Include <com_err.h>
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-richards-otp-kerberos-00.txt
blob963136a9763eeaee7f1a5161227c686501fdd2d5
4 Network Working Group                                        G. Richards
5 Internet-Draft                                      RSA Security UK Ltd.
6 Expires: December 4, 2006                                   June 2, 2006
9                               OTP Kerberos
10                       draft-richards-otp-kerberos-00
12 Status of this Memo
14    By submitting this Internet-Draft, each author represents that any
15    applicable patent or other IPR claims of which he or she is aware
16    have been or will be disclosed, and any of which he or she becomes
17    aware will be disclosed, in accordance with Section 6 of BCP 79.
19    Internet-Drafts are working documents of the Internet Engineering
20    Task Force (IETF), its areas, and its working groups.  Note that
21    other groups may also distribute working documents as Internet-
22    Drafts.
24    Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six months
25    and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents at any
26    time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts as reference
27    material or to cite them other than as "work in progress."
29    The list of current Internet-Drafts can be accessed at
30    http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt.
32    The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
33    http://www.ietf.org/shadow.html.
35    This Internet-Draft will expire on December 4, 2006.
37 Copyright Notice
39    Copyright (C) The Internet Society (2006).
41 Abstract
43    The Kerberos protocol provides a framework authenticating a client
44    using the exchange of pre-authentication data.  This document
45    describes the use of this framework to carry out One Time Password
46    (OTP) authentication.
55 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 1]
57 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
60 Table of Contents
62    1.  Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
63    2.  Usage Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
64      2.1.  Pre-Authentication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
65      2.2.  PIN Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
66      2.3.  OTP Hardening  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
67      2.4.  Key Derivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5
68    3.  OTP Kerberos Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
69      3.1.  PA-OTP-CHALLENGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
70      3.2.  PA-OTP-RESPONSE  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7
71      3.3.  PA-OTP-CONFIRM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
72      3.4.  PA-ENC-PIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
73    4.  IANA Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
74    5.  Security Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
75      5.1.  Active attacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
76      5.2.  Denial of service attacks  . . . . . . . . . . . . . . . .  9
77      5.3.  Use of Hardening Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
78    6.  References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
79      6.1.  Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
80      6.2.  Informative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
81    Author's Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
82    Intellectual Property and Copyright Statements . . . . . . . . . . 13
111 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 2]
113 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
116 1.  Introduction
118    A One-Time Password (OTP) token may be a handheld hardware device, a
119    hardware device connected to a personal computer through an
120    electronic interface such as USB, or a software module resident on a
121    personal computer, which generates one-time passwords that may be
122    used to authenticate a user towards some service.  This document
123    describes an extensions to Kerberos V5 [RFC4120] to support pre-
124    authentication using a OTPs.
126    In this proposal, the KDC sends the client information on which token
127    to be used and how the OTP is to be generated.  The client then uses
128    the OTP value instead of the conventional password to generate the
129    timestamp encryption key and sends the encrypted timestamp along with
130    information on the OTP to the KDC in in pre-authentication data of a
131    KRB_AS_REQ.  The KDC then uses the OTP information provided by the
132    client to generate the same encryption key, allowing it to verify the
133    timestamp.
135    This proposal is partially based upon previous work on integrating
136    single-use authentication mechanisms into Kerberos [NeZoHo98] and
137    uses the existing password-change extensions to handle PIN change as
138    described in [RFC3244].
140    The key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT",
141    "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "MAY", and "OPTIONAL" in this
142    document are to be interpreted as described in [RFC2119].
144    << This is the first draft of this document and so is liable to
145    change significantly. >>
148 2.  Usage Overview
150 2.1.  Pre-Authentication
152    The approach uses pre-authentication data in KRB_AS_REQ, KRB_AS_REP
153    and KRB_ERROR.  The client begins by sending an initial KRB_AS_REQ to
154    the KDC possibly containing pre-authentication data such as the
155    standard Kerberos password data.  The KDC will then determine in an
156    implementation dependent fashion whether OTP authentication is
157    required and if it is, it will respond with a KRB_ERROR message with:
159    o  An error code of KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
160    o  An e-data field containing PA-DATA with a PA-OTP-CHALLENGE.
162    The PA-OTP-CHALLENGE contains information on the type of OTP required
163    and the token to be used to generate it.  The client uses this
167 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 3]
169 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
172    information to locate the token and generate the OTP which is used,
173    instead of the user's password, to generate an encryption key and
174    encrypt a timestamp.
176    The encrypted timestamp is then sent to the KDC as pre-auth data in a
177    second KRB_AS_REQ in the standard manner but additional information
178    on the OTP and the key derivation is also sent in a PA-OTP-RESPONSE.
180    The KDC then uses the information in the PA-OTP-RESPONSE to generate
181    the same key as the client allowing it to validate the encrypted
182    timestamp.  If the validation succeeds then the KDC returns the TGT
183    in a KRB_AS_REP.
185 2.2.  PIN Change
187    If, following successful validation of a PA-OTP-RESPONSE in a
188    KRB_AS_REQ, the KDC requires that the user changes their PIN then it
189    will return PA-DATA of type PA-OTP-PIN-CHANGE in the KRB_AS_REP.
190    This pre-auth data can be used to return a new PIN to the user if the
191    KDC has updated the PIN or to indicate to the user that they must
192    change their PIN.
194    In the latter case, user PIN change shall be handled by a PIN change
195    service supporting the ChangePasswdData in a KRB_AP_REQ as described
196    in [RFC3244].  If such a user PIN change is required then the KDC
197    SHALL return a TGT in the KRB_AS_REP but it is RECOMMENDED that it
198    only issues tickets for the PIN change service until the PIN has been
199    changed.
201 2.3.  OTP Hardening
203    Since OTPs may be relatively short, it is important to slow down an
204    attacker sufficiently so that it is economically unattractive to
205    brute-force search for an OTP given an observed OTP-Kerberos
206    exchange.  One way to do this is to derive the Kerberos user key from
207    the OTP instead of the password in the same manner as described in
208    [RFC3962] but to use a high number of iterated hashes of the OTP in
209    the PBKDF2 key derivation function from [RFC2898].  Another is for
210    the client to include a hardening value unknown to the attacker in
211    the key derivation.
213    Unlike the a traditional "salt" value which is normally sent in the
214    clear, this hardening value will instead be transferred from the KDC
215    to the client in encrypted form.  When the client receives a PA-OTP-
216    CHALLENGE from a KDC it will search for an associated hardening
217    value.  If it finds a value then it will use it in the key derivation
218    as specified in Section 2.4.
223 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 4]
225 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
228    The use of a hardening value will influence the iteration count used
229    by the client in the random-to-key calculation.  The value sent by
230    the KDC in the s2kparams of the ETYPE-INFO2 pre-authentication type
231    specifies the value used if there is no hardening value stored on the
232    client for the server.  If the client has a hardening value stored
233    for the server, then the iteration count of 1 SHOULD be used as the
234    security of the scheme is provided through the hardening value.  If
235    the client does not have a hardening value stored, then it SHOULD set
236    the iteration count in the key derivation to the maximum value that
237    is both supported by the KDC and permitted by any local policy
238    constraints.  The identifier of any hardening value used and the
239    value of the iteration count are sent by the client to the KDC in a
240    PA-OTP_RESPONSE included in the KRB_AS_REQ.
242    When the KDC receives a PA-OTP-RESPONSE, it will use the identifier
243    to locate the hardening value.  If a hardening value is found then it
244    will be used along with the iterationCount to generate the user key.
245    If the hardening value identifier is omitted then only the
246    iterationCount SHALL be used.  If a hardening value identifier is
247    included but the corresponding value could not be found then the KDC
248    SHALL respond with a KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error as described
249    above but SHALL set the noHardening flag in the PA-OTP-CHALLENGE.
251    The hardening value to be used by the client in the next KRB_AS_REQ
252    will be sent by the KDC in a PA-OTP-CONFIRM contained in the
253    KRB_AS_REP.  The inclusion of a PA-OTP-CONFIRM is only REQUIRED if
254    the client did not use a hardening value to generate the timestamp
255    encryption key.  However, it is RECOMMENDED that it be included in
256    all such responses to ensure that a new hardening value is used in
257    all client requests.
259 2.4.  Key Derivation
261    The encryption key used to encrypt the time stamp SHALL be generated
262    using the PBKDF2 password-based key derivation function as specified
263    in [RFC3962].  Conformant KDCs MUST support at least one of the
264    encryption types aes128-cts-hmac-sha1-96 and aes256-cts-hmac-sha1-96
265    defined in [RFC3962] and MUST return PA-ETYPE-INFO2 pre-
266    authentication types with the corresponding etype values.
268    In order to use the hardening scheme described in Section 2.3, the
269    information provided by the KDC in the ETYPE-INFO2 pre-authentication
270    type SHALL be used by the client as follows:
272    o  If the client does not have a hardening value associated with the
273       KDC then the number of iterations specified in the s2kparams SHALL
274       be used.  If the client has a hardening value then an iteration
275       count of 1 SHALL be used instead.
279 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 5]
281 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
284    o  The salt value SHALL have the hardening value concatenated if
285       there is one associated with the KDC.
287              tkey = random-to-key(PBKDF2(OTP, salt|hardening,
288                            iteration_count, key_length))
289              key = DK(tkey, "kerberos")
292 3.  OTP Kerberos Types
294 3.1.  PA-OTP-CHALLENGE
296    This is a pre-authentication type sent by the KDC to the client in a
297    KRB_ERROR.  It contains information for the client on how to generate
298    an OTP and how to use the OTP in the generation of the key used to
299    encrypt the pre-authentication data.
301              PA-OTP-CHALLENGE ::= SEQUENCE {
302                flags            ChallengeFlags
303                otp-challenge[0] OCTET STRING OPTIONAL,
304                otp-length   [1] INTEGER      OPTIONAL,
305                otp-service  [2] UTF8String   OPTIONAL,
306                otp-keyID    [3] OCTET STRING OPTIONAL,
307                otp-algID    [4] INTEGER      OPTIONAL
308              }
309              ChallengeFlags ::= KerberosFlags
310              -- noHardening (0),
312    noHardening
313       If the noHardening flag is set then the client MUST NOT use any
314       stored hardening value in the key derivation.  Instead, it MUST
315       use the iteration count provided by the KDC.
316    otp-challenge
317       The otp-challenge is used by the KDC to send a challenge value for
318       use in the OTP calculation.  The challenge is an optional octet
319       string that SHOULD be uniquely generated for each request it is
320       present in, and SHOULD be eight octets or longer when present.
321       When the challenge is not present, the OTP will be calculated on
322       the current token state only.  The client MAY ignore a provided
323       challenge if and only if the OTP token the client is interacting
324       with is not capable of including a challenge in the OTP
325       calculation.  In this case, KDC policies will determine whether to
326       accept a provided OTP value or not.
335 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 6]
337 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
340    otp-length
341       The otp-length is used by the KDC to specify the desired length of
342       the generated OTP.
344    otp-service
345       An identifier of the service supported by the KDC.  This value can
346       be used by the client to locate information such as the hardening
347       value and OTP key to use.
349    otp-keyID
350       The identifier of the OTP key to be used in the OTP calculation.
351       If this value is not present then the client SHOULD use other
352       values such as the otp-service and otp-algiID to locate the
353       appropriate key.
354    otp-algID
355       The identifier of the algorithm to use when generating the OTP.
357 3.2.  PA-OTP-RESPONSE
359    This is a pre-authentication type sent by the client to the KDC in a
360    KRB_AS_REQ containing the encrypted pre-authentication data.  It
361    contains information on the OTP used and how the key was generated
362    that encrypts the pre-authentication data.  This information will
363    then allow the KDC to generate the same key and validate the pre-
364    authentication data.
366              PA-OTP-RESPONSE ::= SEQUENCE {
367                iterationCount[0] INTEGER      OPTIONAL,
368                identifier    [1] OCTET STRING OPTIONAL,
369                otp-challenge [2] OCTET STRING OPTIONAL,
370                otp-time      [2] KerberosTime OPTIONAL,
371                otp-counter   [3] OCTET STRING OPTIONAL,
372                otp-format    [4] OTPFormat    OPTIONAL,
373                otp-keyID     [5] OCTET STRING OPTIONAL
374              }
376              OTPFormat ::= INTEGER {
377                  decimal(0),
378                  hexadecimal(1),
379                  alphanumeric(2),
380                  binary(3)
381              }
383    iterationCount
384       The actual value of the iteration count used by the client in the
385       key derivation.  If omitted then the specified or default
386       iteration count is used.  If present then it will generally be
387       less than the value used in the string-to-key parameters if a
391 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 7]
393 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
396       hardening value is used.
398    identifier
399       An octet string identifying the hardening value used by the client
400       in the key derivation.  If omitted then no hardening was used.
402    otp-challenge
403       Value used by the client to send the challenge used in the OTP
404       calculation.  It MUST be sent to the KDC if and only if the value
405       would otherwise be unknown to the KDC.  For example, the token or
406       client modified or generated challenge.
408    otp-time
409       Value used by the client to send the time used in the OTP
410       calculation.
412    otp-counter
413       The counter value used in the OTP calculation.  Use of this
414       element is OPTIONAL but it MAY be used by a client to simplify the
415       OTP calculations of the KDC to contain the counter value as
416       reported by the OTP token.
418    otp-format
419       The format of the generated OTP.
421    otp-keyID
422       The identifier of the OTP key used.
424 3.3.  PA-OTP-CONFIRM
426    Pre-authentication type returned by the KDC in a KRB_AS_REP if the
427    client requires a new hardening value.
429              PA-OTP-CONFIRM ::= SEQUENCE {
430                identifier        OCTET STRING,
431                encHardeningValue EncryptedData  -- EncHardeningValue
432              }
433              EncHardeningValue ::= OCTET STRING SIZE (16..MAX)
435    identifier
436       An octet string identifying the hardening value used by the client
437       in the key derivation.
439    encHardeningValue
440       The hardening value that the client SHOULD use in future key
441       derivations.  It is encrypted as described in section 5.2.9 of
442       [RFC4120] using the current user key as derived by the KDC from
443       the OTP.
447 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 8]
449 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
452 3.4.  PA-ENC-PIN
454    Pre-authentication type returned by the KDC in a KRB_AS_REP if the
455    user must change their PIN or if the user's PIN has been changed.
457              PA-ENC-PIN     ::= EncryptedData -- PA-ENC-PIN-ENC
458              PA-ENC-PIN-ENC ::= SEQUENCE {
459                flags         PinFlags
460                pin       [0] UTF8String OPTIONAL
461                minLength [1] INTEGER    OPTIONAL
462                maxLength [2] INTEGER    OPTIONAL
463              }
465              PinFlags ::= KerberosFlags
466              -- systemSetPin (0)
468    If the systemSetPin flag is set then the pin field MUST be present
469    and the presence of this pre-auth type indicates that the user's PIN
470    has been changed to the value contained within the pin field.
472    If the pin field is omitted then this pre-auth type indicates that
473    the user must change their PIN using the PIN change service and that
474    the KDC will only issue tickets for the PIN change service until the
475    PIN has been changed.
477    If the pin field is present and the systemPin flag is not set then
478    the user must change their PIN subject to the restrictions of the
479    other fields or may alternatively use the returned PIN.
482 4.  IANA Considerations
484    A registry may be required for the otp-AlgID values as introduced in
485    Section 3.1.  No other IANA actions are anticipated.
488 5.  Security Considerations
490 5.1.  Active attacks
492    <<TBD: Could an attacker change the iteration count in the PA-
493    ETYPE_INFO2? >>
495 5.2.  Denial of service attacks
497    An active attacker may replace the iteration count value in the PA-
498    OTP-RESPONSE sent by the client to slow down an authentication
499    server.  Authentication servers SHOULD protect against this, e.g. by
503 Richards                Expires December 4, 2006                [Page 9]
505 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
508    disregarding PA-OTP-RESPONSE elements with an iteration count value
509    higher than some pre- or dynamically- (depending on load) set number.
511 5.3.  Use of Hardening Value
513    As described in Section 2.3, the use of a hardening value will slow
514    down an attacker's search for a matching OTP.  The ability to
515    transfer a hardening value in encrypted form from the KDC to the
516    client means that, even though there may be an initial computational
517    cost for the KDC to authenticate the user due to a high iteration
518    count, subsequent authentications will be efficient, while at the
519    same time more secure, since a pre-shared, 128 bits long, hardening
520    value will not be easily found by an attacker.
522    If a client does not have a hardening value for a KDC then it will
523    have to generate the user key using only an iteration count.  An
524    attacker observing such a KRB_AS_REQ may, depending on available
525    resources, be able to successfully attack that request.  Once the
526    correct OTP has been found, eavesdropping on the KDC's PA_OTP_CONFIRM
527    will potentially give the attacker access to the server-provided
528    hardening value.  For this reason, initial exchanges with KDC servers
529    SHOULD occur in a secure environment, and if not, the iteration count
530    MUST be significantly higher than for messages where a pre-shared
531    hardening value is used.  The lifetime of this value must also be
532    calculated with this in mind.  Finally, the value MUST be securely
533    stored by the client and the KDC, associated with the user.
536 6.  References
538 6.1.  Normative References
540    [RFC2119]  Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate
541               Requirement Levels", BCP 14, RFC 2119, March 1997.
543    [RFC2898]  Kaliski, B., "PKCS #5: Password-Based Cryptography
544               Specification Version 2.0", RFC 2898, September 2000.
546    [RFC3244]  Swift, M., Trostle, J., and J. Brezak, "Microsoft Windows
547               2000 Kerberos Change Password and Set Password Protocols",
548               RFC 3244, February 2002.
550    [RFC3962]  Raeburn, K., "Advanced Encryption Standard (AES)
551               Encryption for Kerberos 5", RFC 3962, February 2005.
553    [RFC4120]  Neuman, C., Yu, T., Hartman, S., and K. Raeburn, "The
554               Kerberos Network Authentication Service (V5)", RFC 4120,
555               July 2005.
559 Richards                Expires December 4, 2006               [Page 10]
561 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
564 6.2.  Informative References
566    [NeZoHo98]
567               Neuman, C., Zorn, G., Trostle, J., and K. Horstein,
568               "Integrating Single-use Authentication Mechanisms with
569               Kerberos", draft-ietf-cat-kerberos-password-04 (work in
570               progress), November 1998.
615 Richards                Expires December 4, 2006               [Page 11]
617 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
620 Author's Address
622    Gareth Richards
623    RSA Security UK Ltd.
624    RSA House
625    Western Road
626    Bracknell, Berkshire  RG12 1RT
627    UK
629    Email: grichards@rsasecurity.com
671 Richards                Expires December 4, 2006               [Page 12]
673 Internet-Draft                OTP Kerberos                     June 2006
676 Intellectual Property Statement
678    The IETF takes no position regarding the validity or scope of any
679    Intellectual Property Rights or other rights that might be claimed to
680    pertain to the implementation or use of the technology described in
681    this document or the extent to which any license under such rights
682    might or might not be available; nor does it represent that it has
683    made any independent effort to identify any such rights.  Information
684    on the procedures with respect to rights in RFC documents can be
685    found in BCP 78 and BCP 79.
687    Copies of IPR disclosures made to the IETF Secretariat and any
688    assurances of licenses to be made available, or the result of an
689    attempt made to obtain a general license or permission for the use of
690    such proprietary rights by implementers or users of this
691    specification can be obtained from the IETF on-line IPR repository at
692    http://www.ietf.org/ipr.
694    The IETF invites any interested party to bring to its attention any
695    copyrights, patents or patent applications, or other proprietary
696    rights that may cover technology that may be required to implement
697    this standard.  Please address the information to the IETF at
698    ietf-ipr@ietf.org.
701 Disclaimer of Validity
703    This document and the information contained herein are provided on an
704    "AS IS" basis and THE CONTRIBUTOR, THE ORGANIZATION HE/SHE REPRESENTS
705    OR IS SPONSORED BY (IF ANY), THE INTERNET SOCIETY AND THE INTERNET
706    ENGINEERING TASK FORCE DISCLAIM ALL WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED,
707    INCLUDING BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTY THAT THE USE OF THE
708    INFORMATION HEREIN WILL NOT INFRINGE ANY RIGHTS OR ANY IMPLIED
709    WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
712 Copyright Statement
714    Copyright (C) The Internet Society (2006).  This document is subject
715    to the rights, licenses and restrictions contained in BCP 78, and
716    except as set forth therein, the authors retain all their rights.
719 Acknowledgment
721    Funding for the RFC Editor function is currently provided by the
722    Internet Society.
727 Richards                Expires December 4, 2006               [Page 13]