。

ChaCha20 加密用於各種應用程式，例如：

密碼學隨機數是一個任意值，僅使用一次以確保操作（例如加密或雜湊）的唯一性。擴充套件隨機數 ChaCha20 (XChaCha20) 是 ChaCha20 的一種變體，它使用 192 位隨機數而不是 96 位隨機數。這使得選擇隨機數更加安全，因為幾乎沒有重複使用的可能性。

（“位”表示密碼金鑰的大小或長度。簡單來說，位數越高，金鑰就越安全。）

然而，XChaCha20 沒有正式認可的標準，2020 年建立標準的最新嘗試也失敗了。這導致這種相對更安全的形式的接受速度緩慢。

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