Include <com_err.h>
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-07.txt
blob9609440b9bb318abad7617807d5ffd368d7cca9c
1 INTERNET-DRAFT                                              Brian Tung
2 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-07.txt                 Clifford Neuman
3 Updates: RFC 1510                                                  ISI
4 expires May 15, 1999                                         John Wray
5                                          Digital Equipment Corporation
6                                                          Ari Medvinsky
7                                                            Matthew Hur
8                                                        Sasha Medvinsky
9                                                  CyberSafe Corporation
10                                                       Jonathan Trostle
11                                                                  Cisco
14     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
17 0.  Status Of This Memo
19     This document is an Internet-Draft.  Internet-Drafts are working
20     documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its
21     areas, and its working groups.  Note that other groups may also
22     distribute working documents as Internet-Drafts.
24     Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
25     months and may be updated, replaced, or obsoleted by other
26     documents at any time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts
27     as reference material or to cite them other than as "work in
28     progress."
30     To learn the current status of any Internet-Draft, please check
31     the "1id-abstracts.txt" listing contained in the Internet-Drafts
32     Shadow Directories on ftp.ietf.org (US East Coast),
33     nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West Coast), or
34     munnari.oz.au (Pacific Rim).
36     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
37     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-07.txt, and expires May 15, 1999.
38     Please send comments to the authors.
41 1.  Abstract
43     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
44     specification (RFC 1510 [1]) to provide a method for using public
45     key cryptography during initial authentication.  The methods
46     defined specify the ways in which preauthentication data fields and
47     error data fields in Kerberos messages are to be used to transport
48     public key data.
51 2.  Introduction
53     The popularity of public key cryptography has produced a desire for
54     its support in Kerberos [2].  The advantages provided by public key
55     cryptography include simplified key management (from the Kerberos
56     perspective) and the ability to leverage existing and developing
57     public key certification infrastructures.
59     Public key cryptography can be integrated into Kerberos in a number
60     of ways.  One is to associate a key pair with each realm, which can
61     then be used to facilitate cross-realm authentication; this is the
62     topic of another draft proposal.  Another way is to allow users with
63     public key certificates to use them in initial authentication.  This
64     is the concern of the current document.
66     One of the guiding principles in the design of PKINIT is that
67     changes should be as minimal as possible.  As a result, the basic
68     mechanism of PKINIT is as follows:  The user sends a request to the
69     KDC as before, except that if that user is to use public key
70     cryptography in the initial authentication step, his certificate
71     accompanies the initial request, in the preauthentication fields.
73     Upon receipt of this request, the KDC verifies the certificate and
74     issues a ticket granting ticket (TGT) as before, except that
75     the encPart from the AS-REP message carrying the TGT is now
76     encrypted in a randomly-generated key, instead of the user's
77     long-term key (which is derived from a password).  This
78     random key is in turn encrypted using the public key from the
79     certificate that came with the request and signed using the KDC's
80     private key, and accompanies the reply, in the preauthentication
81     fields.
83     PKINIT also allows for users with only digital signature keys to
84     authenticate using those keys, and for users to store and retrieve
85     private keys on the KDC.
87     The PKINIT specification may also be used as a building block for
88     other specifications.  PKCROSS [3] utilizes PKINIT for establishing
89     the inter-realm key and associated inter-realm policy to be applied
90     in issuing cross realm service tickets.  As specified in [4], anonymous
91     Kerberos tickets can be issued by applying a NULL signature in
92     combination with Diffie-Hellman in the PKINIT exchange.  Additionally,
93     The PKINIT specification may be used for direct peer to peer
94     authentication without contacting a central KDC. This application
95     of PKINIT is described in PKTAPP [5] and is based on concepts
96     introduced in [6, 7]. For direct client-to-server authentication,
97     the client uses PKINIT to authenticate to the end server (instead
98     of a central KDC), which then issues a ticket for itself.  This
99     approach has an advantage over SSL [8] in that the server does not
100     need to save state (cache session keys).  Furthermore, an
101     additional benefit is that Kerberos tickets can facilitate
102     delegation (see [9]).
105 3.  Proposed Extensions
107     This section describes extensions to RFC 1510 for supporting the
108     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
109     granting ticket (TGT).
111     In summary, the following changes to RFC 1510 are proposed:
113         * Users may authenticate using either a public key pair or a
114           conventional (symmetric) key.  If public key cryptography is
115           used, public key data is transported in preauthentication
116           data fields to help establish identity.
117         * Users may store private keys on the KDC for retrieval during
118           Kerberos initial authentication.
120     This proposal addresses two ways that users may use public key
121     cryptography for initial authentication.  Users may present public
122     key certificates, or they may generate their own session key,
123     signed by their digital signature key.  In either case, the end
124     result is that the user obtains an ordinary TGT that may be used for
125     subsequent authentication, with such authentication using only
126     conventional cryptography.
128     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
129     Section 3.2 and 3.3 describe the extensions for the two initial
130     authentication methods.  Section 3.4 describes a way for the user to
131     store and retrieve his private key on the KDC, as an adjunct to the
132     initial authentication.
135 3.1.  Definitions
137     The extensions involve new preauthentication fields; we propose the
138     addition of the following types:
140         PA-PK-AS-REQ                            14
141         PA-PK-AS-REP                            15
142         PA-PK-AS-SIGN                           16
143         PA-PK-KEY-REQ                           17
144         PA-PK-KEY-REP                           18
146     The extensions also involve new error types; we propose the addition
147     of the following types:
149         KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED              62
150         KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED                 63
151         KDC_ERR_INVALID_SIG                     64
152         KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK                    65
153         KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH            66
155     In many cases, PKINIT requires the encoding of an X.500 name as a
156     Realm.  In these cases, the realm will be represented using a
157     different style, specified in RFC 1510 with the following example:
159         NAMETYPE:rest/of.name=without-restrictions
161     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
162     X500-RFC2253.  The full realm name will appear as follows:
164         X500-RFC2253:RFC2253Encode(DistinguishedName)
166     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC2253Encode is a
167     readable ASCII encoding of an X.500 name, as defined by
168     RFC 2253 [14] (part of LDAPv3). (RFC 2253 obsoleted RFC 1779, which
169     is not supported by this version of PKINIT.)
171     To ensure that this encoding is unique, we add the following rule
172     to those specified by RFC 2253:
174         The order in which the attributes appear in the RFC 2253
175         encoding must be the reverse of the order in the ASN.1
176         encoding of the X.500 name that appears in the public key
177         certificate. The order of the relative distinguished names
178         (RDNs), as well as the order of the AttributeTypeAndValues
179         within each RDN, will be reversed. (This is despite the fact
180         that an RDN is defined as a SET of AttributeTypeAndValues, where
181         an order is normally not important.)
183     Similarly, PKINIT may require the encoding of an X.500 name as a
184     PrincipalName.  In these cases, the name-type of the principal name
185     shall be set to NT-X500-PRINCIPAL.  This new name type is defined
186     as:
188         #define CSFC5c_NT_X500_PRINCIPAL    6
190     The name-string shall be set as follows:
192         RFC2253Encode(DistinguishedName)
194     as described above.
197 3.1.1.  Encryption and Key Formats
199     In the exposition below, we use the terms public key and private
200     key generically.  It should be understood that the term "public
201     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
202     signature verification key, and that the term "private key" may be
203     used to refer to either a private decryption key or a signature
204     generation key.  The fact that these are logically distinct does
205     not preclude the assignment of bitwise identical keys.
207     All additional symmetric keys specified in this draft shall use the
208     same encryption type as the session key in the response from the
209     KDC.  These include the temporary keys used to encrypt the signed
210     random key encrypting the response, as well as the key derived from
211     Diffie-Hellman agreement.  In the case of Diffie-Hellman, the key
212     shall be produced from the agreed bit string as follows:
214         * Truncate the bit string to the appropriate length.
215         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain the key.
217     For instance, in the case of a DES key, we take the first eight
218     bytes of the bit stream, and then adjust the least significant bit
219     of each byte to ensure that each byte has odd parity.
222 3.1.2. Algorithm Identifiers
224     PKINIT does not define, but does permit, the algorithm identifiers
225     listed below.
227 3.1.2.1. Signature Algorithm Identifiers
229     These are the algorithm identifiers for use in the Signature data
230     structure:
231   
232     sha-1WithRSAEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
233          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
234                pkcs-1(1) 5 }
235     
236     dsaWithSHA1 ALGORITHM PARAMETER NULL
237          ::= { iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14) oIWSecSig(3)
238                oIWSecAlgorithm(2) dsaWithSHA1(27) }
239     
240     md4WithRsaEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
241          ::= { iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14) oIWSecSig(3)
242                oIWSecAlgorithm(2) md4WithRSAEncryption(4) }
243     
244     md5WithRSAEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
245          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
246                pkcs-1(1) md5WithRSAEncryption(4) }
249 3.1.2.2 Diffie-Hellman Key Agreement Algorithm Identifier
251     This algorithm identifier is used inside the SubjectPublicKeyInfo
252     data structure:
254     dhKeyAgreement ALGORITHM PARAMETER DHParameters
255          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
256                pkcs-3(3) dhKeyAgreement(1) }
258     DHParameters ::= SEQUENCE {
259         prime                       INTEGER,
260                                     -- p
261         base                        INTEGER,
262                                     -- g
263         privateValueLength          INTEGER OPTIONAL
264     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
267 3.1.2.3. Algorithm Identifiers for RSA Encryption
269     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
270     structure, for encrypting the temporary key with a public key:
272     rsaEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
273          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
274                pkcs-1(1) rsaEncryption(1)
277 3.1.2.4. Algorithm Identifiers for Encryption with Secret Keys
279     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
280     structure, for encrypting the temporary key with a Diffie-Hellman-
281     derived key, or for encrypting the reply key:
283     desCBC ALGORITHM PARAMETER IV8
284          ::= { iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14) oIWSecSig(3)
285                oIWSecAlgorithm(2) desCBC(7) }
287     DES-EDE3-CBC ALGORITHM PARAMETER IV8
288          ::= { iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
289                encryptionAlgorithm(3) desEDE3(7) }
291     IV8 ::= OCTET STRING (SIZE(8))        -- initialization vector
293     rc2CBC ALGORITHM PARAMETER RC2-CBCParameter
294          ::= { iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
295                encryptionAlgorithm(3) rc2CBC(2) }
297     The rc2CBC algorithm parameters (RC2-CBCParameter) are defined
298     in the following section.
300     rc4 ALGORITHM PARAMETER NULL
301          ::= { iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
302                encryptionAlgorithm(3) rc4(4) }
304     The rc4 algorithm cannot be used with the Diffie-Hellman-derived
305     keys, because its parameters do not specify the size of the key.
308 3.1.2.5. rc2CBC Algorithm Parameters
310     This definition of the RC2 parameters is taken from a paper by
311     Ron Rivest [13]. Refer to [13] for the complete description of the
312     RC2 algorithm.
314     RC2-CBCParameter ::= CHOICE {
315         iv IV,
316         params SEQUENCE {
317             version RC2Version,
318             iv IV
319         }
320     }
322     where
324     IV ::= OCTET STRING -- 8 octets
325     RC2Version ::= INTEGER -- 1-1024
327     RC2 in CBC mode has two parameters: an 8-byte initialization 
328     vector (IV) and a version number in the range 1-1024 which 
329     specifies in a roundabout manner the number of effective key bits 
330     to be used for the RC2 encryption/decryption.
332     The correspondence between effective key bits and version number 
333     is as follows:
335     1. If the number EKB of effective key bits is in the range 1-255, 
336        then the version number is given by Table[EKB], where the 
337        256-byte translation table is specified below. It specifies a
338        permutation on the numbers 0-255.
340     2. If the number EKB of effective key bits is in the range 
341        256-1024, then the version number is simply EKB.
343        The default number of effective key bits for RC2 is 32.  
344        If RC2-CBC is being performed with 32 effective key bits, the 
345        parameters should be supplied as a simple IV, rather than as a
346        SEQUENCE containing a version and an IV.
348          0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
350     00: bd 56 ea f2 a2 f1 ac 2a b0 93 d1 9c 1b 33 fd d0
351     10: 30 04 b6 dc 7d df 32 4b f7 cb 45 9b 31 bb 21 5a
352     20: 41 9f e1 d9 4a 4d 9e da a0 68 2c c3 27 5f 80 36
353     30: 3e ee fb 95 1a fe ce a8 34 a9 13 f0 a6 3f d8 0c
354     40: 78 24 af 23 52 c1 67 17 f5 66 90 e7 e8 07 b8 60
355     50: 48 e6 1e 53 f3 92 a4 72 8c 08 15 6e 86 00 84 fa
356     60: f4 7f 8a 42 19 f6 db cd 14 8d 50 12 ba 3c 06 4e
357     70: ec b3 35 11 a1 88 8e 2b 94 99 b7 71 74 d3 e4 bf
358     80: 3a de 96 0e bc 0a ed 77 fc 37 6b 03 79 89 62 c6
359     90: d7 c0 d2 7c 6a 8b 22 a3 5b 05 5d 02 75 d5 61 e3
360     a0: 18 8f 55 51 ad 1f 0b 5e 85 e5 c2 57 63 ca 3d 6c
361     b0: b4 c5 cc 70 b2 91 59 0d 47 20 c8 4f 58 e0 01 e2
362     c0: 16 38 c4 6f 3b 0f 65 46 be 7e 2d 7b 82 f9 40 b5
363     d0: 1d 73 f8 eb 26 c7 87 97 25 54 b1 28 aa 98 9d a5
364     e0: 64 6d 7a d4 10 81 44 ef 49 d6 ae 2e dd 76 5c 2f
365     f0: a7 1c c9 09 69 9a 83 cf 29 39 b9 e9 4c ff 43 ab
367     
368 3.2.  Standard Public Key Authentication
370     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
371     compliance with PKINIT.
373     It is assumed that all public keys are signed by some certification
374     authority (CA).  The initial authentication request is sent as per
375     RFC 1510, except that a preauthentication field containing data
376     signed by the user's private key accompanies the request:
378     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
379                                 -- PA TYPE 14
380         signedAuthPack          [0] SignedAuthPack
381         userCert                [1] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL,
382                                     -- the user's certificate chain;
383                                     -- if present, the KDC must use
384                                     -- the public key from this
385                                     -- particular certificate chain to
386                                     -- verify the signature in the
387                                     -- request
388         trustedCertifiers       [2] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
389                                     -- CAs that the client trusts
390         serialNumber            [3] CertificateSerialNumber OPTIONAL
391                                     -- specifying a particular KDC
392                                     -- certificate if the client
393                                     -- already has it;
394                                     -- must be accompanied by
395                                     -- a single trustedCertifier
396     }
398     CertificateSerialNumber ::= INTEGER
399                                 -- as specified by PKCS #6 [15]
401     SignedAuthPack ::= SEQUENCE {
402         authPack                [0] AuthPack,
403         authPackSig             [1] Signature,
404                                     -- of authPack
405                                     -- using user's private key
406     }
408     AuthPack ::= SEQUENCE {
409         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
410         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
411                                     -- if client is using Diffie-Hellman
412     }
414     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
415         kdcName                 [0] PrincipalName,
416         kdcRealm                [1] Realm,
417         cusec                   [2] INTEGER,
418                                     -- for replay prevention
419         ctime                   [3] KerberosTime,
420                                     -- for replay prevention
421         nonce                   [4] INTEGER
422     }
424     Signature ::= SEQUENCE {
425         signatureAlgorithm      [0] SignatureAlgorithmIdentifier,
426         pkcsSignature           [1] BIT STRING
427                                     -- octet-aligned big-endian bit
428                                     -- string (encrypted with signer's
429                                     -- private key)
430     }
432     SignatureAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier
434     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
435         algorithm                   ALGORITHM.&id,
436         parameters                  ALGORITHM.&type 
437     }   -- as specified by the X.509 recommendation [10]
439     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
440         algorithm                   AlgorithmIdentifier,
441                                     -- dhKeyAgreement
442         subjectPublicKey            BIT STRING
443                                     -- for DH, equals
444                                     -- public exponent (INTEGER encoded
445                                     -- as payload of BIT STRING)
446     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
448     Certificate ::= SEQUENCE {
449         certType                [0] INTEGER,
450                                     -- type of certificate
451                                     -- 1 = X.509v3 (DER encoding)
452                                     -- 2 = PGP (per PGP specification)
453                                     -- 3 = PKIX (per PKCS #6 [15])
454         certData                [1] OCTET STRING
455                                     -- actual certificate
456                                     -- type determined by certType
457     }
459     If the client passes a certificate serial number in the request,
460     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
461     exists, then the KDC returns an error of type
462     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
463     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
464     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
465     than one certificate.
467     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks,
468     to bind the request and response, and to optionally pass the
469     client's Diffie-Hellman public value (i.e. for using DSA in
470     combination with Diffie-Hellman).  The PKAuthenticator is signed
471     with the private key corresponding to the public key in the
472     certificate found in userCert (or cached by the KDC).
474     The userCert field is a sequence of certificates, the first of which
475     must be the user's public key certificate. Any subsequent
476     certificates will be certificates of the certifiers of the user's
477     certificate.  These cerificates may be used by the KDC to verify the
478     user's public key.  This field may be left empty if the KDC already
479     has the user's certificate.
481     The trustedCertifiers field contains a list of certification
482     authorities trusted by the client, in the case that the client does
483     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
484     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
485     an error of type KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.
487     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
488     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
489     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
490     verifying the certification path against the KDC's policy of
491     legitimate certifiers.  This may be based on a certification
492     hierarchy, or it may be simply a list of recognized certifiers in a
493     system like PGP.
495     If verification of the user's certificate fails, the KDC sends back
496     an error message of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  The e-data
497     field contains additional information pertaining to this error, and
498     is formatted as follows:
500         METHOD-DATA ::= SEQUENCE {
501             method-type         [0] INTEGER,
502                                     -- 1 = cannot verify public key
503                                     -- 2 = invalid certificate
504                                     -- 3 = revoked certificate
505                                     -- 4 = invalid KDC name
506                                     -- 5 = client name mismatch
507             method-data         [1] OCTET STRING OPTIONAL
508         } -- syntax as for KRB_AP_ERR_METHOD (RFC 1510)
510     The values for the method-type and method-data fields are described
511     in Section 3.2.1.
513     If trustedCertifiers is provided in the PA-PK-AS-REQ, the KDC
514     verifies that it has a certificate issued by one of the certifiers
515     trusted by the client.  If it does not have a suitable certificate,
516     the KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to
517     the client. 
519     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
520     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
521     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
522     timestamp in the PKAuthenticator to assure that the request is not a
523     replay.   The KDC also verifies that its name is specified in the
524     PKAuthenticator.
526     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
527     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
528     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
529     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
530     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
531     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it generates its own public and
532     private values for the response.
534     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
535     within the allowable window.  If the local (server) time and the
536     client time in the authenticator differ by more than the allowable
537     clock skew, then the KDC returns an error message of type
538     KRB_AP_ERR_SKEW.
540     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510, except as
541     follows.  The user's name in the ticket is determined by the
542     following decision algorithm:
544         1.  If the KDC has a mapping from the name in the certificate
545             to a Kerberos name, then use that name.  Else
546         2.  If the certificate contains a Kerberos name in an extension
547             field, and local KDC policy allows, then use that name.
548             Else
549         3.  Use the name as represented in the certificate, mapping
550             as necessary (e.g., as per RFC 2253 for X.500 names).  In
551             this case the realm in the ticket shall be the name of the
552             certification authority that issued the user's certificate.
554     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
555     with a random key generated only for this particular response.  This
556     random key is sealed in the preauthentication field:
558     PA-PK-AS-REP ::= SEQUENCE {
559                                 -- PA TYPE 15
560         encKeyPack              [1] EnvelopedKeyPack,
561                                     -- temporary key is encrypted
562                                     -- using either the client public
563                                     -- key or the Diffie-Hellman key
564                                     -- specified by SignedKDCPublicValue.
565                                     -- SignedReplyKeyPack, encrypted
566                                     -- with the temporary key, is also
567                                     -- included.
568         signedKDCPublicValue    [2] SignedKDCPublicValue OPTIONAL,
569                                     -- if one was passed in the request
570         kdcCert                 [3] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL
571                                     -- the KDC's certificate chain
572     }
573   
574         
575     The EnvelopedKeyPack data type below contains an encrypted
576     temporary key (either with the PKINIT client's public key or with a
577     symmetric key, resulting from the Diffie-Hellman exchange). It also
578     contains a signed and encrypted reply key. This data structure is
579     similar to EnvelopedData, defined in CMS [11] and PKCS #7 [12].
580     
581     EnvelopedKeyPack ::= SEQUENCE {
582         version                     Version,
583                                     -- Always set to 0.
584         recipientInfos              RecipientInfos,
585                                     -- This is a SET, which must contain
586                                     -- exactly one member. Contains a
587                                     -- temporary key, encrypted with the
588                                     -- client's public key. This
589                                     -- temporary key is used to encrypt
590                                     -- the reply key.
591         encryptedContentInfo        EncryptedContentInfo
592                                     -- contains the signed and encrypted
593                                     -- reply key
594     }
596     Version ::= INTEGER
598     RecipientInfos ::= SET OF RecipientInfo
600     RecipientInfo ::= SEQUENCE {
601         version                     Version,
602                                     -- shall be 0
603         rid                         RecipientIdentifier,
604                                     -- Since this is an optional field, 
605                                     -- it supports both CMS and PKCS #7
606         keyEncryptionAlgorithm      KeyEncryptionAlgorithmIdentifier,
607         EncryptedKey                OCTET STRING
608                                     -- the temporary key, encrypted with
609                                     -- the PKINIT client's public key        
610     }
612     KeyEncryptionAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier
614     RecipientIdentifier ::= IssuerAndSerialNumber
615                             -- Corresponds to the X.509 V3 extension
616                             -- SubjectKeyIdentifier.
618     IssuerAndSerialNumber ::= SEQUENCE {
619         issuer                  Name,
620                                     -- a distinguished name, as defined
621                                     -- by X.509
622         serialNumber            CertificateSerialNumber
623     }
625     CertificateSerialNumber ::= INTEGER
626         
627     EncryptedContentInfo ::= SEQUENCE {
628         contentType             ContentType,
629                                     -- shall be:
630                                     --  iso(1) member-body(2) us(840)
631                                     --  rsadsi(113549) pkcs(1) pkcs7(7)
632                                     --  EnvelopedData(3)
633         contentEncryptionAlgorithm ContentEncryptionAlgorithmIdentifier
634                                     -- Algorithm used to encrypt the
635                                     -- SignedReplyKeyPack.
636         encryptedContent           OCTET STRING
637                                     -- The encrypted data is of the type
638                                     -- SignedReplyKeyPack.
639     }
641     ContentType ::= OBJECT IDENTIFIER
643     ContentEncryptionAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier
645     SignedReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
646         replyKeyPack            [0] ReplyKeyPack,
647         replyKeyPackSig         [1] Signature,
648                                     -- of replyKeyPack
649                                     -- using KDC's private key
650     }
652     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
653         replyKey                [0] EncryptionKey,
654                                     -- used to encrypt main reply
655                                     -- of same ENCTYPE as session key
656         nonce                   [1] INTEGER
657                                     -- binds response to the request
658                                     -- must be same as the nonce
659                                     -- passed in the PKAuthenticator
660     }
661        
662     SignedKDCPublicValue ::= SEQUENCE {
663         kdcPublicValue          [0] SubjectPublicKeyInfo,
664                                     -- as described above
665         kdcPublicValueSig       [1] Signature
666                                     -- of kdcPublicValue
667                                     -- using KDC's private key
668     }
671     The kdcCert field is a sequence of certificates, the first of which
672     must be the KDC's public key certificate.  Any subsequent
673     certificates will be certificates of the certifiers of the KDC's
674     certificate.  The last of these must have as its certifier one of
675     the certifiers sent to the KDC in the PA-PK-AS-REQ.  These
676     cerificates may be used by the client to verify the KDC's public
677     key.  This field is empty if the client did not send to the KDC a
678     list of trusted certifiers (the trustedCertifiers field was empty).
679     
680     Since each certifier in the certification path of a user's
681     certificate is essentially a separate realm, the name of each
682     certifier shall be added to the transited field of the ticket.  The
683     format of these realm names is defined in Section 3.1 of this
684     document.  If applicable, the transit-policy-checked flag should be
685     set in the issued ticket.
687     The KDC's certificate must bind the public key to a name derivable
688     from the name of the realm for that KDC.  X.509 certificates shall
689     contain the principal name of the KDC as the SubjectAltName version
690     3 extension. Below is the definition of this version 3 extension, as
691     specified by the X.509 standard:
693         subjectAltName EXTENSION ::= {
694             SYNTAX GeneralNames
695             IDENTIFIED BY id-ce-subjectAltName
696         }
698         GeneralNames ::= SEQUENCE SIZE(1..MAX) OF GeneralName
700         GeneralName ::= CHOICE {
701             otherName       [0] INSTANCE OF OTHER-NAME,
702             ...
703         }
705         OTHER-NAME ::= TYPE-IDENTIFIER
707     In this definition, otherName is a name of any form defined as an
708     instance of the OTHER-NAME information object class. For the purpose
709     of specifying a Kerberos principal name, INSTANCE OF OTHER-NAME will
710     be replaced by the type KerberosPrincipalName:
712         KerberosPrincipalName ::= SEQUENCE {
713             nameType        [0] OTHER-NAME.&id ( { PrincipalNameTypes } ),
714             name            [1] OTHER-NAME.&type ( { PrincipalNameTypes }
715                                { @nameType } )
716         }
718         PrincipalNameTypes OTHER-NAME ::= {
719             { PrincipalNameSrvInst IDENTIFIED BY principalNameSrvInst }
720         }  
722         PrincipalNameSrvInst ::= GeneralString
724     where (from the Kerberos specification) we have
726         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
727                                      org (3)
728                                      dod (6)
729                                      internet (1)
730                                      security (5)
731                                      kerberosv5 (2) }
733         principalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
735         principalNameSrvInst OBJECT IDENTIFIER ::= { principalName 2 }
737     (This specification can also be used to specify a Kerberos name
738     within the user's certificate.)
740     The client then extracts the random key used to encrypt the main
741     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
742     client's public key or with a key derived from the DH values
743     exchanged between the client and the KDC.
746 3.2.1.  Additional Information for Errors
748     This section describes the interpretation of the method-type and
749     method-data fields of the KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED error.
751     If method-type=1, the client's public key certificate chain does not
752     contain a certificate that is signed by a certification authority
753     trusted by the KDC.  The format of the method-data field will be an
754     ASN.1 encoding of a list of trusted certifiers, as defined above:
756         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
758     If method-type=2, the signature on one of the certificates in the
759     chain cannot be verified.  The format of the method-data field will
760     be an ASN.1 encoding of the integer index of the certificate in
761     question:
763         CertificateIndex ::= INTEGER
764                              -- 0 = 1st certificate,
765                              -- 1 = 2nd certificate, etc
767     If method-type=3, one of the certificates in the chain has been
768     revoked.  The format of the method-data field will be an ASN.1
769     encoding of the integer index of the certificate in question:
771         CertificateIndex ::= INTEGER
772                              -- 0 = 1st certificate,
773                              -- 1 = 2nd certificate, etc
775     If method-type=4, the KDC name or realm in the PKAuthenticator does
776     not match the principal name of the KDC.  There is no method-data
777     field in this case.
779     If method-type=5, the client name or realm in the certificate does
780     not match the principal name of the client.  There is no
781     method-data field in this case.
784 3.2.2. Required Algorithms and Data Formats
786     Not all of the algorithms in the PKINIT protocol specification have
787     to be implemented in order to comply with the proposed standard.
788     Below is a list of the required algorithms and data formats:
790         - Diffie-Hellman public/private key pairs
791         - SHA1 digest and DSA for signatures
792         - X.509 version 3 certificates
793         - 3-key triple DES keys derived from the Diffie-Hellman Exchange
794         - 3-key triple DES Temporary and Reply keys
796         
797 3.3.  Digital Signature
799     Implementation of the changes in this section are OPTIONAL for
800     compliance with PKINIT.
802     We offer this option with the warning that it requires the client to
803     generate a random key; the client may not be able to guarantee the
804     same level of randomness as the KDC.
806     If the user registered, or presents a certificate for, a digital
807     signature key with the KDC instead of an encryption key, then a
808     separate exchange must be used.  The client sends a request for a
809     TGT as usual, except that it (rather than the KDC) generates the
810     random key that will be used to encrypt the KDC response.  This key
811     is sent to the KDC along with the request in a preauthentication
812     field, encrypted with the KDC's public key:
814     PA-PK-AS-SIGN ::= SEQUENCE {
815                                 -- PA TYPE 16
816         encKeyPack              [1] EnvelopedKeyPack,
817                                     -- temporary key is encrypted
818                                     -- using the KDC public
819                                     -- key.
820                                     -- SignedRandomKeyPack, encrypted
821                                     -- with the temporary key, is also
822                                     -- included.
823         userCert                [2] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL
824                                     -- the user's certificate chain;
825                                     -- if present, the KDC must use
826                                     -- the public key from this
827                                     -- particular certificate chain to
828                                     -- verify the signature in the
829                                     -- request
830     }
832     In the above message, the content of the encKeyPack is similar to
833     the content of the encKeyPack field in the PA-PK-AS-REP message,
834     except that it is the KDC's public key and not the client's public
835     key that is used to encrypt the temporary key. And, the
836     encryptedContentInfo field inside the EnvelopedKeyPack contains
837     encrypted data of the type SignedRandomKeyPack instead of the
838     SignedReplyKeyPack.
840     SignedRandomKeyPack ::= SEQUENCE {
841         randomkeyPack           [0] RandomKeyPack,
842         randomkeyPackSig        [1] Signature
843                                     -- of keyPack
844                                     -- using user's private key
845     }
847     RandomKeyPack ::= SEQUENCE {
848         randomKey               [0] EncryptionKey,
849                                     -- will be used to encrypt reply
850         randomKeyAuth           [1] PKAuthenticator
851     }
853     If the KDC does not accept client-generated random keys as a matter
854     of policy, then it sends back an error message of type
855     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it extracts the random key as
856     follows.
858     Upon receipt of the PA-PK-AS-SIGN, the KDC decrypts then verifies
859     the randomKey.  It then replies as per RFC 1510, except that the
860     reply is encrypted not with a password-derived user key, but with
861     the randomKey sent in the request.  Since the client already knows
862     this key, there is no need to accompany the reply with an extra
863     preauthentication field.  The transited field of the ticket should
864     specify the certification path as described in Section 3.2.
867 3.4.  Retrieving the User's Private Key from the KDC
869     Implementation of the changes described in this section are OPTIONAL
870     for compliance with PKINIT.  (This section may or may not fall under
871     the purview of a patent for private key storage; please see Section
872     8 for more information.)
874     When the user's private key is not stored local to the user, he may
875     choose to store the private key (normally encrypted using a
876     password-derived key) on the KDC.  In this case, the client makes a
877     request as described above, except that instead of preauthenticating
878     with his private key, he uses a symmetric key shared with the KDC.
880     For simplicity's sake, this shared key is derived from the password-
881     derived key used to encrypt the private key, in such a way that the
882     KDC can authenticate the user with the shared key without being able
883     to extract the private key.
885     We provide this option to present the user with an alternative to
886     storing the private key on local disk at each machine where he
887     expects to authenticate himself using PKINIT.  It should be noted
888     that it replaces the added risk of long-term storage of the private
889     key on possibly many workstations with the added risk of storing the
890     private key on the KDC in a form vulnerable to brute-force attack.
892     Denote by K1 the symmetric key used to encrypt the private key.
893     Then construct symmetric key K2 as follows:
895         * Perform a hash on K1.
896         * Truncate the digest to Length(K1) bytes.
897         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain K2.
899     The KDC stores K2, the public key, and the encrypted private key.
900     This key pair is designated as the "primary" key pair for that user.
901     This primary key pair is the one used to perform initial
902     authentication using the PA-PK-AS-REP preauthentication field.  If
903     he desires, he may also store additional key pairs on the KDC; these
904     may be requested in addition to the primary.  When the client
905     requests initial authentication using public key cryptography, it
906     must then include in its request, instead of a PA-PK-AS-REQ, the
907     following preauthentication sequence:
909     PA-PK-KEY-REQ ::= SEQUENCE {
910                                 -- PA TYPE 17
911         signedPKAuth            [0] SignedPKAuth,
912         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
913                                     -- CAs that the client trusts
914         keyIDList               [2] SEQUENCE OF Checksum OPTIONAL
915                                     -- payload is hash of public key
916                                     -- corresponding to desired
917                                     -- private key
918                                     -- if absent, KDC will return all
919                                     -- stored private keys
920     }
922     Checksum ::= SEQUENCE {
923         cksumtype               [0] INTEGER,
924         checksum                [1] OCTET STRING
925     }   -- as specified by RFC 1510
927     SignedPKAuth ::= SEQUENCE {
928         pkAuth                  [0] PKAuthenticator,
929         pkAuthSig               [1] Signature
930                                     -- of pkAuth
931                                     -- using the symmetric key K2
932     }
934     If a keyIDList is present, the first identifier should indicate
935     the primary private key.  No public key certificate is required,
936     since the KDC stores the public key along with the private key.
937     If there is no keyIDList, all the user's private keys are returned.
939     Upon receipt, the KDC verifies the signature using K2.  If the
940     verification fails, the KDC sends back an error of type
941     KDC_ERR_INVALID_SIG.  If the signature verifies, but the requested
942     keys are not found on the KDC, then the KDC sends back an error of
943     type KDC_ERR_PREAUTH_FAILED.  If all checks out, the KDC responds as
944     described in Section 3.2, except that in addition, the KDC appends
945     the following preauthentication sequence:
947     PA-PK-KEY-REP ::= SEQUENCE {
948                                 -- PA TYPE 18
949         encKeyRep               [0] EncryptedData
950                                     -- of type EncKeyReply
951                                     -- using the symmetric key K2
952     }
954     EncKeyReply ::= SEQUENCE {
955         keyPackList             [0] SEQUENCE OF KeyPack,
956                                     -- the first KeyPair is
957                                     -- the primary key pair
958         nonce                   [1] INTEGER
959                                     -- binds reply to request
960                                     -- must be identical to the nonce
961                                     -- sent in the SignedAuthPack
962     }
964     KeyPack ::= SEQUENCE {
965         keyID                   [0] Checksum,
966         encPrivKey              [1] OCTET STRING
967     }
969     Upon receipt of the reply, the client extracts the encrypted private
970     keys (and may store them, at the client's option).  The primary
971     private key, which must be the first private key in the keyPack
972     SEQUENCE, is used to decrypt the random key in the PA-PK-AS-REP;
973     this key in turn is used to decrypt the main reply as described in
974     Section 3.2.
977 4.  Logistics and Policy
979     This section describes a way to define the policy on the use of
980     PKINIT for each principal and request.
982     The KDC is not required to contain a database record for users
983     that use either the Standard Public Key Authentication or Public Key
984     Authentication with a Digital Signature.  However, if these users
985     are registered with the KDC, it is recommended that the database
986     record for these users be modified to include three additional flags
987     in the attributes field.
989     The first flag, use_standard_pk_init, indicates that the user should
990     authenticate using standard PKINIT as described in Section 3.2.  The
991     second flag, use_digital_signature, indicates that the user should
992     authenticate using digital signature PKINIT as described in Section
993     3.3.  The third flag, store_private_key, indicates that the user
994     has stored his private key on the KDC and should retrieve it using
995     the exchange described in Section 3.4.
997     If one of the preauthentication fields defined above is included in
998     the request, then the KDC shall respond as described in Sections 3.2
999     through 3.4, ignoring the aforementioned database flags.  If more
1000     than one of the preauthentication fields is present, the KDC shall
1001     respond with an error of type KDC_ERR_PREAUTH_FAILED.
1003     In the event that none of the preauthentication fields defined above
1004     are included in the request, the KDC checks to see if any of the
1005     above flags are set.  If the first flag is set, then it sends back
1006     an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED indicating that a
1007     preauthentication field of type PA-PK-AS-REQ must be included in the
1008     request.
1010     Otherwise, if the first flag is clear, but the second flag is set,
1011     then the KDC sends back an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
1012     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-AS-SIGN must
1013     be included in the request.
1015     Lastly, if the first two flags are clear, but the third flag is set,
1016     then the KDC sends back an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
1017     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-KEY-REQ must
1018     be included in the request.
1021 5.  Security Considerations
1023     PKINIT raises a few security considerations, which we will address
1024     in this section.
1026     First of all, PKINIT introduces a new trust model, where KDCs do not
1027     (necessarily) certify the identity of those for whom they issue
1028     tickets.  PKINIT does allow KDCs to act as their own CAs, in order
1029     to simplify key management, but one of the additional benefits is to
1030     align Kerberos authentication with a global public key
1031     infrastructure.  Anyone using PKINIT in this way must be aware of
1032     how the certification infrastructure they are linking to works.
1034     Secondly, PKINIT also introduces the possibility of interactions
1035     between different cryptosystems, which may be of widely varying
1036     strengths.  Many systems, for instance, allow the use of 512-bit
1037     public keys.  Using such keys to wrap data encrypted under strong
1038     conventional cryptosystems, such as triple-DES, is inappropriate;
1039     it adds a weak link to a strong one at extra cost.  Implementors
1040     and administrators should take care to avoid such wasteful and
1041     deceptive interactions.
1043     Lastly, PKINIT calls for randomly generated keys for conventional
1044     cryptosystems.  Many such systems contain systematically "weak"
1045     keys.  PKINIT implementations MUST avoid use of these keys, either
1046     by discarding those keys when they are generated, or by fixing them
1047     in some way (e.g., by XORing them with a given mask).  These
1048     precautions vary from system to system; it is not our intention to
1049     give an explicit recipe for them here.
1052 5.  Transport Issues
1054     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
1055     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
1056     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
1057     light of the possibility that the Kerberos specification will
1058     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
1059     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
1060     extensions as well.
1063 6.  Bibliography
1065     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
1066     (V5).  Request for Comments 1510.
1068     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
1069     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
1070     1994.
1072     [3] B. Tung, T. Ryutov, C. Neuman, G. Tsudik, B. Sommerfeld,
1073     A. Medvinsky, M. Hur.  Public Key Cryptography for Cross-Realm
1074     Authentication in Kerberos.
1075     draft-ietf-cat-kerberos-pk-cross-04.txt
1077     [4] A. Medvinsky, J. Cargille, M. Hur.  Anonymous Credentials in
1078     Kerberos.
1079     draft-ietf-cat-kerberos-anoncred-00.txt
1081     [5] A. Medvinsky, M. Hur, B. Clifford Neuman.  Public Key Utilizing
1082     Tickets for Application Servers (PKTAPP).
1083     draft-ietf-cat-pktapp-00.txt
1085     [6] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
1086     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
1087     System Security, 1997.
1089     [7] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction 
1090     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
1091     Commerce, July 1995.
1093     [8] Alan O. Freier, Philip Karlton and Paul C. Kocher.  The SSL
1094     Protocol, Version 3.0 - IETF Draft. 
1096     [9] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for 
1097     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International 
1098     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
1100     [10] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
1101     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
1102     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
1104     [11] R. Hously. Cryptographic Message Syntax. 
1105     draft-ietf-smime-cms-04.txt, March 1998.
1107     [12] PKCS #7: Cryptographic Message Syntax Standard,
1108     An RSA Laboratories Technical Note Version 1.5
1109     Revised November 1, 1993
1111     [13] Ron Rivest, MIT Laboratory for Computer Science and
1112     RSA Data Security, Inc. A Description of the RC2(r) Encryption
1113     Algorithm, November 1997.
1115     [14] M. Wahl, S. Kille, T. Howes. Lightweight Directory Access
1116     Protocol (v3): UTF-8 String Representation of Distinguished Names.
1117     Request for Comments 2253.
1119     [15] PKCS #6: Cryptographic Message Syntax Standard,
1120     An RSA Laboratories Technical Note Version 1.5
1121     Revised November 1, 1993
1124 7.  Patent Issues
1126     The private key storage and retrieval process described in Section
1127     3.4 may be covered by U.S. Patent 5,418,854 (Charles Kaufman, Morrie
1128     Gasser, Butler Lampson, Joseph Tardo, Kannan Alagappan, all then of
1129     Digital Corporation).  At this time, inquiries into this patent are
1130     inconclusive.  We solicit discussion from any party who can illuminate
1131     the coverage of this particular patent.
1134 8.  Acknowledgements
1136     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
1137     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
1138     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
1139     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
1140     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
1141     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
1142     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
1143     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
1144     in DCE have been invaluable.
1147 9.  Expiration Date
1149     This draft expires May 15, 1999.
1152 10. Authors
1154     Brian Tung
1155     Clifford Neuman
1156     USC Information Sciences Institute
1157     4676 Admiralty Way Suite 1001
1158     Marina del Rey CA 90292-6695
1159     Phone: +1 310 822 1511
1160     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
1162     John Wray
1163     Digital Equipment Corporation
1164     550 King Street, LKG2-2/Z7
1165     Littleton, MA 01460
1166     Phone: +1 508 486 5210
1167     E-mail: wray@tuxedo.enet.dec.com
1169     Ari Medvinsky
1170     Matthew Hur
1171     Sasha Medvinsky
1172     CyberSafe Corporation
1173     1605 NW Sammamish Road Suite 310
1174     Issaquah WA 98027-5378
1175     Phone: +1 206 391 6000
1176     E-mail: {ari.medvinsky, matt.hur, sasha.medvinsky}@cybersafe.com
1178     Jonathan Trostle
1179     170 W. Tasman Dr.
1180     San Jose, CA 95134
1181     E-mail: jtrostle@cisco.com