乙太網鏈路上 AEAD 的可行方法？
設置很快就是這樣：有兩個自定義交換機（例如，考慮一個 FPGA），兩者都從其面向外部的介面處理 10-100 Gb/s 的流量訂單。這是正常的交通。然後，它們之間就有了聯繫。我想應用 AEAD 來保護此連結，以便竊聽者無法分析流量。限制是這樣的：流量快速流動，顯然沒有太多時間來加密或驗證。
我擁有這兩個交換機，所以預配置證書、對稱密鑰等都是允許的。引導後，我可以在帶內非同步交換密鑰，但不允許帶外交換。
我不是在尋找一個牢不可破的系統，我只是想盡可能地保護流量。
在這種情況下，最好的方法是什麼？到目前為止，我的方法是：我可以在雙方都安裝證書（用於身份驗證），我不知道是否或如何隨著時間的推移更新它們。對於加密，我將用兩邊的對稱密鑰對明文進行異或（我想這是最快的方法）。但是，我消耗密鑰的速度比我生產的快得多。不知何故，我應該拉伸鍵或找到一種非常快速地產生鍵流的方法。在這一點之後，我迷路了。
不要推出自己的加密貨幣
到目前為止，我的方法是：我可以在雙方都安裝證書（用於身份驗證），我不知道是否或如何隨著時間的推移更新它們。
這不提供加密意義上的身份驗證。如果底層加密未經過身份驗證，MITM 攻擊者仍然可以隨意修改網路上的數據。單獨而言，證書只能用於簽署非常小的值，即對稱密鑰的大小。確保數據不會在網路上被篡改需要的不僅僅是證書的存在。例如，您需要簽署一個 HMAC 密鑰以確保消息的完整性。如果這對您來說不是很明顯，那麼您不應該嘗試設計自己的密碼系統！
我將用兩邊的對稱密鑰對明文進行異或（我想這是最快的方法）。
這稱為 XOR 密碼，非常不安全，只需要少量已知明文即可破解（與密鑰大小相同）。當您知道與密鑰大小相同的明文時，您可以簡單地將已知明文與觀察到的密文進行異或，以恢復密鑰本身。更不用說，它具有高度的可塑性並且不提供任何身份驗證，即使它是安全的。
但是，我消耗密鑰的速度比我生產的快得多。不知何故，我應該拉伸鍵或找到一種非常快速地產生鍵流的方法。
您剛剛發明了流密碼。這是一種密碼，它採用單個密鑰並將其擴展為幾乎無限的偽隨機數據流，稱為密鑰流，然後通常通過 XOR 操作將其添加到明文或密文中。原始流密碼（例如 CTR 模式下的 ChaCha20 或 AES）具有延展性且未經身份驗證，因此對於您的目的而言是不安全的。事實上，它的延展性如此之強，以至於切換單個密文位將切換相應的明文位。如果沒有正確實施的身份驗證算法（如 HMAC、GCM 或 Poly1305），就無法檢測或阻止此類篡改。
只需使用 MACsec！
一切都沒有失去！已經有一種解決方案，稱為MACsec (IEEE 802.1ae)。這是乙太網協議的擴展，它允許以低計算成本進行端到端的認證加密。它使用 AES 作為密碼，在 GCM 模式下執行以進行身份驗證。它受到許多交換機、路由器和作業系統的支持，被認為非常安全。
如果您正在為 FPGA 編寫 HDL，您可以為 MACsec 使用預先設計的 IP 核心，例如這個 FPGA 核心。如果您對自己的 FPGA 設計技能有信心或者可以聘請有信心的人，您也可以根據已發布的標準自行實施 MACsec 。
MACsec 的另一個好處是，因為這是一個標準，它可以與其他兼容的交換機一起使用，例如 Cisco 的Catalyst 4500。您將不僅限於將內部定制開關與您自己的 FPGA 一起使用，並且不需要對您自己的協議進行廣泛而昂貴的密碼分析。
任何提及或連結到商業產品不應被解釋為對公司產品的認可。