Salsa20

**Salsa20** dan saudara terdekatnya, **ChaCha**, adalah penyandian aliran yang dikembangkan oleh Daniel J. Bernstein. Salsa20, sandi aslinya, didesain pada tahun 2005, lalu dikumpulkan ke eSTREAM oleh Bernstein. ChaCha adalah perubahan dari Salsa20 yang dipublikasikan pada tahun 2008. Ia menggunakan fungsi ronde baru yang meningkatkan penghamburan dan meningkatkan kinerja pada beberapa arsitektur.

Kedua penyandian tersebut dibangun dari fungsi acak semu berdasarkan operasi tambah-putar-XOR (ARX). Tugas utamanya adalah pemetaan sebuah kunci 256 bit, sebuah *nonce* 64 bit, dan sebuah pencacah 64 bit ke blok aliran kunci 512 bit (ada pula versi Salsa yang menggunakan kunci 128 bit). Hal ini memberikan Salsa20 dan Chaca keuntungan, yaitu pengguna dapat langsung menuju ke lokasi tertentu dalam aliran kunci dalam waktu tetap (konstan). Salsa20 menawarkan kecepatan 4–14 siklus per bita dalam perangkat lunak pada prosesor x86 dan kinerja perangkat keras yang cukup. Sandi ini tidak dipatenkan, bahkan Bernstein telah menulis beberapa implementasi dalam domain publik yang dioptimalkan untuk arsitektur pada umumnya.

## Struktur
Secara internal, penyandian ini menggunakan penjumlahan per bit dengan (⊕ atau XOR), penjumlahan 32 bit dengan mod 232 (⊞), dan operasi geseran melingkar berjarak tetap (QR(a, b, c, d) yang menerima empat kata sebagai masukan dan menghasilkan empat kata:

 b ^= (a + d) QR(a, b, c, d) kepada tiap kolom dalam matriks 4×4, sedangkan ronde bernomor genap menerapkannya kepada tiap baris. Dua ronde berturutan (ronde kolom dan ronde baris) disebut sebagai ronde ganda:

 // Ronde ganjil
 QR( 0,  4,  8, 12)	// kolom 1
 QR( 5,  9, 13,  1)	// kolom 2
 QR(10, 14,  2,  6)	// kolom 3
 QR(15,  3,  7, 11)	// kolom 4
 // Ronde genap
 QR( 0,  1,  2,  3)	// baris 1
 QR( 5,  6,  7,  4)	// baris 2
 QR(10, 11,  8,  9)	// baris 3
 QR(15, 12, 13, 14)	// baris 4

Berikut penerapan Salsa20 dalam C/C++.


```c
#include <stdint.h>
#define ROTL(a,b) (((a) << (b)) | ((a) >> (32 - (b))))
#define QR(a, b, c, d)(		\
	b ^= ROTL(a + d, 7),	\
	c ^= ROTL(b + a, 9),	\
	d ^= ROTL(c + b,13),	\
	a ^= ROTL(d + c,18))
#define ROUNDS 20
 
void salsa20_block(uint32_t out[16], uint32_t const in[16])
{
	int i;
	uint32_t x[16];

	for (i = 0; i < 16; ++i)
		x[i] = in[i];
	// 10 perulangan × 2 ronde/perulangan = 20 ronde
	for (i = 0; i < ROUNDS; i += 2) {
		// Ronde ganjil
		QR(x[ 0], x[ 4], x[ 8], x[12]);	// kolom 1
		QR(x[ 5], x[ 9], x[13], x[ 1]);	// kolom 2
		QR(x[10], x[14], x[ 2], x[ 6]);	// kolom 3
		QR(x[15], x[ 3], x[ 7], x[11]);	// kolom 4
		// Ronde genap
		QR(x[ 0], x[ 1], x[ 2], x[ 3]);	// baris 1
		QR(x[ 5], x[ 6], x[ 7], x[ 4]);	// baris 2
		QR(x[10], x[11], x[ 8], x[ 9]);	// baris 3
		QR(x[15], x[12], x[13], x[14]);	// baris 4
	}
	for (i = 0; i < 16; ++i)
		out[i] = x[i] + in[i];
}
```


Pada baris terakhir, larik yang telah tercampur ditambahkan, kata demi kata, ke larik asal untuk mendapatkan blok aliran kunci 64 bita. Hal ini penting karena ronde pencampuran ini dengan sendirinya bisa dibalik (*invertible*). Dengan kata lain, operasi yang dibalik bisa menghasilkan matriks 4×4 asal, termasuk kuncinya. Penambahan larik yang telah tercampur ke asalnya membuatnya tidak mungkin untuk memulihkan input. (Teknik ini juga dipakai dalam fungsi hash dari MD4 sampai SHA-2.)

Salsa20 melakukan 20 ronde pencampuran dari inputnya. Namun, pengurangan ronde pada varian Salsa20/8 dan Salsa20/12 dengan 8 dan 12 ronde juga dikenalkan.

## Analisis kriptografi Salsa20

## Varian ChaCha

Pada tahun 2008, Bernstein memublikasikan keluarga **ChaCha** yang bersaudara dengan Salsa dan bertujuan untuk meningkatkan penghamburan per ronde sekaligus memiliki kinerja yang sama atau lebih baik. Makalah Aumasson dkk. juga menyerang ChaCha dan berhasil hingga satu ronde lebih sedikit: untuk 256 bit, ChaCha6 dengan kompleksitas 2139 dan ChaCha7 dengan kompleksitas 2248. Untuk 128 bit, ChaCha6 dalam 2107 juga tercapai, tetapi mengeklaim bahwa serangan tersebut gagal memecahkan ChaCha7 128 bit.

Seperti Salsa20, status awal ChaCha terdiri dari 128 bit tetapan, 256 bit kunci, 64 bit pencacah, dan 64 bit nilai yang hanya dipakai sekali (*nonce*) dan ditata sebagai matriks 4×4 dari kata 32 bit. Namun, ChaCha menata ulang beberapa kata dalam status awalnya:

Tetapan yang dipakai sama dengan Salsa20 ("expand 32-byte k"). ChaCha mengganti seperempat ronde Salsa20 `QR(a, b, c, d)` dengan berikut:

 a += b; d ^= a; d 
#define ROTL(a,b) (((a) > (32 - (b))))
#define QR(a, b, c, d) (			\
	a += b,  d ^= a,  d = ROTL(d,16),	\
	c += d,  b ^= c,  b = ROTL(b,12),	\
	a += b,  d ^= a,  d = ROTL(d, 8),	\
	c += d,  b ^= c,  b = ROTL(b, 7))
#define ROUNDS 20
 
void chacha_block(uint32_t out[16], uint32_t const in[16])
{
	int i;
	uint32_t x[16];

	for (i = 0; i 

ChaCha adalah dasar dari fungsi hash BLAKE, salah satu finalis dalam kompetisi fungsi hash NIST, dan turunan BLAKE2/3 yang diatur agar jauh lebih cepat. Ia juga menentukan varian dengan enam belas kata 64 bit (1024 bit status) dengan tetapan rotasi yang sesuai.

### Adopsi ChaCha20

## Lihat pula
* Speck, penyandian tambah-putar-XOR yang dikembangkan oleh NSA

## Referensi

## Pranala luar
*  Snuffle 2005: the Salsa20 encryption function
*  Salsa20 specification (PDF)
*  Salsa20/8 and Salsa20/12 (PDF)
*  The eSTREAM Project: Salsa20 
*  The ChaCha family of stream ciphers
*  Salsa20 Usage & Deployment