https優化必須瞭解ChaCha20-Poly1305演算法
前幾天看到某個公眾號發的一遍關於HTTPS優化的文章，進去一看，全是錯誤的觀點，給自己的感覺非常不好。
- 這篇文章下的留言完全文不答題，可見大家都是走馬觀花，看的文章越多，就很難去辨別真假和實踐了。
- HTTPS優化其實沒有太多的技巧，大家在網路上看到一篇優化文章，一定要留意發表時間，隨著時間的推移，這些技巧可能已經過時，一定要看官方的介紹（比如 OpenSSL）。
基於這兩個問題，我談一談那篇文章提到的二個概念（分別是ChaCha20-Poly1305演算法和等價加密演算法組），分兩篇文章講解，希望給你更多的思考。本文主要講解ChaCha20-Poly1305演算法的方方面面。
AEAD
一圖勝千言：
在HTTPS協議（TLS協議中）中，密碼庫（OpenSSL、NSS）在進行資料加密的時候，涉及到兩種演算法，分別是對稱加密演算法和MAC演算法，為保證機密性和完整性，這兩種演算法必須同時存在。
對於密碼庫（比如OpenSSL）來說，如果由它結合處理對稱加密演算法和MAC演算法，有的時候會出現安全問題，CBC 迭代會遇到填充攻擊，也就是說 傳統加密模式 存在安全風險。
這時候就出現了 AEAD 加密模式，它在內部自行處理加密和MAC運算，無須密碼庫（比如OpenSSL）處理，安全性更高，而ChaCha20-Poly1305也採用AEAD加密模式。
單獨從加密演算法的角度來看，分為塊加密演算法和流密碼加密演算法，RC4是一種流密碼加密演算法，但由於安全問題，已經基本不在HTTPS中使用了，塊加密演算法比較流行的就是 AES 演算法，而ChaCha20-Poly1305是一種流加密演算法。
現在我們從整體上了解了ChaCha20-Poly1305演算法的定位，如果你想了解更多 AEAD 的知識，可以參考我寫的書《深入淺出HTTPS：從原理到實戰》。那麼和AES-GCM相比，它有哪些優點呢？它為什麼出現呢？
效能
對於 AES 這樣的塊加密演算法來說，在某些硬體上執行的非常快，比如現在的伺服器和桌上型電腦都有AES-NI加速指令。而如果沒有加速指令，純粹通過軟體執行，效能是很低的。
而流密碼演算法剛好反過來，軟體實現效能更高，大部分移動裝置（比如手機）由於沒有AES-NI支援，執行 AES 加密是很緩慢的。執行 RC4 這樣的流加密演算法速度相對較快，可惜的是 RC4 早已經被證明不安全了。
這個時候ChaCha20-Poly1305流密碼演算法來了，除了安全性外，它在移動裝置上執行的效能較高。大部分觀點認為，在移動裝置上（沒有AES-NI指令），ChaCha20-Poly1305 演算法的效能是 AES-128-GCM 的三倍；當然在桌上型電腦和伺服器上，AES-128-GCM 效能比ChaCha20-Poly1305更高。
Adam Langley 在 2014 年做過一個性能測試，見下面的表格：
| Chip |
AES-128-GCM 速度 |
ChaCha20-Poly1305速度 |
|---|---|---|
| OMAP 4460 |
24.1 MB/s |
75.3 MB/s |
| Snapdragon S4 Pro |
41.5 MB/s |
130.9 MB/s |
| Sandy Bridge Xeon (AESNI) |
900 MB/s |
500 MB/s |
歷史
ChaCha20-Poly1305 演算法是Google 2013年提出來的，11月份在Chrome 31版本啟用了該演算法，2014年4月所有的IOS裝置和Android裝置上的Chrome也啟用了。firfox的密碼庫用的是 NSS，NSS 3.23 版本支援 ChaCha20/Poly1305。
Flare/">CloudFlare在2015年2月也支援了ChaCha20/Poly1305演算法，經檢測有10%的流量使用了這種演算法。
不過不管是Google還是CloudFlare，他們實現的ChaCha20/Poly1305演算法都不是最終的版本，從2015年開始，IETF 對這一演算法進行了標準化，歷經了多個草案（https://tools.ietf.org/html/draft-mavrogiannopoulos-chacha-tls-05），最終在2016年6月定稿了（https://tools.ietf.org/html/rfc7905）。
作為世界上最流行的密碼庫和TLS庫，OpenSSL從 1.1.0（2016年8月）開始支援 ChaCha20-Poly1305 演算法。如果你使用的是 OpenSSL 版本較舊，可以使用 CloudFlare 開發的 patch（https://github.com/cloudflare/sslconfig/blob/master/patches/openssl__1.1.0_chacha20_poly1305.patch）
Nginx 支援
Nginx使用的密碼庫是 OpenSSL，只要 OpenSSL 版本支援該演算法，那麼 Nginx 就能使用，配置非常簡單，比如 mozilla 推薦的配置：
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2; ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384'; ssl_prefer_server_ciphers on;
我會長期關注HTTPS方面的進展，所有寫的文章都不是從《深入淺出HTTPS：從原理到實戰》搬移的，都是我最新學習的，歡迎大家關注，我的公眾號（ID：yudadanwx，虞大膽的嘰嘰喳喳）