Rename context handle lifetime to endtime
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-06.txt
blobcb18eb5ca3d1a6f8f5a97d8222b25ed909c54749
1 INTERNET-DRAFT                                              Brian Tung
2 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-06.txt                 Clifford Neuman
3 Updates: RFC 1510                                                  ISI
4 expires September 15, 1998                                   John Wray
5                                          Digital Equipment Corporation
6                                                          Ari Medvinsky
7                                                            Matthew Hur
8                                                  CyberSafe Corporation
9                                                       Jonathan Trostle
10                                                                 Novell
13     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
16 0.  Status Of This Memo
18     This document is an Internet-Draft.  Internet-Drafts are working
19     documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its
20     areas, and its working groups.  Note that other groups may also
21     distribute working documents as Internet-Drafts.
23     Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
24     months and may be updated, replaced, or obsoleted by other
25     documents at any time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts
26     as reference material or to cite them other than as "work in
27     progress."
29     To learn the current status of any Internet-Draft, please check
30     the "1id-abstracts.txt" listing contained in the Internet-Drafts
31     Shadow Directories on ds.internic.net (US East Coast),
32     nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West Coast), or
33     munnari.oz.au (Pacific Rim).
35     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
36     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-05.txt, and expires September 15,
37     1998.  Please send comments to the authors.
40 1.  Abstract
42     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
43     specification (RFC 1510 [1]) to provide a method for using public
44     key cryptography during initial authentication.  The methods
45     defined specify the ways in which preauthentication data fields and
46     error data fields in Kerberos messages are to be used to transport
47     public key data.
50 2.  Introduction
52     The popularity of public key cryptography has produced a desire for
53     its support in Kerberos [2].  The advantages provided by public key
54     cryptography include simplified key management (from the Kerberos
55     perspective) and the ability to leverage existing and developing
56     public key certification infrastructures.
58     Public key cryptography can be integrated into Kerberos in a number
59     of ways.  One is to associate a key pair with each realm, which can
60     then be used to facilitate cross-realm authentication; this is the
61     topic of another draft proposal.  Another way is to allow users with
62     public key certificates to use them in initial authentication.  This
63     is the concern of the current document.
65     One of the guiding principles in the design of PKINIT is that
66     changes should be as minimal as possible.  As a result, the basic
67     mechanism of PKINIT is as follows:  The user sends a request to the
68     KDC as before, except that if that user is to use public key
69     cryptography in the initial authentication step, his certificate
70     accompanies the initial request, in the preauthentication fields.
72     Upon receipt of this request, the KDC verifies the certificate and
73     issues a ticket granting ticket (TGT) as before, except that
74     the encPart from the AS-REP message carrying the TGT is now
75     encrypted in a randomly-generated key, instead of the user's
76     long-term key (which is derived from a password).  This
77     random key is in turn encrypted using the public key from the
78     certificate that came with the request and signed using the KDC's
79     private key, and accompanies the reply, in the preauthentication
80     fields.
82     PKINIT also allows for users with only digital signature keys to
83     authenticate using those keys, and for users to store and retrieve
84     private keys on the KDC.
86     The PKINIT specification may also be used for direct peer to peer
87     authentication without contacting a central KDC. This application
88     of PKINIT is described in PKTAPP [4] and is based on concepts
89     introduced in [5, 6]. For direct client-to-server authentication,
90     the client uses PKINIT to authenticate to the end server (instead
91     of a central KDC), which then issues a ticket for itself.  This
92     approach has an advantage over SSL [7] in that the server does not
93     need to save state (cache session keys).  Furthermore, an
94     additional benefit is that Kerberos tickets can facilitate
95     delegation (see [8]).
98 3.  Proposed Extensions
100     This section describes extensions to RFC 1510 for supporting the
101     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
102     granting ticket (TGT).
104     In summary, the following changes to RFC 1510 are proposed:
106         * Users may authenticate using either a public key pair or a
107           conventional (symmetric) key.  If public key cryptography is
108           used, public key data is transported in preauthentication
109           data fields to help establish identity.
110         * Users may store private keys on the KDC for retrieval during
111           Kerberos initial authentication.
113     This proposal addresses two ways that users may use public key
114     cryptography for initial authentication.  Users may present public
115     key certificates, or they may generate their own session key,
116     signed by their digital signature key.  In either case, the end
117     result is that the user obtains an ordinary TGT that may be used for
118     subsequent authentication, with such authentication using only
119     conventional cryptography.
121     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
122     Section 3.2 and 3.3 describe the extensions for the two initial
123     authentication methods.  Section 3.4 describes a way for the user to
124     store and retrieve his private key on the KDC, as an adjunct to the
125     initial authentication.
128 3.1.  Definitions
130     The extensions involve new encryption methods; we propose the
131     addition of the following types:
133         dsa-sign                                8
134         rsa-priv                                9
135         rsa-pub                                 10
136         rsa-pub-md5                             11
137         rsa-pub-sha1                            12
139     The proposal of these encryption types notwithstanding, we do not
140     mandate the use of any particular public key encryption method.
142     The extensions involve new preauthentication fields; we propose the
143     addition of the following types:
145         PA-PK-AS-REQ                            14
146         PA-PK-AS-REP                            15
147         PA-PK-AS-SIGN                           16
148         PA-PK-KEY-REQ                           17
149         PA-PK-KEY-REP                           18
151     The extensions also involve new error types; we propose the addition
152     of the following types:
154         KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED              62
155         KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED                 63
156         KDC_ERR_INVALID_SIG                     64
157         KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK                    65
158         KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH            66
160     In addition, PKINIT does not define, but does permit, the following
161     algorithm identifiers for use with the Signature data structure:
163         md4WithRSAEncryption (as defined in PKCS 1)
164         md5WithRSAEncryption (as defined in PKCS 1)
165         sha-1WithRSAEncryption ::= { iso(1) member-body(2) us(840)
166                                      rsadsi(113549) pkcs(1) pkcs-1(1) 5 }
167         dsaWithSHA1 ::= { OIW oIWSecSig(3) oIWSecAlgorithm(2)
168                           dsaWithSHA1(27) }
170     where
172         OIW ::= iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14)
174     In many cases, PKINIT requires the encoding of an X.500 name as a
175     Realm.  In these cases, the realm will be represented using a
176     different style, specified in RFC 1510 with the following example:
178         NAMETYPE:rest/of.name=without-restrictions
180     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
181     X500-RFC1779.  The full realm name will appear as follows:
183         X500-RFC1779:RFC1779Encode(DistinguishedName)
185     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC1779Encode is a
186     readable ASCII encoding of an X.500 name, as defined by RFC 1779.
187     To ensure that this encoding is unique, we add the following rules
188     to those specified by RFC 1779:
190         * The optional spaces specified in RFC 1779 are not allowed.
191         * The character that separates relative distinguished names
192           must be ',' (i.e., it must never be ';').
193         * Attribute values must not be enclosed in double quotes.
194         * Attribute values must not be specified as hexadecimal
195           numbers.
196         * When an attribute name is specified in the form of an OID,
197           it must start with the 'OID.' prefix, and not the 'oid.'
198           prefix.
199         * The order in which the attributes appear in the RFC 1779
200           encoding must be the reverse of the order in the ASN.1
201           encoding of the X.500 name that appears in the public key
202           certificate, because RFC 1779 requires that the least
203           significant relative distinguished name appear first.  The
204           order of the relative distinguished names, as well as the
205           order of the attributes within each relative distinguished
206           name, will be reversed.
208     Similarly, PKINIT may require the encoding of an X.500 name as a
209     PrincipalName.  In these cases, the name-type of the principal name
210     shall be set to NT-X500-PRINCIPAL.  This new name type is defined
211     as:
213         #define CSFC5c_NT_X500_PRINCIPAL    6
215     The name-string shall be set as follows:
217         RFC1779Encode(DistinguishedName)
219     as described above.
222 3.1.1.  Encryption and Key Formats
224     In the exposition below, we use the terms public key and private
225     key generically.  It should be understood that the term "public
226     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
227     signature verification key, and that the term "private key" may be
228     used to refer to either a private decryption key or a signature
229     generation key.  The fact that these are logically distinct does
230     not preclude the assignment of bitwise identical keys.
232     All additional symmetric keys specified in this draft shall use the
233     same encryption type as the session key in the response from the
234     KDC.  These include the temporary keys used to encrypt the signed
235     random key encrypting the response, as well as the key derived from
236     Diffie-Hellman agreement.  In the case of Diffie-Hellman, the key
237     shall be produced from the agreed bit string as follows:
239         * Truncate the bit string to the appropriate length.
240         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain the key.
242     For instance, in the case of a DES key, we take the first eight
243     bytes of the bit stream, and then adjust the least significant bit
244     of each byte to ensure that each byte has odd parity.
246     RFC 1510, Section 6.1, defines EncryptedData as follows:
248         EncryptedData ::= SEQUENCE {
249             etype               [0] INTEGER,
250             kvno                [1] INTEGER OPTIONAL,
251             cipher              [2] OCTET STRING
252                                     -- is CipherText
253         }
255     RFC 1510 also defines how CipherText is to be composed.  It is not
256     an ASN.1 data structure, but rather an octet string which is the
257     encryption of a plaintext string.  This plaintext string is in turn
258     a concatenation of the following octet strings: a confounder, a
259     checksum, the message, and padding.  Details of how these components
260     are arranged can be found in RFC 1510.
262     The PKINIT protocol introduces several new types of encryption.
263     Data that is encrypted with a public key will allow only the check
264     optional field, as it is defined above. This type of the checksum
265     will be specified in the etype field, together with the encryption
266     type.
268     In order to identify the checksum type, etype will have the
269     following values:
271                 rsa-pub-MD5
272                 rsa-pub-SHA1
274     In the case that etype is set to rsa-pub, the optional 'check'
275     field will not be provided.
277     Data that is encrypted with a private key will not use any optional
278     fields. PKINIT uses private key encryption only for signatures,
279     which are encrypted checksums. Therefore, the optional check field
280     is not needed.
283 3.2.  Standard Public Key Authentication
285     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
286     compliance with PKINIT.
288     It is assumed that all public keys are signed by some certification
289     authority (CA).  The initial authentication request is sent as per
290     RFC 1510, except that a preauthentication field containing data
291     signed by the user's private key accompanies the request:
293     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
294                                 -- PA TYPE 14
295         signedAuthPack          [0] SignedAuthPack
296         userCert                [1] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL,
297                                     -- the user's certificate chain
298         trustedCertifiers       [2] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
299                                     -- CAs that the client trusts
300         serialNumber            [3] CertificateSerialNumber OPTIONAL
301                                     -- specifying a particular
302                                     -- certificate if the client
303                                     -- already has it;
304                                     -- must be accompanied by
305                                     -- a single trustedCertifier
306     }
308     CertificateSerialNumber ::= INTEGER
309                                 -- as specified by PKCS 6
311     SignedAuthPack ::= SEQUENCE {
312         authPack                [0] AuthPack,
313         authPackSig             [1] Signature,
314                                     -- of authPack
315                                     -- using user's private key
316     }
318     AuthPack ::= SEQUENCE {
319         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
320         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
321                                     -- if client is using Diffie-Hellman
322     }
324     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
325         kdcName                 [0] PrincipalName,
326         kdcRealm                [1] Realm,
327         cusec                   [2] INTEGER,
328                                     -- for replay prevention
329         ctime                   [3] KerberosTime,
330                                     -- for replay prevention
331         nonce                   [4] INTEGER
332     }
334     Signature ::= SEQUENCE {
335         signatureAlgorithm      [0] SignatureAlgorithmIdentifier,
336         pkcsSignature           [1] BIT STRING
337                                     -- octet-aligned big-endian bit
338                                     -- string (encrypted with signer's
339                                     -- private key)
340     }
342     SignatureAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier
344     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
345         algorithm                   ALGORITHM.&id,
346                                     -- for DH, equals
347                                     -- dhKeyAgreement
348                                     -- ({iso(1) member-body(2) US(840)
349                                     -- rsadsi(113549) pkcs(1) pkcs-3(3)
350                                     -- 1})
351         parameters                  ALGORITHM.&type
352                                     -- for DH, is DHParameter 
353     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
355     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
356         algorithm                   AlgorithmIdentifier,
357         subjectPublicKey            BIT STRING
358                                     -- for DH, equals
359                                     -- public exponent (INTEGER encoded
360                                     -- as payload of BIT STRING)
361     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
363     DHParameter ::= SEQUENCE {
364         prime                       INTEGER,
365                                     -- p
366         base                        INTEGER,
367                                     -- g
368         privateValueLength          INTEGER OPTIONAL
369     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
371     Certificate ::= SEQUENCE {
372         certType                [0] INTEGER,
373                                     -- type of certificate
374                                     -- 1 = X.509v3 (DER encoding)
375                                     -- 2 = PGP (per PGP specification)
376         certData                [1] OCTET STRING
377                                     -- actual certificate
378                                     -- type determined by certType
379     }
381     If the client passes a certificate serial number in the request,
382     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
383     exists, then the KDC returns an error of type
384     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
385     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
386     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
387     than one certificate.
389     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks,
390     to bind the request and response, and to optionally pass the
391     client's Diffie-Hellman public value (i.e. for using DSA in
392     combination with Diffie-Hellman).  The PKAuthenticator is signed
393     with the private key corresponding to the public key in the
394     certificate found in userCert (or cached by the KDC).
396     In the PKAuthenticator, the client may specify the KDC name in one
397     of two ways:
399         * The Kerberos principal name krbtgt/<realm_name>@<realm_name>,
400           where <realm_name> is replaced by the applicable realm name.
401         * The name in the KDC's certificate (e.g., an X.500 name, or a
402           PGP name).
404     Note that the first case requires that the certificate name and the
405     Kerberos principal name be bound together (e.g., via an X.509v3
406     extension).
408     The userCert field is a sequence of certificates, the first of which
409     must be the user's public key certificate. Any subsequent
410     certificates will be certificates of the certifiers of the user's
411     certificate.  These cerificates may be used by the KDC to verify the
412     user's public key.  This field may be left empty if the KDC already
413     has the user's certificate.
415     The trustedCertifiers field contains a list of certification
416     authorities trusted by the client, in the case that the client does
417     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
418     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
419     an error of type KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.
421     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
422     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
423     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
424     verifying the certification path against the KDC's policy of
425     legitimate certifiers.  This may be based on a certification
426     hierarchy, or it may be simply a list of recognized certifiers in a
427     system like PGP.
429     If verification of the user's certificate fails, the KDC sends back
430     an error message of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  The e-data
431     field contains additional information pertaining to this error, and
432     is formatted as follows:
434         METHOD-DATA ::= SEQUENCE {
435             method-type         [0] INTEGER,
436                                     -- 1 = cannot verify public key
437                                     -- 2 = invalid certificate
438                                     -- 3 = revoked certificate
439                                     -- 4 = invalid KDC name
440                                     -- 5 = client name mismatch
441             method-data         [1] OCTET STRING OPTIONAL
442         } -- syntax as for KRB_AP_ERR_METHOD (RFC 1510)
444     The values for the method-type and method-data fields are described
445     in Section 3.2.1.
447     If trustedCertifiers is provided in the PA-PK-AS-REQ, the KDC
448     verifies that it has a certificate issued by one of the certifiers
449     trusted by the client.  If it does not have a suitable certificate,
450     the KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to
451     the client. 
453     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
454     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
455     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
456     timestamp in the PKAuthenticator to assure that the request is not a
457     replay.   The KDC also verifies that its name is specified in the
458     PKAuthenticator.
460     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
461     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
462     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
463     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
464     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
465     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it generates its own public and
466     private values for the response.
468     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
469     within the allowable window.  If the local (server) time and the
470     client time in the authenticator differ by more than the allowable
471     clock skew, then the KDC returns an error message of type
472     KRB_AP_ERR_SKEW.
474     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510, except as
475     follows:  The user's name in the ticket is as represented in the
476     certificate, unless a Kerberos principal name is bound to the name
477     in the certificate (e.g., via an X.509v3 extension).  The user's
478     realm in the ticket shall be the name of the Certification
479     Authority that issued the user's public key certificate.
481     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
482     with a random key generated only for this particular response.  This
483     random key is sealed in the preauthentication field:
485     PA-PK-AS-REP ::= SEQUENCE {
486                                 -- PA TYPE 15
487         encSignedReplyKeyPack   [0] EncryptedData,
488                                     -- of type SignedReplyKeyPack
489                                     -- using the temporary key
490                                     -- in encTmpKey
491         encTmpKeyPack           [1] EncryptedData,
492                                     -- of type TmpKeyPack
493                                     -- using either the client public
494                                     -- key or the Diffie-Hellman key
495                                     -- specified by SignedDHPublicValue
496         signedKDCPublicValue    [2] SignedKDCPublicValue OPTIONAL
497                                     -- if one was passed in the request
498         kdcCert                 [3] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL,
499                                     -- the KDC's certificate chain
500     }
502     SignedReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
503         replyKeyPack            [0] ReplyKeyPack,
504         replyKeyPackSig         [1] Signature,
505                                     -- of replyEncKeyPack
506                                     -- using KDC's private key
507     }
509     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
510         replyKey                [0] EncryptionKey,
511                                     -- used to encrypt main reply
512                                     -- of same ENCTYPE as session key
513         nonce                   [1] INTEGER
514                                     -- binds response to the request
515                                     -- must be same as the nonce
516                                     -- passed in the PKAuthenticator
517     }
519     TmpKeyPack ::= SEQUENCE {
520         tmpKey                  [0] EncryptionKey,
521                                     -- used to encrypt the
522                                     -- SignedReplyKeyPack
523                                     -- of same ENCTYPE as session key
524     }
525         
526     SignedKDCPublicValue ::= SEQUENCE {
527         kdcPublicValue          [0] SubjectPublicKeyInfo,
528                                     -- as described above
529         kdcPublicValueSig       [1] Signature
530                                     -- of kdcPublicValue
531                                     -- using KDC's private key
532     }
534     The kdcCert field is a sequence of certificates, the first of which
535     must be the KDC's public key certificate.  Any subsequent
536     certificates will be certificates of the certifiers of the KDC's
537     certificate.  The last of these must have as its certifier one of
538     the certifiers sent to the KDC in the PA-PK-AS-REQ.  These
539     cerificates may be used by the client to verify the KDC's public
540     key.  This field is empty if the client did not send to the KDC a
541     list of trusted certifiers (the trustedCertifiers field was empty).
542     
543     Since each certifier in the certification path of a user's
544     certificate is essentially a separate realm, the name of each
545     certifier shall be added to the transited field of the ticket.  The
546     format of these realm names is defined in Section 3.1 of this
547     document.  If applicable, the transit-policy-checked flag should be
548     set in the issued ticket.
550     The KDC's certificate must bind the public key to a name derivable
551     from the name of the realm for that KDC.  For an X.509 certificate,
552     this is done as follows.  The name of the KDC will be represented
553     as an OtherName, encoded as a GeneralString:
555         GeneralName ::= CHOICE {
556             otherName       [0] KDCPrincipalName,
557             ...
558         }
560         KDCPrincipalNameTypes OTHER-NAME ::= {
561             { PrincipalNameSrvInst IDENTIFIED BY principalNameSrvInst }
562         }
564         KDCPrincipalName ::= SEQUENCE {
565             nameType        [0] OTHER-NAME.&id ( { KDCPrincipalNameTypes } ),
566             name            [1] OTHER-NAME.&type ( { KDCPrincipalNameTypes }
567                                { @nameType } )
568         }
570         PrincipalNameSrvInst ::= GeneralString
572     where (from the Kerberos specification) we have
574         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
575                                      org (3)
576                                      dod (6)
577                                      internet (1)
578                                      security (5)
579                                      kerberosv5 (2) }
581         principalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
583         principalNameSrvInst OBJECT IDENTIFIER ::= { principalName 2 }
585     The client then extracts the random key used to encrypt the main
586     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
587     client's public key or with a key derived from the DH values
588     exchanged between the client and the KDC.
591 3.2.1.  Additional Information for Errors
593     This section describes the interpretation of the method-type and
594     method-data fields of the KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED error.
596     If method-type=1, the client's public key certificate chain does not
597     contain a certificate that is signed by a certification authority
598     trusted by the KDC.  The format of the method-data field will be an
599     ASN.1 encoding of a list of trusted certifiers, as defined above:
601         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
603     If method-type=2, the signature on one of the certificates in the
604     chain cannot be verified.  The format of the method-data field will
605     be an ASN.1 encoding of the integer index of the certificate in
606     question:
608         CertificateIndex ::= INTEGER
609                              -- 0 = 1st certificate,
610                              -- 1 = 2nd certificate, etc
612     If method-type=3, one of the certificates in the chain has been
613     revoked.  The format of the method-data field will be an ASN.1
614     encoding of the integer index of the certificate in question:
616         CertificateIndex ::= INTEGER
617                              -- 0 = 1st certificate,
618                              -- 1 = 2nd certificate, etc
620     If method-type=4, the KDC name or realm in the PKAuthenticator does
621     not match the principal name of the KDC.  There is no method-data
622     field in this case.
624     If method-type=5, the client name or realm in the certificate does
625     not match the principal name of the client.  There is no
626     method-data field in this case.
629 3.3.  Digital Signature
631     Implementation of the changes in this section are OPTIONAL for
632     compliance with PKINIT.
634     We offer this option with the warning that it requires the client to
635     generate a random key; the client may not be able to guarantee the
636     same level of randomness as the KDC.
638     If the user registered, or presents a certificate for, a digital
639     signature key with the KDC instead of an encryption key, then a
640     separate exchange must be used.  The client sends a request for a
641     TGT as usual, except that it (rather than the KDC) generates the
642     random key that will be used to encrypt the KDC response.  This key
643     is sent to the KDC along with the request in a preauthentication
644     field, encrypted with the KDC's public key:
646     PA-PK-AS-SIGN ::= SEQUENCE {
647                                 -- PA TYPE 16
648         encSignedRandomKeyPack  [0] EncryptedData,
649                                     -- of type SignedRandomKeyPack
650                                     -- using the key in encTmpKeyPack
651         encTmpKeyPack           [1] EncryptedData,
652                                     -- of type TmpKeyPack
653                                     -- using the KDC's public key
654         userCert                [2] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL
655                                     -- the user's certificate chain
656     }
658     SignedRandomKeyPack ::= SEQUENCE {
659         randomkeyPack           [0] RandomKeyPack,
660         randomkeyPackSig        [1] Signature
661                                     -- of keyPack
662                                     -- using user's private key
663     }
665     RandomKeyPack ::= SEQUENCE {
666         randomKey               [0] EncryptionKey,
667                                     -- will be used to encrypt reply
668         randomKeyAuth           [1] PKAuthenticator
669                                     -- nonce copied from AS-REQ
670     }
672     If the KDC does not accept client-generated random keys as a matter
673     of policy, then it sends back an error message of type
674     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it extracts the random key as
675     follows.
677     Upon receipt of the PA-PK-AS-SIGN, the KDC decrypts then verifies
678     the randomKey.  It then replies as per RFC 1510, except that the
679     reply is encrypted not with a password-derived user key, but with
680     the randomKey sent in the request.  Since the client already knows
681     this key, there is no need to accompany the reply with an extra
682     preauthentication field.  The transited field of the ticket should
683     specify the certification path as described in Section 3.2.
686 3.4.  Retrieving the User's Private Key from the KDC
688     Implementation of the changes described in this section are OPTIONAL
689     for compliance with PKINIT.
691     When the user's private key is not stored local to the user, he may
692     choose to store the private key (normally encrypted using a
693     password-derived key) on the KDC.  In this case, the client makes a
694     request as described above, except that instead of preauthenticating
695     with his private key, he uses a symmetric key shared with the KDC.
697     For simplicity's sake, this shared key is derived from the password-
698     derived key used to encrypt the private key, in such a way that the
699     KDC can authenticate the user with the shared key without being able
700     to extract the private key.
702     We provide this option to present the user with an alternative to
703     storing the private key on local disk at each machine where he
704     expects to authenticate himself using PKINIT.  It should be noted
705     that it replaces the added risk of long-term storage of the private
706     key on possibly many workstations with the added risk of storing the
707     private key on the KDC in a form vulnerable to brute-force attack.
709     Denote by K1 the symmetric key used to encrypt the private key.
710     Then construct symmetric key K2 as follows:
712         * Perform a hash on K1.
713         * Truncate the digest to Length(K1) bytes.
714         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain K2.
716     The KDC stores K2, the public key, and the encrypted private key.
717     This key pair is designated as the "primary" key pair for that user.
718     This primary key pair is the one used to perform initial
719     authentication using the PA-PK-AS-REP preauthentication field.  If
720     he desires, he may also store additional key pairs on the KDC; these
721     may be requested in addition to the primary.  When the client
722     requests initial authentication using public key cryptography, it
723     must then include in its request, instead of a PA-PK-AS-REQ, the
724     following preauthentication sequence:
726     PA-PK-KEY-REQ ::= SEQUENCE {
727                                 -- PA TYPE 17
728         signedPKAuth            [0] SignedPKAuth,
729         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
730                                     -- CAs that the client trusts
731         keyIDList               [2] SEQUENCE OF Checksum OPTIONAL
732                                     -- payload is hash of public key
733                                     -- corresponding to desired
734                                     -- private key
735                                     -- if absent, KDC will return all
736                                     -- stored private keys
737     }
739     Checksum ::= SEQUENCE {
740         cksumtype               [0] INTEGER,
741         checksum                [1] OCTET STRING
742     }   -- as specified by RFC 1510
744     SignedPKAuth ::= SEQUENCE {
745         pkAuth                  [0] PKAuthenticator,
746         pkAuthSig               [1] Signature
747                                     -- of pkAuth
748                                     -- using the symmetric key K2
749     }
751     If a keyIDList is present, the first identifier should indicate
752     the primary private key.  No public key certificate is required,
753     since the KDC stores the public key along with the private key.
754     If there is no keyIDList, all the user's private keys are returned.
756     Upon receipt, the KDC verifies the signature using K2.  If the
757     verification fails, the KDC sends back an error of type
758     KDC_ERR_INVALID_SIG.  If the signature verifies, but the requested
759     keys are not found on the KDC, then the KDC sends back an error of
760     type KDC_ERR_PREAUTH_FAILED.  If all checks out, the KDC responds as
761     described in Section 3.2, except that in addition, the KDC appends
762     the following preauthentication sequence:
764     PA-PK-KEY-REP ::= SEQUENCE {
765                                 -- PA TYPE 18
766         encKeyRep               [0] EncryptedData
767                                     -- of type EncKeyReply
768                                     -- using the symmetric key K2
769     }
771     EncKeyReply ::= SEQUENCE {
772         keyPackList             [0] SEQUENCE OF KeyPack,
773                                     -- the first KeyPair is
774                                     -- the primary key pair
775         nonce                   [1] INTEGER
776                                     -- binds reply to request
777                                     -- must be identical to the nonce
778                                     -- sent in the SignedAuthPack
779     }
781     KeyPack ::= SEQUENCE {
782         keyID                   [0] Checksum,
783         encPrivKey              [1] OCTET STRING
784     }
786     Upon receipt of the reply, the client extracts the encrypted private
787     keys (and may store them, at the client's option).  The primary
788     private key, which must be the first private key in the keyPack
789     SEQUENCE, is used to decrypt the random key in the PA-PK-AS-REP;
790     this key in turn is used to decrypt the main reply as described in
791     Section 3.2.
794 4.  Logistics and Policy
796     This section describes a way to define the policy on the use of
797     PKINIT for each principal and request.
799     The KDC is not required to contain a database record for users
800     that use either the Standard Public Key Authentication or Public Key
801     Authentication with a Digital Signature.  However, if these users
802     are registered with the KDC, it is recommended that the database
803     record for these users be modified to include three additional flags
804     in the attributes field.
806     The first flag, use_standard_pk_init, indicates that the user should
807     authenticate using standard PKINIT as described in Section 3.2.  The
808     second flag, use_digital_signature, indicates that the user should
809     authenticate using digital signature PKINIT as described in Section
810     3.3.  The third flag, store_private_key, indicates that the user
811     has stored his private key on the KDC and should retrieve it using
812     the exchange described in Section 3.4.
814     If one of the preauthentication fields defined above is included in
815     the request, then the KDC shall respond as described in Sections 3.2
816     through 3.4, ignoring the aforementioned database flags.  If more
817     than one of the preauthentication fields is present, the KDC shall
818     respond with an error of type KDC_ERR_PREAUTH_FAILED.
820     In the event that none of the preauthentication fields defined above
821     are included in the request, the KDC checks to see if any of the
822     above flags are set.  If the first flag is set, then it sends back
823     an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED indicating that a
824     preauthentication field of type PA-PK-AS-REQ must be included in the
825     request.
827     Otherwise, if the first flag is clear, but the second flag is set,
828     then the KDC sends back an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
829     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-AS-SIGN must
830     be included in the request.
832     Lastly, if the first two flags are clear, but the third flag is set,
833     then the KDC sends back an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
834     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-KEY-REQ must
835     be included in the request.
838 5.  Security Considerations
840     PKINIT raises a few security considerations, which we will address
841     in this section.
843     First of all, PKINIT introduces a new trust model, where KDCs do not
844     (necessarily) certify the identity of those for whom they issue
845     tickets.  PKINIT does allow KDCs to act as their own CAs, in order
846     to simplify key management, but one of the additional benefits is to
847     align Kerberos authentication with a global public key
848     infrastructure.  Anyone using PKINIT in this way must be aware of
849     how the certification infrastructure they are linking to works.
851     Secondly, PKINIT also introduces the possibility of interactions
852     between different cryptosystems, which may be of widely varying
853     strengths.  Many systems, for instance, allow the use of 512-bit
854     public keys.  Using such keys to wrap data encrypted under strong
855     conventional cryptosystems, such as triple-DES, is inappropriate;
856     it adds a weak link to a strong one at extra cost.  Implementors
857     and administrators should take care to avoid such wasteful and
858     deceptive interactions.
861 5.  Transport Issues
863     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
864     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
865     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
866     light of the possibility that the Kerberos specification will
867     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
868     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
869     extensions as well.
872 6.  Bibliography
874     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
875     (V5).  Request for Comments 1510.
877     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
878     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
879     1994.
881     [3] A. Medvinsky, M. Hur.  Addition of Kerberos Cipher Suites to
882     Transport Layer Security (TLS).
883     draft-ietf-tls-kerb-cipher-suites-00.txt
885     [4] A. Medvinsky, M. Hur, B. Clifford Neuman.  Public Key Utilizing
886     Tickets for Application Servers (PKTAPP).
887     draft-ietf-cat-pktapp-00.txt
889     [5] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
890     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
891     System Security, 1997.
893     [6] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction 
894     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
895     Commerce, July 1995.
897     [7] Alan O. Freier, Philip Karlton and Paul C. Kocher.  The SSL
898     Protocol, Version 3.0 - IETF Draft. 
900     [8] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for 
901     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International 
902     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
904     [9] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
905     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
906     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
909 7.  Acknowledgements
911     Sasha Medvinsky contributed several ideas to the protocol changes
912     and specifications in this document.  His additions have been most
913     appreciated.
915     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
916     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
917     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
918     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
919     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
920     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
921     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
922     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
923     in DCE have been invaluable.
926 8.  Expiration Date
928     This draft expires September 15, 1998.
931 9.  Authors
933     Brian Tung
934     Clifford Neuman
935     USC Information Sciences Institute
936     4676 Admiralty Way Suite 1001
937     Marina del Rey CA 90292-6695
938     Phone: +1 310 822 1511
939     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
941     John Wray
942     Digital Equipment Corporation
943     550 King Street, LKG2-2/Z7
944     Littleton, MA 01460
945     Phone: +1 508 486 5210
946     E-mail: wray@tuxedo.enet.dec.com
948     Ari Medvinsky
949     Matthew Hur
950     CyberSafe Corporation
951     1605 NW Sammamish Road Suite 310
952     Issaquah WA 98027-5378
953     Phone: +1 206 391 6000
954     E-mail: {ari.medvinsky, matt.hur}@cybersafe.com
956     Jonathan Trostle
957     Novell Corporation
958     Provo UT
959     E-mail: jtrostle@novell.com