Include <com_err.h>
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-08.txt
blob51e252acf4b99fe7ddfe1a199d5b667c372709e0
1 INTERNET-DRAFT                                                Brian Tung
2 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-08.txt                   Clifford Neuman
3 Updates: RFC 1510                                                    ISI
4 expires November 12, 1999                                    Matthew Hur
5                                                    CyberSafe Corporation
6                                                            Ari Medvinsky
7                                                                   Excite
8                                                          Sasha Medvinsky
9                                                       General Instrument
10                                                                John Wray
11                                                    Iris Associates, Inc.
12                                                         Jonathan Trostle
13                                                                    Cisco
15     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
17 0.  Status Of This Memo
19     This document is an Internet-Draft and is in full conformance with
20     all provisions of Section 10 of RFC 2026.  Internet-Drafts are
21     working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF),
22     its areas, and its working groups.  Note that other groups may also
23     distribute working documents as Internet-Drafts.
25     Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
26     months and may be updated, replaced, or obsoleted by other
27     documents at any time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts
28     as reference material or to cite them other than as "work in
29     progress."
31     The list of current Internet-Drafts can be accessed at
32     http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt
34     The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
35     http://www.ietf.org/shadow.html.
37     To learn the current status of any Internet-Draft, please check
38     the "1id-abstracts.txt" listing contained in the Internet-Drafts
39     Shadow Directories on ftp.ietf.org (US East Coast),
40     nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West Coast), or
41     munnari.oz.au (Pacific Rim).
43     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
44     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-09.txt, and expires November 12,
45     1999.  Please send comments to the authors.
47 1.  Abstract
49     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
50     specification (RFC 1510 [1]) to provide a method for using public
51     key cryptography during initial authentication.  The methods
52     defined specify the ways in which preauthentication data fields and
53     error data fields in Kerberos messages are to be used to transport
54     public key data.
56 2.  Introduction
58     The popularity of public key cryptography has produced a desire for
59     its support in Kerberos [2].  The advantages provided by public key
60     cryptography include simplified key management (from the Kerberos
61     perspective) and the ability to leverage existing and developing
62     public key certification infrastructures.
64     Public key cryptography can be integrated into Kerberos in a number
65     of ways.  One is to associate a key pair with each realm, which can
66     then be used to facilitate cross-realm authentication; this is the
67     topic of another draft proposal.  Another way is to allow users with
68     public key certificates to use them in initial authentication.  This
69     is the concern of the current document.
71     PKINIT utilizes Diffie-Hellman keys in combination with digital
72     signature keys as the primary, required mechanism.  It also allows
73     for the use of RSA keys.  Note that PKINIT supports the use of
74     separate signature and encryption keys.
76     PKINIT enables access to Kerberos-secured services based on initial
77     authentication utilizing public key cryptography.  PKINIT utilizes
78     standard public key signature and encryption data formats within the
79     standard Kerberos messages.  The basic mechanism is as follows:  The
80     user sends a request to the KDC as before, except that if that user
81     is to use public key cryptography in the initial authentication
82     step, his certificate and a signature accompany the initial request
83     in the preauthentication fields.  Upon receipt of this request, the
84     KDC verifies the certificate and issues a ticket granting ticket
85     (TGT) as before, except that the encPart from the AS-REP message
86     carrying the TGT is now encrypted utilizing either a Diffie-Hellman
87     derived key or the user's public key.  This message is authenticated
88     utilizing the public key signature of the KDC.
90     The PKINIT specification may also be used as a building block for
91     other specifications.  PKCROSS [3] utilizes PKINIT for establishing
92     the inter-realm key and associated inter-realm policy to be applied
93     in issuing cross realm service tickets.  As specified in [4],
94     anonymous Kerberos tickets can be issued by applying a NULL
95     signature in combination with Diffie-Hellman in the PKINIT exchange.
96     Additionally, the PKINIT specification may be used for direct peer
97     to peer authentication without contacting a central KDC. This
98     application of PKINIT is described in PKTAPP [5] and is based on
99     concepts introduced in [6, 7]. For direct client-to-server
100     authentication, the client uses PKINIT to authenticate to the end
101     server (instead of a central KDC), which then issues a ticket for
102     itself.  This approach has an advantage over TLS [8] in that the
103     server does not need to save state (cache session keys).
104     Furthermore, an additional benefit is that Kerberos tickets can
105     facilitate delegation (see [9]).
107 3.  Proposed Extensions
109     This section describes extensions to RFC 1510 for supporting the
110     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
111     granting ticket (TGT).
113     In summary, the following change to RFC 1510 is proposed:
115         * Users may authenticate using either a public key pair or a
116           conventional (symmetric) key.  If public key cryptography is
117           used, public key data is transported in preauthentication
118           data fields to help establish identity.  The user presents
119           a public key certificate and obtains an ordinary TGT that may
120           be used for subsequent authentication, with such
121           authentication using only conventional cryptography.
123     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
124     Section 3.2 describes the extensions for the initial authentication
125     method.
127 3.1.  Definitions
129     The extensions involve new preauthentication fields; we introduce
130     the following preauthentication types:
132         PA-PK-AS-REQ                            14
133         PA-PK-AS-REP                            15
134         PA-PK-KEY-REQ                           18
135         PA-PK-KEY-REP                           19
137     The extensions also involve new error types; we introduce the
138     following types:
140         KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED              62
141         KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED                 63
142         KDC_ERR_INVALID_SIG                     64
143         KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK                    65
144         KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH            66
146     We utilize the following typed data for errors:
148         ETD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES            101
149         ETD-KRB-PRINCIPAL                      102
150         ETD-KRB-REALM                          103
152     We utilize the following encryption types (which map directly to
153     OIDs):
154         sha1WithRSAEncryption-CmsOID             8
155         dsaWithSHA1-CmsOID                       9
156         md4WithRsaEncryption-CmsOID             10
157         md5WithRSAEncryption-CmsOID             11
158         rc2CBC-EnvOID                           12
159         rc4-EnvOID                              13
161     In many cases, PKINIT requires the encoding of an X.500 name as a
162     Realm.  In these cases, the realm will be represented using a
163     different style, specified in RFC 1510 with the following example:
165         NAMETYPE:rest/of.name=without-restrictions
167     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
168     X500-RFC2253.  The full realm name will appear as follows:
170         X500-RFC2253:RFC2253Encode(DistinguishedName)
172     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC2253Encode is a
173     readable ASCII encoding of an X.500 name, as defined by
174     RFC 2253 [14] (part of LDAPv3).
176     To ensure that this encoding is unique, we add the following rule
177     to those specified by RFC 2253:
179         The order in which the attributes appear in the RFC 2253
180         encoding must be the reverse of the order in the ASN.1
181         encoding of the X.500 name that appears in the public key
182         certificate. The order of the relative distinguished names
183         (RDNs), as well as the order of the AttributeTypeAndValues
184         within each RDN, will be reversed. (This is despite the fact
185         that an RDN is defined as a SET of AttributeTypeAndValues, where
186         an order is normally not important.)
188     Similarly, PKINIT may require the encoding of an X.500 name as a
189     PrincipalName.  In these cases, the name-type of the principal name
190     shall be set to KRB_NT-X500-PRINCIPAL.  This new name type is
191     defined as:
193         KRB_NT_X500_PRINCIPAL    6
195     The name-string shall be set as follows:
197         RFC2253Encode(DistinguishedName)
199     as described above.
201     Note that name mapping may be required or optional based on policy.
203 3.1.1.  Encryption and Key Formats
205     In the exposition below, we use the terms public key and private
206     key generically.  It should be understood that the term "public
207     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
208     signature verification key, and that the term "private key" may be
209     used to refer to either a private decryption key or a signature
210     generation key.  The fact that these are logically distinct does
211     not preclude the assignment of bitwise identical keys.
213     In the case of Diffie-Hellman, the key shall be produced from the
214     agreed bit string as follows:
216         * Truncate the bit string to the appropriate length.
217         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain the key.
219     For instance, in the case of a DES key, we take the first eight
220     bytes of the bit stream, and then adjust the least significant bit
221     of each byte to ensure that each byte has odd parity.
223 3.1.2. Algorithm Identifiers
225     PKINIT does not define, but does permit, the algorithm identifiers
226     listed below.
228 3.1.2.1. Signature Algorithm Identifiers
230     These are the algorithm identifiers for use in the Signature data
231     structure as specified in CMS [11]:
233     sha-1WithRSAEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
234          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
235                pkcs-1(1) 5 }
237     dsaWithSHA1 ALGORITHM PARAMETER NULL
238          ::= { iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14) oIWSecSig(3)
239                oIWSecAlgorithm(2) dsaWithSHA1(27) }
241     md4WithRsaEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
242          ::= { iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14) oIWSecSig(3)
243                oIWSecAlgorithm(2) md4WithRSAEncryption(4) }
245     md5WithRSAEncryption ALGORITHM PARAMETER NULL
246          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
247                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]
266 3.1.2.3. Algorithm Identifiers for RSA Encryption
268     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
269     structure, for encrypting the temporary key with a public key:
271     id-RSAES-OAEP OBJECT IDENTIFIER
272          ::= { iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1)
273                pkcs-1(1) 7 }
275 3.1.2.4. Algorithm Identifiers for Encryption with Secret Keys
277     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
278     structure, for encrypting the temporary key with a Diffie-Hellman-
279     derived key, or for encrypting the reply key:
281     desCBC ALGORITHM PARAMETER IV8
282          ::= { iso(1) identifiedOrganization(3) oIW(14) oIWSecSig(3)
283                oIWSecAlgorithm(2) desCBC(7) }
285     DES-EDE3-CBC ALGORITHM PARAMETER IV8
286          ::= { iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
287                encryptionAlgorithm(3) desEDE3(7) }
289     IV8 ::= OCTET STRING (SIZE(8))        -- initialization vector
291     rc2CBC ALGORITHM PARAMETER RC2-CBCParameter
292          ::= { iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
293                encryptionAlgorithm(3) rc2CBC(2) }
295     The rc2CBC algorithm parameters (RC2-CBCParameter) are defined
296     in the following section.
298     rc4 ALGORITHM PARAMETER NULL
299          ::= { iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
300                encryptionAlgorithm(3) rc4(4) }
302     The rc4 algorithm cannot be used with the Diffie-Hellman-derived
303     keys, because its parameters do not specify the size of the key.
305 3.1.2.5. rc2CBC Algorithm Parameters
307     This definition of the RC2 parameters is taken from a paper by
308     Ron Rivest [13]. Refer to [13] for the complete description of the
309     RC2 algorithm.
311     RC2-CBCParameter ::= CHOICE {
312         iv IV,
313         params SEQUENCE {
314             version RC2Version,
315             iv IV
316         }
317     }
319     where
321     IV ::= OCTET STRING -- 8 octets
322     RC2Version ::= INTEGER -- 1-1024
324     RC2 in CBC mode has two parameters: an 8-byte initialization
325     vector (IV) and a version number in the range 1-1024 which
326     specifies in a roundabout manner the number of effective key bits
327     to be used for the RC2 encryption/decryption.
329     The correspondence between effective key bits and version number
330     is as follows:
332     1. If the number EKB of effective key bits is in the range 1-255,
333        then the version number is given by Table[EKB], where the
334        256-byte translation table is specified below. It specifies a
335        permutation on the numbers 0-255.
337     2. If the number EKB of effective key bits is in the range
338        256-1024, then the version number is simply EKB.
340        The default number of effective key bits for RC2 is 32.
341        If RC2-CBC is being performed with 32 effective key bits, the
342        parameters should be supplied as a simple IV, rather than as a
343        SEQUENCE containing a version and an IV.
345          0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
347     00: bd 56 ea f2 a2 f1 ac 2a b0 93 d1 9c 1b 33 fd d0
348     10: 30 04 b6 dc 7d df 32 4b f7 cb 45 9b 31 bb 21 5a
349     20: 41 9f e1 d9 4a 4d 9e da a0 68 2c c3 27 5f 80 36
350     30: 3e ee fb 95 1a fe ce a8 34 a9 13 f0 a6 3f d8 0c
351     40: 78 24 af 23 52 c1 67 17 f5 66 90 e7 e8 07 b8 60
352     50: 48 e6 1e 53 f3 92 a4 72 8c 08 15 6e 86 00 84 fa
353     60: f4 7f 8a 42 19 f6 db cd 14 8d 50 12 ba 3c 06 4e
354     70: ec b3 35 11 a1 88 8e 2b 94 99 b7 71 74 d3 e4 bf
355     80: 3a de 96 0e bc 0a ed 77 fc 37 6b 03 79 89 62 c6
356     90: d7 c0 d2 7c 6a 8b 22 a3 5b 05 5d 02 75 d5 61 e3
357     a0: 18 8f 55 51 ad 1f 0b 5e 85 e5 c2 57 63 ca 3d 6c
358     b0: b4 c5 cc 70 b2 91 59 0d 47 20 c8 4f 58 e0 01 e2
359     c0: 16 38 c4 6f 3b 0f 65 46 be 7e 2d 7b 82 f9 40 b5
360     d0: 1d 73 f8 eb 26 c7 87 97 25 54 b1 28 aa 98 9d a5
361     e0: 64 6d 7a d4 10 81 44 ef 49 d6 ae 2e dd 76 5c 2f
362     f0: a7 1c c9 09 69 9a 83 cf 29 39 b9 e9 4c ff 43 ab
365 3.2.  Public Key Authentication
367     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
368     compliance with PKINIT.
370     It is assumed that all public keys are signed by some certification
371     authority (CA).  The initial authentication request is sent as per
372     RFC 1510, except that a preauthentication field containing data
373     signed by the user's private key accompanies the request:
375     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
376                                 -- PA TYPE 14
377         signedAuthPack          [0] SignedData
378                                     -- defined in CMS [11]
379                                     -- AuthPack (below) defines the data
380                                     -- that is signed
381         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
382                                     -- CAs that the client trusts
383         kdcCert                 [2] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
384                                     -- as defined in CMS [11]
385                                     -- specifies a particular KDC
386                                     -- certificate if the client
387                                     -- already has it;
388                                     -- must be accompanied by
389                                     -- a single trustedCertifier
390     }
392     Usage of SignedData:
393     The SignedData data type is specified in the Cryptographic
394     Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the IETF.
395     - The encapContentInfo field must contain the PKAuthenticator
396       and, optionally, the client's Diffie Hellman public value.
397       - The eContentType field shall contain the OID value for
398         id-data: iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549)
399         pkcs(1) pkcs7(7) data(1)
400       - The eContent field is data of the type AuthPack (below).
401     - The signerInfos field is a SET of SignerInfo that is required by
402       CMS; however, the set may contain zero elements.  When non-empty,
403       this field contains the client's certificate chain.  If present,
404       the KDC uses the public key from the client's certificate to
405       verify the signature in the request.  Note that the client may
406       pass different certificates that are used for signing or for
407       encrypting.  Thus, the KDC may utilize a different client
408       certificate for signature verification than the one it uses to
409       encrypt the reply to the client.
411     AuthPack ::= SEQUENCE {
412         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
413         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
414                                     -- if client is using Diffie-Hellman
415     }
417     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
418         kdcName                 [0] PrincipalName,
419         kdcRealm                [1] Realm,
420         cusec                   [2] INTEGER,
421                                     -- for replay prevention
422         ctime                   [3] KerberosTime,
423                                     -- for replay prevention
424         nonce                   [4] INTEGER
425     }
427     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
428         algorithm                   AlgorithmIdentifier,
429                                     -- dhKeyAgreement
430         subjectPublicKey            BIT STRING
431                                     -- for DH, equals
432                                     -- public exponent (INTEGER encoded
433                                     -- as payload of BIT STRING)
434     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
436     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
437         algorithm                   ALGORITHM.&id,
438         parameters                  ALGORITHM.&type
439     }   -- as specified by the X.509 recommendation [10]
441     If the client passes an issuer and serial number in the request,
442     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
443     exists, then the KDC returns an error of type
444     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
445     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
446     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
447     than one certificate.  The KDC should include information in the
448     KRB-ERROR message that indicates the KDC certificate(s) that a
449     client may utilize.  This data is specified in the e-typed-data
450     type as follows:
452     ETypedData ::=  SEQUENCE {
453                     e-data-type    [1] INTEGER,
454                     e-data-value   [2] OCTET STRING,
455     } -- per Kerberos RFC 1510 revisions
457     where:
458     e-data-type = ETD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES = 101
459     e-data-value = CertificateSet // as specified by CMS [11]
461     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks,
462     to bind the request and response.  The PKAuthenticator is signed
463     with the private key corresponding to the public key in the
464     certificate found in userCert (or cached by the KDC).
466     The trustedCertifiers field contains a list of certification
467     authorities trusted by the client, in the case that the client does
468     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
469     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
470     an error of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED.
472     KDCs should try to (in order of preference):
473     1. Use the KDC certificate identified by the serialNumber included
474        in the client's request.
475     2. Use a certificate issued to the KDC by the client's CA (if in the
476        middle of a CA key roll-over, use the KDC cert issued under same
477        CA key as user cert used to verify request).
478     3. Use a certificate issued to the KDC by one of the client's
479        trustedCertifier(s);
480     If the KDC is unable to comply with any of these options, then the
481     KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to the
482     client.
484     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
485     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
486     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
487     verifying the certification path against the KDC's policy of
488     legitimate certifiers.  This may be based on a certification
489     hierarchy, or it may be simply a list of recognized certifiers in a
490     system like PGP.
492     If verification of the user's certificate fails, the KDC sends back
493     an error message of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  The e-data
494     field contains additional information pertaining to this error, and
495     is formatted as follows:
497         METHOD-DATA ::= SEQUENCE {
498             method-type         [0] INTEGER,
499                                     -- 0 = not specified
500                                     -- 1 = cannot verify public key
501                                     -- 2 = invalid certificate
502                                     -- 3 = revoked certificate
503                                     -- 4 = invalid KDC name
504                                     -- 5 = client name mismatch
505             method-data         [1] OCTET STRING OPTIONAL
506         } -- syntax as for KRB_AP_ERR_METHOD (RFC 1510)
508     The values for the method-type and method-data fields are described
509     in Section 3.2.1.
511     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
512     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
513     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
514     timestamp (ctime and cusec) in the PKAuthenticator to assure that
515     the request is not a replay.  The KDC also verifies that its name
516     is specified in the PKAuthenticator.
518     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
519     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
520     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
521     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
522     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
523     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it generates its own public and
524     private values for the response.
526     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
527     within the allowable window and that the principal name and realm
528     are correct.  If the local (server) time and the client time in the
529     authenticator differ by more than the allowable clock skew, then the
530     KDC returns an error message of type KRB_AP_ERR_SKEW.  If the
531     principal name or realm do not match the KDC, then the KDC returns
532     an error message of type KDC_ERR_NAME_MISMATCH for which the
533     e-typed-data may contain the correct name to use
534     (EDT-KRB-PRINCIPAL=102 or EDT-KRB-REALM=103 where
535     e-data-value = PrincipalName or Realm as defined by RFC 1510).
537     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510, except as
538     follows.  The user's name in the ticket is determined by the
539     following decision algorithm:
541         1.  If the KDC has a mapping from the name in the certificate
542             to a Kerberos name, then use that name.
543             Else
544         2.  If the certificate contains a Kerberos name in an extension
545             field, and local KDC policy allows, then use that name.
546             Else
547         3.  Use the name as represented in the certificate, mapping
548             as necessary (e.g., as per RFC 2253 for X.500 names).  In
549             this case the realm in the ticket shall be the name of the
550             certification authority that issued the user's certificate.
552     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
553     with a random key generated only for this particular response.  This
554     random key is sealed in the preauthentication field:
556     PA-PK-AS-REP ::= CHOICE {
557                             -- PA TYPE 15
558         dhSignedData       [0] SignedData,
559                             -- Defined in CMS and used only with
560                             -- Diffie-Helman key exchange
561         encKeyPack         [1] EnvelopedData,
562                             -- Defined in CMS
563                             -- The temporary key is encrypted
564                             -- using the client public key
565                             -- key
566                             -- SignedReplyKeyPack, encrypted
567                             -- with the temporary key, is also
568                             -- included.
569     }
571     Usage of SignedData:
572     If the Diffie-Hellman option is used, dhSignedData in PA-PK-AS-REP
573     provides authenticated Diffie-Hellman parameters of the KDC.  The
574     reply key used to encrypt part of the KDC reply message is derived
575     from the Diffie-Hellman exchange:
576     - Both the KDC and the client calculate a secret value (g^ab mod p),
577       where a is the client's private exponent and b is the KDC's
578       private exponent.
579     - Both the KDC and the client take the first N bits of this secret
580       value and convert it into a reply key.  N depends on the reply key
581       type.
582     - If the reply key is DES, N=64 bits, where some of the bits are
583       replaced with parity bits, according to FIPS PUB 74.
584     - If the reply key is (3-key) 3-DES, N=192 bits, where some of the
585       bits are replaced with parity bits, according to FIPS PUB 74.
586     - The encapContentInfo field must contain the KdcDHKeyInfo as
587       defined below.
588       - The eContentType field shall contain the OID value for
589         id-data: iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549)
590         pkcs(1) pkcs7(7) data(1)
591     - The certificates field must contain the certificates necessary
592       for the client to establish trust in the KDC's certificate
593       based on the list of trusted certifiers sent by the client in
594       the PA-PK-AS-REQ.  This field may be empty if the client did
595       not send to the KDC a list of trusted certifiers (the
596       trustedCertifiers field was empty, meaning that the client
597       already possesses the KDC's certificate).
598     - The signerInfos field is a SET that must contain at least one
599       member, since it contains the actual signature.
601     Usage of EnvelopedData:
602     The EnvelopedData data type is specified in the Cryptographic
603     Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the IETF.
604     It contains an temporary key encrypted with the PKINIT
605     client's public key.  It also contains a signed and encrypted
606     reply key.
607     - The originatorInfo field is not required, since that information
608       may be presented in the signedData structure that is encrypted
609       within the encryptedContentInfo field.
610     - The optional unprotectedAttrs field is not required for PKINIT.
611     - The recipientInfos field is a SET which must contain exactly one
612       member of the KeyTransRecipientInfo type for encryption
613       with an RSA public key.
614          - The encryptedKey field (in KeyTransRecipientInfo) contains
615            the temporary key which is encrypted with the PKINIT client's
616            public key.
617     - The encryptedContentInfo field contains the signed and encrypted
618       reply key.
619       - The contentType field shall contain the OID value for
620         id-signedData: iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549)
621         pkcs(1) pkcs7(7) signedData(2)
622       - The encryptedContent field is encrypted data of the CMS type
623         signedData as specified below.
624         - The encapContentInfo field must contains the ReplyKeyPack.
625           - The eContentType field shall contain the OID value for
626             id-data: iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549)
627             pkcs(1) pkcs7(7) data(1)
628           - The eContent field is data of the type ReplyKeyPack (below).
629         - The certificates field must contain the certificates necessary
630           for the client to establish trust in the KDC's certificate
631           based on the list of trusted certifiers sent by the client in
632           the PA-PK-AS-REQ.  This field may be empty if the client did
633           not send to the KDC a list of trusted certifiers (the
634           trustedCertifiers field was empty, meaning that the client
635           already possesses the KDC's certificate).
636         - The signerInfos field is a SET that must contain at least one
637           member, since it contains the actual signature.
639     KdcDHKeyInfo ::= SEQUENCE {
640                               -- used only when utilizing Diffie-Hellman
641       nonce                 [0] INTEGER,
642                                 -- binds responce to the request
643       subjectPublicKey      [2] BIT STRING
644                                 -- Equals public exponent (g^a mod p)
645                                 -- INTEGER encoded as payload of
646                                 -- BIT STRING
647     }
649     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
650                               -- not used for Diffie-Hellman
651         replyKey             [0] EncryptionKey,
652                                  -- used to encrypt main reply
653                                  -- ENCTYPE is at least as strong as
654                                  -- ENCTYPE of session key
655         nonce                [1] INTEGER,
656                                  -- binds response to the request
657                                  -- must be same as the nonce
658                                  -- passed in the PKAuthenticator
659     }
662     Since each certifier in the certification path of a user's
663     certificate is essentially a separate realm, the name of each
664     certifier must be added to the transited field of the ticket.  The
665     format of these realm names is defined in Section 3.1 of this
666     document.  If applicable, the transit-policy-checked flag should be
667     set in the issued ticket.
669     The KDC's certificate must bind the public key to a name derivable
670     from the name of the realm for that KDC.  X.509 certificates shall
671     contain the principal name of the KDC as the SubjectAltName version
672     3 extension. Below is the definition of this version 3 extension, as
673     specified by the X.509 standard:
675         subjectAltName EXTENSION ::= {
676             SYNTAX GeneralNames
677             IDENTIFIED BY id-ce-subjectAltName
678         }
680         GeneralNames ::= SEQUENCE SIZE(1..MAX) OF GeneralName
682         GeneralName ::= CHOICE {
683             otherName       [0] INSTANCE OF OTHER-NAME,
684             ...
685         }
687         OTHER-NAME ::= TYPE-IDENTIFIER
689     In this definition, otherName is a name of any form defined as an
690     instance of the OTHER-NAME information object class. For the purpose
691     of specifying a Kerberos principal name, INSTANCE OF OTHER-NAME will
692     be replaced by the type KerberosPrincipalName:
694         KerberosPrincipalName ::= SEQUENCE {
695             nameType      [0] OTHER-NAME.&id ( { PrincipalNameTypes } ),
696             name          [1] OTHER-NAME.&type ( { PrincipalNameTypes }
697                               { @nameType } )
698         }
700         PrincipalNameTypes OTHER-NAME ::= {
701             { PrincipalNameSrvInst IDENTIFIED BY principalNameSrvInst }
702         }
704         PrincipalNameSrvInst ::= GeneralString
706     where (from the Kerberos specification) we have
708         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
709                                      org (3)
710                                      dod (6)
711                                      internet (1)
712                                      security (5)
713                                      kerberosv5 (2) }
715         principalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
717         principalNameSrvInst OBJECT IDENTIFIER ::= { principalName 2 }
719     (This specification can also be used to specify a Kerberos name
720     within the user's certificate.)
722     The client then extracts the random key used to encrypt the main
723     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
724     client's public key or with a key derived from the DH values
725     exchanged between the client and the KDC.
727 3.2.1.  Additional Information for Errors
729     This section describes the interpretation of the method-type and
730     method-data fields of the KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED error.
732     If method-type=1, the client's public key certificate chain does not
733     contain a certificate that is signed by a certification authority
734     trusted by the KDC.  The format of the method-data field will be an
735     ASN.1 encoding of a list of trusted certifiers, as defined above:
737         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
739     If method-type=2, the signature on one of the certificates in the
740     chain cannot be verified.  The format of the method-data field will
741     be an ASN.1 encoding of the integer index of the certificate in
742     question:
744         CertificateIndex ::= INTEGER
745                              -- 0 = 1st certificate,
746                              -- 1 = 2nd certificate, etc
748     If method-type=3, one of the certificates in the chain has been
749     revoked.  The format of the method-data field will be an ASN.1
750     encoding of the integer index of the certificate in question:
752         CertificateIndex ::= INTEGER
753                              -- 0 = 1st certificate,
754                              -- 1 = 2nd certificate, etc
756     If method-type=4, the KDC name or realm in the PKAuthenticator does
757     not match the principal name of the KDC.  There is no method-data
758     field in this case.
760     If method-type=5, the client name or realm in the certificate does
761     not match the principal name of the client.  There is no
762     method-data field in this case.
764 3.2.2. Required Algorithms
766     Not all of the algorithms in the PKINIT protocol specification have
767     to be implemented in order to comply with the proposed standard.
768     Below is a list of the required algorithms:
770     - Diffie-Hellman public/private key pairs
771     - SHA1 digest and DSA for signatures
772     - 3-key triple DES keys derived from the Diffie-Hellman Exchange
773     - 3-key triple DES Temporary and Reply keys
775 4.  Logistics and Policy
777     This section describes a way to define the policy on the use of
778     PKINIT for each principal and request.
780     The KDC is not required to contain a database record for users
781     that use either the Standard Public Key Authentication.  However,
782     if these users are registered with the KDC, it is recommended that
783     the database record for these users be modified to an additional
784     flag in the attributes field to indicate that the user should
785     authenticate using PKINIT.  If this flag is set and a request
786     message does not contain the PKINIT preauthentication field, then
787     the KDC sends back as error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
788     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-AS-REQ must
789     be included in the request.
791 5.  Security Considerations
793     PKINIT raises a few security considerations, which we will address
794     in this section.
796     First of all, PKINIT introduces a new trust model, where KDCs do not
797     (necessarily) certify the identity of those for whom they issue
798     tickets.  PKINIT does allow KDCs to act as their own CAs, in order
799     to simplify key management, but one of the additional benefits is to
800     align Kerberos authentication with a global public key
801     infrastructure.  Anyone using PKINIT in this way must be aware of
802     how the certification infrastructure they are linking to works.
804     Secondly, PKINIT also introduces the possibility of interactions
805     between different cryptosystems, which may be of widely varying
806     strengths.  Many systems, for instance, allow the use of 512-bit
807     public keys.  Using such keys to wrap data encrypted under strong
808     conventional cryptosystems, such as triple-DES, is inappropriate;
809     it adds a weak link to a strong one at extra cost.  Implementors
810     and administrators should take care to avoid such wasteful and
811     deceptive interactions.
813     Lastly, PKINIT calls for randomly generated keys for conventional
814     cryptosystems.  Many such systems contain systematically "weak"
815     keys.  PKINIT implementations MUST avoid use of these keys, either
816     by discarding those keys when they are generated, or by fixing them
817     in some way (e.g., by XORing them with a given mask).  These
818     precautions vary from system to system; it is not our intention to
819     give an explicit recipe for them here.
821 6.  Transport Issues
823     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
824     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
825     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
826     light of the possibility that the Kerberos specification will
827     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
828     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
829     extensions as well.
831 7.  Bibliography
833     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
834     (V5).  Request for Comments 1510.
836     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
837     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
838     1994.
840     [3] B. Tung, T. Ryutov, C. Neuman, G. Tsudik, B. Sommerfeld,
841     A. Medvinsky, M. Hur.  Public Key Cryptography for Cross-Realm
842     Authentication in Kerberos.
843     draft-ietf-cat-kerberos-pk-cross-04.txt
845     [4] A. Medvinsky, J. Cargille, M. Hur.  Anonymous Credentials in
846     Kerberos.
847     draft-ietf-cat-kerberos-anoncred-00.txt
849     [5] A. Medvinsky, M. Hur, B. Clifford Neuman.  Public Key Utilizing
850     Tickets for Application Servers (PKTAPP).
851     draft-ietf-cat-pktapp-00.txt
853     [6] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
854     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
855     System Security, 1997.
857     [7] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction
858     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
859     Commerce, July 1995.
861     [8] T. Dierks, C. Allen.  The TLS Protocol, Version 1.0
862     Request for Comments 2246, January 1999.
864     [9] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for
865     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International
866     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
868     [10] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
869     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
870     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
872     [11] R. Housley. Cryptographic Message Syntax.
873     draft-ietf-smime-cms-10.txt, December 1998.
875     [12] PKCS #7: Cryptographic Message Syntax Standard,
876     An RSA Laboratories Technical Note Version 1.5
877     Revised November 1, 1993
879     [13] R. Rivest, MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data
880     Security, Inc. A Description of the RC2(r) Encryption Algorithm
881     March 1998.
882     Request for Comments 2268.
884     [14] M. Wahl, S. Kille, T. Howes. Lightweight Directory Access
885     Protocol (v3): UTF-8 String Representation of Distinguished Names.
886     Request for Comments 2253.
888 8.  Acknowledgements
890     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
891     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
892     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
893     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
894     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
895     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
896     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
897     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
898     in DCE have been invaluable.
900 9.  Expiration Date
902     This draft expires November 12, 1999.
904 10. Authors
906     Brian Tung
907     Clifford Neuman
908     USC Information Sciences Institute
909     4676 Admiralty Way Suite 1001
910     Marina del Rey CA 90292-6695
911     Phone: +1 310 822 1511
912     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
914     Matthew Hur
915     CyberSafe Corporation
916     1605 NW Sammamish Road
917     Issaquah WA 98027-5378
918     Phone: +1 425 391 6000
919     E-mail: matt.hur@cybersafe.com
921     Ari Medvinsky
922     Excite
923     555 Broadway
924     Redwood City, CA 94063
925     Phone +1 650 569 2119
926     E-mail: amedvins@excitecorp.com
928     Sasha Medvinsky
929     General Instrument
930     6450 Sequence Drive
931     San Diego, CA 92121
932     Phone +1 619 404 2825
933     E-mail: smedvinsky@gi.com
935     John Wray
936     Iris Associates, Inc.
937     5 Technology Park Dr.
938     Westford, MA 01886
939     E-mail: John_Wray@iris.com
941     Jonathan Trostle
942     170 W. Tasman Dr.
943     San Jose, CA 95134
944     E-mail: jtrostle@cisco.com