add an invalid protection level to the enum
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-brezak-win2k-krb-rc4-hmac-00.txt
bloba29c1ca760b70da8fa95b733d2c5d2ccc319dbe9
1 CAT working group                                              M. Swift 
2 Internet Draft                                                J. Brezak 
3 Document: draft-brezak-win2k-krb-rc4-hmac-00.txt              Microsoft 
4 Category: Informational                                 September, 1999 
5  
6  
7            The Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos encryption type 
8  
9  
10 Status of this Memo 
12    This document is an Internet-Draft and is in full conformance with 
13    all provisions of Section 10 of RFC2026 [1]. Internet-Drafts are 
14    working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its 
15    areas, and its working groups. Note that other groups may also 
16    distribute working documents as Internet-Drafts. Internet-Drafts are 
17    draft documents valid for a maximum of six months and may be 
18    updated, replaced, or obsoleted by other documents at any time. It 
19    is inappropriate to use Internet- Drafts as reference material or to 
20    cite them other than as "work in progress." 
21      
22    The list of current Internet-Drafts can be accessed at 
23    http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt 
25    The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at 
26    http://www.ietf.org/shadow.html. 
27     
28 1. Abstract 
29     
30    The Windows 2000 implementation of Kerberos introduces a new 
31    encryption type based on the RC4 encryption algorithm and using an 
32    MD5 HMAC for checksum. This is offered as an alternative to using 
33    the existing DES based encryption types. 
34     
35    The RC4-HMAC encryption types are used to ease upgrade of existing 
36    Windows NT environments, provide strong crypto (128-bit key 
37    lengths), and provide exportable (meet United States government 
38    export restriction requirements) encryption. 
39     
40    The Windows 2000 implementation of Kerberos contains new encryption 
41    and checksum types for two reasons: for export reasons early in the 
42    development process, 56 bit DES encryption could not be exported, 
43    and because upon upgrade from Windows NT 4.0 to Windows 2000, 
44    accounts will not have the appropriate DES keying material to do the 
45    standard DES encryption. Furthermore, 3DES is not available for 
46    export, and there was a desired to use a single flavor of encryption 
47    in the product for both US and international products. 
48     
49    As a result, there are two new encryption types and one new checksum 
50    type introduced in Windows 2000. 
51     
52     
53 2. Conventions used in this document 
54     
56   
57 Swift                  Category - Informational                      1 
59                 Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos E-Type       July 1999 
62    The key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT", 
63    "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED",  "MAY", and "OPTIONAL" in 
64    this document are to be interpreted as described in RFC-2119 [2]. 
65     
66 3. Key Generation 
67     
68    On upgrade from existing Windows NT domains, the user accounts would 
69    not have a DES based key available to enable the use of DES base 
70    encryption types specified in RFC 1510. The key used for RC4-HMAC is 
71    the same as the existing Windows NT key for compatibility reasons. 
72    Once the account password is changed, the DES based keys are created 
73    and maintained. Once the DES keys are available DES based encryption 
74    types can be used with Kerberos.  
75     
76    The RC4-HMAC String to key function is defined as follow: 
77     
78    String2Key(password) 
79     
80         K = MD4(UNICODE(password)) 
81          
82    The RC4-HMAC keys are generated by using the Windows UNICODE version 
83    of the password. Each Windows UNICODE character is encoded in 
84    little-endian format of 2 octets each. Then performing an MD4 [6] 
85    hash operation on just the UNICODE characters of the password (not 
86    including the terminating zero octets). 
87     
88 4. Basic Operations 
89     
90    The MD5 HMAC function is defined in [3]. It is used in this 
91    encryption type for checksum operations. Refer to [3] for details on 
92    its operation. In this document this function is referred to as 
93    HMAC(Key, Data) returning the checksum using the specified key on 
94    the data. 
95     
96    The basic MD5 hash operation is used in this encryption type and 
97    defined in [7]. In this document this function is referred to as 
98    MD5(Key, Data) returning the checksum using the specified key on the 
99    data. 
100     
101    The basic RC4 encryption operation is used in this encryption type 
102    and defined in [8]. In this document the function is referred to as 
103    RC4(Key, Data) returning the encrypted data using the specified key 
104    on the data. 
105     
106    These encryption types use key derivation as defined in [9] (RFC-
107    1510BIS) in Section titled "Key Derivation". With each message, the 
108    message type (T) is used as a component of the keying material. 
109     
110    The lengths of ASCII encoded character strings include the trailing 
111    terminator character (0). 
112     
113    The concat(a,b,c,...) function will return the logical concatenation 
114    (left to right) of the values of the arguments. 
115   
116 Swift                  Category - Informational                      2 
118                 Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos E-Type       July 1999 
121     
122    The nonce(n) function returns a pseudo-random number of "n" octets. 
123     
124 5. Checksum Types 
125     
126    There is one checksum type used in this encryption type. The 
127    Kerberos constant for this type is: 
128         #define KERB_CHECKSUM_HMAC_MD5 (-138) 
129     
130    The function is defined as follows: 
131     
132    K - is the Key 
133    T - the message type, encoded as a little-endian four byte integer 
134     
135    CHKSUM(K, T, data) 
136     
137         Ksign = HMAC(K, "signature key")  //includes zero octet at end 
138         tmp = MD5(Ksign, concat(T, data)) 
139         CHKSUM = HMAC(K, tmp) 
140     
141     
142 6. Encryption Types 
143     
144    There are two encryption types used in these encryption types. The 
145    Kerberos constants for these types are: 
146         #define KERB_ETYPE_RC4_HMAC             23 
147         #define KERB_ETYPE_RC4_HMAC_EXP         24 
148     
149    The basic encryption function is defined as follow: 
150     
151    T = the message type, encoded as a little-endian four byte integer. 
152     
153    ENCRYPT(K, T, data) 
154         if (K.enctype == KERB_ETYPE_RC4_HMAC_EXP) 
155                 L = "fiftysixbits" //includes zero octet at end 
156         Else 
157                 L = ""  // one octet of zero 
158         Ksign = HMAC(K, concat(L, T)) 
159         Confounder = nonce(8) // get an 8 octet nonce for a confounder 
160         Checksum = HMAC(Ksign, concat(Confounder, data)) 
161         Ke = Ksign 
162         if (L == "fiftysixbits") memset(&Ke[7], 0x0ab, 9) 
163         Ke2 = HMAC(Ke, Checksum) 
164         data = RC4(Ke2, data) 
165     
166    The header field on the encrypted data in KDC messages is: 
167     
168         typedef struct _RC4_MDx_HEADER { 
169             UCHAR Checksum[16]; 
170             UCHAR Confounder[8]; 
171         } RC4_MDx_HEADER, *PRC4_MDx_HEADER; 
172     
174   
175 Swift                  Category - Informational                      3 
177                 Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos E-Type       July 1999 
180    The character constant "fiftysixbits" evolved from the time when a 
181    56-bit key length was all that was exportable from the United 
182    States. It is now used to recognize that the key length is of 
183    "exportable" length. 
184     
185 7. Key Strength Negotiation 
186     
187    A Kerberos client and server can negotiate over key length if they 
188    are using mutual authentication. If the client is unable to perform 
189    full strength encryption, it may propose a key in the "subkey" field 
190    of the authenticator, using a weaker encryption type. The server 
191    must then either return the same key or suggest its own key in the 
192    subkey field of the AP reply message. The key used to encrypt data 
193    is derived from the key returned by the server. If the client is 
194    able to perform strong encryption but the server is not, it may 
195    propose a subkey in the AP reply without first being sent a subkey 
196    in the authenticator. 
198 8. GSSAPI Kerberos V5 Mechanism Type  
200 8.1 Mechanism Specific Changes 
201     
202    The GSSAPI per-message tokens also require new checksum and 
203    encryption types. The GSS-API per-message tokens must be changed to 
204    support these new encryption types (See [5] Section 1.2.2). The 
205    sealing algorithm identifier (SEAL_ALG) for an RC4 based encryption 
206    is: 
207         Byte 4..5 SEAL_ALG      0x10 0x00 - RC4 
208     
209    The signing algorithm identifier (SGN_ALG) for MD5 HMAC is: 
210         Byte 2..3 SGN ALG       0x11 0x00 - HMAC 
211     
212    The only support quality of protection is: 
213         #define GSS_KRB5_INTEG_C_QOP_DEFAULT    0x0 
214     
215    In addition, when using an RC4 based encryption type, the sequence 
216    number is sent in big-endian rather than little-endian order. 
217     
218 8.2 GSSAPI Checksum Type 
219     
220    The GSSAPI checksum type and algorithm is defined in Section 5. Only 
221    the first 8 octets of the checksum are used. The resulting checksum 
222    is stored in the SGN_CKSUM field (See [5] Section 1.2) for 
223    GSS_GetMIC() and GSS_Wrap(conf_flag=FALSE). 
224     
225 8.3 GSSAPI Encryption Types 
226     
227    There are two encryption types for GSSAPI message tokens, one that 
228    is 128 bits in strength, and one that is 56 bits in strength as 
229    defined in Section 6. 
230     
233   
234 Swift                  Category - Informational                      4 
236                 Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos E-Type       July 1999 
239    All padding is rounded up to 1 byte. One byte is needed to say that 
240    there is 1 byte of padding. The DES based mechanism type uses 8 byte 
241    padding. See [5] Section 1.2.2.3. 
242     
243    The encryption mechanism used for GSS based messages is as follow: 
244     
245    GSS-ENCRYPT(K, T, data) 
246         IV = SND_SEQ 
247         K = XOR(K, 0xf0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0) 
248         if (K.enctype == KERB_ETYPE_RC4_HMAC_EXP) 
249                 L = "fortybits" //includes zero octet at end 
250         else 
251                 L = "" // one octet of zero 
252         Ksign = HMAC(K, concat(L, T)) 
253         Ke = Ksign 
254         if (L == "fortybits") memset(&Ke[7], 0x0ab, 9) 
255         Ke2 = HMAC(Ke, IV) 
256         Data = RC4(Ke2, data) 
257         SND_SEQ = RC4(Ke, seq#) 
258          
259    The sequence number (SND_SEQ) and IV are used as defined in [5] 
260    Section 1.2.2. 
261     
262    The character constant "fortybits" evolved from the time when a 40-
263    bit key length was all that was exportable from the United States. 
264    It is now used to recognize that the key length is of "exportable" 
265    length. 
266     
267 8. Security Considerations 
269    Care must be taken in implementing this encryption type because it 
270    uses a stream cipher. If a different IV isnÆt used in each direction 
271    when using a session key, the encryption is weak. By using the 
272    sequence number as an IV, this is avoided. 
273     
274 9. References 
276    1  Bradner, S., "The Internet Standards Process -- Revision 3", BCP 
277       9, RFC 2026, October 1996. 
278     
279    2  Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate Requirement 
280       Levels", BCP 14, RFC 2119, March 1997 
281     
282    3  Krawczyk, H., Bellare, M., Canetti, R.,"HMAC: Keyed-Hashing for 
283       Message Authentication", RFC 2104, February 1997 
284     
285    4  Kohl, J., Neuman, C., "The Kerberos Network Authentication 
286       Service (V5)", RFC 1510, September 1993 
288    5  Linn, J., "The Kerberos Version 5 GSS-API Mechanism", RFC-1964, 
289       June 1996 
292   
293 Swift                  Category - Informational                      5 
295                 Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos E-Type       July 1999 
299    6  R. Rivest, "The MD4 Message-Digest Algorithm", RFC-1320, April 
300       1992 
302    7  R. Rivest, "The MD5 Message-Digest Algorithm", RFC-1321, April 
303       1992 
305    8  RC4 is a proprietary encryption algorithm available under license 
306              from RSA Data Security Inc.  For licensing information, 
307       contact: 
308              RSA Data Security, Inc. 
309              100 Marine Parkway 
310              Redwood City, CA 94065-1031 
312    9  Neuman, C., Kohl, J., Ts'o, T., "The Kerberos Network 
313       Authentication Service (V5)", draft-ietf-cat-kerberos-revisions-
314       04.txt, June 25, 1999 
316     
317 10. Author's Addresses 
318     
319    Mike Swift 
320    Microsoft 
321    One Microsoft Way 
322    Redmond, Washington 
323    Email: mikesw@microsoft.com  
324     
325    John Brezak 
326    Microsoft 
327    One Microsoft Way 
328    Redmond, Washington 
329    Email: jbrezak@microsoft.com 
330     
331     
351   
352 Swift                  Category - Informational                      6 
354                 Windows 2000 RC4-HMAC Kerberos E-Type       July 1999 
357     
358 11. Full Copyright Statement 
360    Copyright (C) The Internet Society (1999).  All Rights Reserved. 
361     
362    This document and translations of it may be copied and furnished to 
363    others, and derivative works that comment on or otherwise explain it 
364    or assist in its implementation may be prepared, copied, published 
365    and distributed, in whole or in part, without restriction of any 
366    kind, provided that the above copyright notice and this paragraph 
367    are included on all such copies and derivative works.  However, this   
368    document itself may not be modified in any way, such as by removing   
369    the copyright notice or references to the Internet Society or other   
370    Internet organizations, except as needed for the purpose of 
371    developing Internet standards in which case the procedures for 
372    copyrights defined in the Internet Standards process must be 
373    followed, or as required to translate it into languages other than 
374    English. 
375     
376    The limited permissions granted above are perpetual and will not be 
377    revoked by the Internet Society or its successors or assigns. 
378     
379    This document and the information contained herein is provided on an 
380    "AS IS" basis and THE INTERNET SOCIETY AND THE INTERNET ENGINEERING 
381    TASK FORCE DISCLAIMS ALL WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING 
382    BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTY THAT THE USE OF THE INFORMATION 
383    HEREIN WILL NOT INFRINGE ANY RIGHTS OR ANY IMPLIED WARRANTIES OF 
384    MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE." 
410   
411 Swift                  Category - Informational                      7