add an invalid protection level to the enum
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-05.txt
blob068edc2c0f47a1d8f6dc92476a6baf3c861617e2
1 INTERNET-DRAFT                                              Brian Tung
2 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-05.txt                 Clifford Neuman
3 Updates: RFC 1510                                                  ISI
4 expires May 26, 1998                                         John Wray
5                                          Digital Equipment Corporation
6                                                          Ari Medvinsky
7                                                            Matthew Hur
8                                                  CyberSafe Corporation
9                                                       Jonathan Trostle
10                                                                 Novell
13     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
16 0.  Status Of This Memo
18     This document is an Internet-Draft.  Internet-Drafts are working
19     documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its
20     areas, and its working groups.  Note that other groups may also
21     distribute working documents as Internet-Drafts.
23     Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
24     months and may be updated, replaced, or obsoleted by other
25     documents at any time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts
26     as reference material or to cite them other than as "work in
27     progress."
29     To learn the current status of any Internet-Draft, please check
30     the "1id-abstracts.txt" listing contained in the Internet-Drafts
31     Shadow Directories on ds.internic.net (US East Coast),
32     nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West Coast), or
33     munnari.oz.au (Pacific Rim).
35     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
36     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-05.txt, and expires May 26, 1998.
37     Please send comments to the authors.
40 1.  Abstract
42     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
43     specification (RFC 1510 [1]) to provide a method for using public
44     key cryptography during initial authentication.  The methods
45     defined specify the ways in which preauthentication data fields and
46     error data fields in Kerberos messages are to be used to transport
47     public key data.
50 2.  Introduction
52     The popularity of public key cryptography has produced a desire for
53     its support in Kerberos [2].  The advantages provided by public key
54     cryptography include simplified key management (from the Kerberos
55     perspective) and the ability to leverage existing and developing
56     public key certification infrastructures.
58     Public key cryptography can be integrated into Kerberos in a number
59     of ways.  One is to associate a key pair with each realm, which can
60     then be used to facilitate cross-realm authentication; this is the
61     topic of another draft proposal.  Another way is to allow users with
62     public key certificates to use them in initial authentication.  This
63     is the concern of the current document.
65     One of the guiding principles in the design of PKINIT is that
66     changes should be as minimal as possible.  As a result, the basic
67     mechanism of PKINIT is as follows:  The user sends a request to the
68     KDC as before, except that if that user is to use public key
69     cryptography in the initial authentication step, his certificate
70     accompanies the initial request, in the preauthentication fields.
72     Upon receipt of this request, the KDC verifies the certificate and
73     issues a ticket granting ticket (TGT) as before, except that
74     the encPart from the AS-REP message carrying the TGT is now
75     encrypted in a randomly-generated key, instead of the user's
76     long-term key (which is derived from a password).  This
77     random key is in turn encrypted using the public key from the
78     certificate that came with the request and signed using the KDC's
79     private key, and accompanies the reply, in the preauthentication
80     fields.
82     PKINIT also allows for users with only digital signature keys to
83     authenticate using those keys, and for users to store and retrieve
84     private keys on the KDC.
86     The PKINIT specification may also be used for direct peer to peer
87     authentication without contacting a central KDC. This application
88     of PKINIT is described in PKTAPP [4] and is based on concepts
89     introduced in [5, 6]. For direct client-to-server authentication,
90     the client uses PKINIT to authenticate to the end server (instead
91     of a central KDC), which then issues a ticket for itself.  This
92     approach has an advantage over SSL [7] in that the server does not
93     need to save state (cache session keys).  Furthermore, an
94     additional benefit is that Kerberos tickets can facilitate
95     delegation (see [8]).
98 3.  Proposed Extensions
100     This section describes extensions to RFC 1510 for supporting the
101     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
102     granting ticket (TGT).
104     In summary, the following changes to RFC 1510 are proposed:
106         * Users may authenticate using either a public key pair or a
107           conventional (symmetric) key.  If public key cryptography is
108           used, public key data is transported in preauthentication
109           data fields to help establish identity.
110         * Users may store private keys on the KDC for retrieval during
111           Kerberos initial authentication.
113     This proposal addresses two ways that users may use public key
114     cryptography for initial authentication.  Users may present public
115     key certificates, or they may generate their own session key,
116     signed by their digital signature key.  In either case, the end
117     result is that the user obtains an ordinary TGT that may be used for
118     subsequent authentication, with such authentication using only
119     conventional cryptography.
121     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
122     Section 3.2 and 3.3 describe the extensions for the two initial
123     authentication methods.  Section 3.4 describes a way for the user to
124     store and retrieve his private key on the KDC, as an adjunct to the
125     initial authentication.
128 3.1.  Definitions
130     The extensions involve new encryption methods; we propose the
131     addition of the following types:
133         dsa-sign                                8
134         rsa-priv                                9
135         rsa-pub                                 10
136         rsa-pub-md5                             11
137         rsa-pub-sha1                            12
139     The proposal of these encryption types notwithstanding, we do not
140     mandate the use of any particular public key encryption method.
142     The extensions involve new preauthentication fields; we propose the
143     addition of the following types:
145         PA-PK-AS-REQ                            14
146         PA-PK-AS-REP                            15
147         PA-PK-AS-SIGN                           16
148         PA-PK-KEY-REQ                           17
149         PA-PK-KEY-REP                           18
151     The extensions also involve new error types; we propose the addition
152     of the following types:
154         KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED              62
155         KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED                 63
156         KDC_ERR_INVALID_SIG                     64
157         KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK                    65
158         KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH            66
160     In many cases, PKINIT requires the encoding of an X.500 name as a
161     Realm.  In these cases, the realm will be represented using a
162     different style, specified in RFC 1510 with the following example:
164         NAMETYPE:rest/of.name=without-restrictions
166     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
167     X500-RFC1779.  The full realm name will appear as follows:
169         X500-RFC1779:RFC1779Encode(DistinguishedName)
171     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC1779Encode is a
172     readable ASCII encoding of an X.500 name, as defined by RFC 1779.
173     To ensure that this encoding is unique, we add the following rules
174     to those specified by RFC 1779:
176         * The optional spaces specified in RFC 1779 are not allowed.
177         * The character that separates relative distinguished names
178           must be ',' (i.e., it must never be ';').
179         * Attribute values must not be enclosed in double quotes.
180         * Attribute values must not be specified as hexadecimal
181           numbers.
182         * When an attribute name is specified in the form of an OID,
183           it must start with the 'OID.' prefix, and not the 'oid.'
184           prefix.
185         * The order in which the attributes appear in the RFC 1779
186           encoding must be the reverse of the order in the ASN.1
187           encoding of the X.500 name that appears in the public key
188           certificate, because RFC 1779 requires that the least
189           significant relative distinguished name appear first.  The
190           order of the relative distinguished names, as well as the
191           order of the attributes within each relative distinguished
192           name, will be reversed.
194     Similarly, PKINIT may require the encoding of an X.500 name as a
195     PrincipalName.  In these cases, the name-type of the principal name
196     shall be set to NT-X500-PRINCIPAL.  This new name type is defined
197     as:
198         #define CSFC5c_NT_X500_PRINCIPAL    6
200     The name-string shall be set as follows:
202         RFC1779Encode(DistinguishedName)
204     as described above.
207 3.1.1.  Encryption and Key Formats
209     In the exposition below, we use the terms public key and private
210     key generically.  It should be understood that the term "public
211     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
212     signature verification key, and that the term "private key" may be
213     used to refer to either a private decryption key or a signature
214     generation key.  The fact that these are logically distinct does
215     not preclude the assignment of bitwise identical keys.
217     All additional symmetric keys specified in this draft shall use the
218     same encryption type as the session key in the response from the
219     KDC.  These include the temporary keys used to encrypt the signed
220     random key encrypting the response, as well as the key derived from
221     Diffie-Hellman agreement.  In the case of Diffie-Hellman, the key
222     shall be produced from the agreed bit string as follows:
224         * Truncate the bit string to the appropriate length.
225         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain the key.
227     For instance, in the case of a DES key, we take the first eight
228     bytes of the bit stream, and then adjust the least significant bit
229     of each byte to ensure that each byte has odd parity.
231     RFC 1510, Section 6.1, defines EncryptedData as follows:
233         EncryptedData ::= SEQUENCE {
234             etype               [0] INTEGER,
235             kvno                [1] INTEGER OPTIONAL,
236             cipher              [2] OCTET STRING
237                                     -- is CipherText
238         }
240     RFC 1510 also defines how CipherText is to be composed.  It is not
241     an ASN.1 data structure, but rather an octet string which is the
242     encryption of a plaintext string.  This plaintext string is in turn
243     a concatenation of the following octet strings: a confounder, a
244     checksum, the message, and padding.  Details of how these components
245     are arranged can be found in RFC 1510.
247     The PKINIT protocol introduces several new types of encryption.
248     Data that is encrypted with a public key will allow only the check
249     optional field, as it is defined above. This type of the checksum
250     will be specified in the etype field, together with the encryption
251     type.
253     In order to identify the checksum type, etype will have the
254     following values:
256                 rsa-pub-MD5
257                 rsa-pub-SHA1
259     In the case that etype is set to rsa-pub, the optional 'check'
260     field will not be provided.
262     Data that is encrypted with a private key will not use any optional
263     fields. PKINIT uses private key encryption only for signatures,
264     which are encrypted checksums. Therefore, the optional check field
265     is not needed.
268 3.2.  Standard Public Key Authentication
270     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
271     compliance with PKINIT.
273     It is assumed that all public keys are signed by some certification
274     authority (CA).  The initial authentication request is sent as per
275     RFC 1510, except that a preauthentication field containing data
276     signed by the user's private key accompanies the request:
278     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
279                                 -- PA TYPE 14
280         signedAuthPack          [0] SignedAuthPack
281         userCert                [1] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL,
282                                     -- the user's certificate chain
283         trustedCertifiers       [2] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
284                                     -- CAs that the client trusts
285         serialNumber            [3] CertificateSerialNumber OPTIONAL
286                                     -- specifying a particular
287                                     -- certificate if the client
288                                     -- already has it;
289                                     -- must be accompanied by
290                                     -- a single trustedCertifier
291     }
293     CertificateSerialNumber ::= INTEGER
294                                 -- as specified by PKCS 6
296     SignedAuthPack ::= SEQUENCE {
297         authPack                [0] AuthPack,
298         authPackSig             [1] Signature,
299                                     -- of authPack
300                                     -- using user's private key
301     }
303     AuthPack ::= SEQUENCE {
304         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
305         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
306                                     -- if client is using Diffie-Hellman
307     }
309     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
310         kdcName                 [0] PrincipalName,
311         kdcRealm                [1] Realm,
312         cusec                   [2] INTEGER,
313                                     -- for replay prevention
314         ctime                   [3] KerberosTime,
315                                     -- for replay prevention
316         nonce                   [4] INTEGER
317     }
319     Signature ::= SEQUENCE {
320         signedHash              [0] EncryptedData
321                                     -- of type Checksum
322     }
324     Checksum ::= SEQUENCE {
325         cksumtype               [0] INTEGER,
326         checksum                [1] OCTET STRING
327     }   -- as specified by RFC 1510
329     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
330         algorithm               [0] AlgorithmIdentifier,
331         subjectPublicKey        [1] BIT STRING
332                                     -- for DH, equals
333                                     -- public exponent (INTEGER encoded
334                                     -- as payload of BIT STRING)
335     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
337     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
338         algorithm               [0] ALGORITHM.&id,
339                                     -- for DH, equals
340                                     -- dhKeyAgreement
341                                     -- ({iso(1) member-body(2) US(840)
342                                     -- rsadsi(113549) pkcs(1) pkcs-3(3)
343                                     -- 1})
344         parameters              [1] ALGORITHM.&type
345                                     -- for DH, is DHParameter 
346     }   -- as specified by the X.509 recommendation [9]
348     DHParameter ::= SEQUENCE {
349         prime                   [0] INTEGER,
350                                     -- p
351         base                    [1] INTEGER,
352                                     -- g
353         privateValueLength      [2] INTEGER OPTIONAL
354     }
356     Certificate ::= SEQUENCE {
357         certType                [0] INTEGER,
358                                     -- type of certificate
359                                     -- 1 = X.509v3 (DER encoding)
360                                     -- 2 = PGP (per PGP specification)
361         certData                [1] OCTET STRING
362                                     -- actual certificate
363                                     -- type determined by certType
364     }
366     If the client passes a certificate serial number in the request,
367     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
368     exists, then the KDC returns an error of type
369     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
370     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
371     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
372     than one certificate.
374     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks,
375     to bind the request and response, and to optionally pass the
376     client's Diffie-Hellman public value (i.e. for using DSA in
377     combination with Diffie-Hellman).  The PKAuthenticator is signed
378     with the private key corresponding to the public key in the
379     certificate found in userCert (or cached by the KDC).
381     In the PKAuthenticator, the client may specify the KDC name in one
382     of two ways:
384         * The Kerberos principal name krbtgt/<realm_name>@<realm_name>,
385           where <realm_name> is replaced by the applicable realm name.
386         * The name in the KDC's certificate (e.g., an X.500 name, or a
387           PGP name).
389     Note that the first case requires that the certificate name and the
390     Kerberos principal name be bound together (e.g., via an X.509v3
391     extension).
393     The userCert field is a sequence of certificates, the first of which
394     must be the user's public key certificate. Any subsequent
395     certificates will be certificates of the certifiers of the user's
396     certificate.  These cerificates may be used by the KDC to verify the
397     user's public key.  This field may be left empty if the KDC already
398     has the user's certificate.
400     The trustedCertifiers field contains a list of certification
401     authorities trusted by the client, in the case that the client does
402     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
403     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
404     an error of type KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.
406     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
407     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
408     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
409     verifying the certification path against the KDC's policy of
410     legitimate certifiers.  This may be based on a certification
411     hierarchy, or it may be simply a list of recognized certifiers in a
412     system like PGP.
414     If verification of the user's certificate fails, the KDC sends back
415     an error message of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  The e-data
416     field contains additional information pertaining to this error, and
417     is formatted as follows:
419         METHOD-DATA ::= SEQUENCE {
420             method-type         [0] INTEGER,
421                                     -- 1 = cannot verify public key
422                                     -- 2 = invalid certificate
423                                     -- 3 = revoked certificate
424                                     -- 4 = invalid KDC name
425                                     -- 5 = client name mismatch
426             method-data         [1] OCTET STRING OPTIONAL
427         } -- syntax as for KRB_AP_ERR_METHOD (RFC 1510)
429     The values for the method-type and method-data fields are described
430     in Section 3.2.1.
432     If trustedCertifiers is provided in the PA-PK-AS-REQ, the KDC
433     verifies that it has a certificate issued by one of the certifiers
434     trusted by the client.  If it does not have a suitable certificate,
435     the KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to
436     the client. 
438     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
439     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
440     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
441     timestamp in the PKAuthenticator to assure that the request is not a
442     replay.   The KDC also verifies that its name is specified in the
443     PKAuthenticator.
445     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
446     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
447     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
448     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
449     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
450     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it generates its own public and
451     private values for the response.
453     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
454     within the allowable window.  If the local (server) time and the
455     client time in the authenticator differ by more than the allowable
456     clock skew, then the KDC returns an error message of type
457     KRB_AP_ERR_SKEW.
459     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510, except as
460     follows:  The user's name in the ticket is as represented in the
461     certificate, unless a Kerberos principal name is bound to the name
462     in the certificate (e.g., via an X.509v3 extension).  The user's
463     realm in the ticket shall be the name of the Certification
464     Authority that issued the user's public key certificate.
466     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
467     with a random key generated only for this particular response.  This
468     random key is sealed in the preauthentication field:
470     PA-PK-AS-REP ::= SEQUENCE {
471                                 -- PA TYPE 15
472         encSignedReplyKeyPack   [0] EncryptedData,
473                                     -- of type SignedReplyKeyPack
474                                     -- using the temporary key
475                                     -- in encTmpKey
476         encTmpKeyPack           [1] EncryptedData,
477                                     -- of type TmpKeyPack
478                                     -- using either the client public
479                                     -- key or the Diffie-Hellman key
480                                     -- specified by SignedDHPublicValue
481         signedKDCPublicValue    [2] SignedKDCPublicValue OPTIONAL
482                                     -- if one was passed in the request
483         kdcCert                 [3] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL,
484                                     -- the KDC's certificate chain
485     }
487     SignedReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
488         replyKeyPack            [0] ReplyKeyPack,
489         replyKeyPackSig         [1] Signature,
490                                     -- of replyEncKeyPack
491                                     -- using KDC's private key
492     }
494     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
495         replyKey                [0] EncryptionKey,
496                                     -- used to encrypt main reply
497                                     -- of same ENCTYPE as session key
498         nonce                   [1] INTEGER
499                                     -- binds response to the request
500                                     -- must be same as the nonce
501                                     -- passed in the PKAuthenticator
502     }
504     TmpKeyPack ::= SEQUENCE {
505         tmpKey                  [0] EncryptionKey,
506                                     -- used to encrypt the
507                                     -- SignedReplyKeyPack
508                                     -- of same ENCTYPE as session key
509     }
510         
511     SignedKDCPublicValue ::= SEQUENCE {
512         kdcPublicValue          [0] SubjectPublicKeyInfo,
513                                     -- as described above
514         kdcPublicValueSig       [1] Signature
515                                     -- of kdcPublicValue
516                                     -- using KDC's private key
517     }
519     The kdcCert field is a sequence of certificates, the first of which
520     must be the KDC's public key certificate.  Any subsequent
521     certificates will be certificates of the certifiers of the KDC's
522     certificate.  The last of these must have as its certifier one of
523     the certifiers sent to the KDC in the PA-PK-AS-REQ.  These
524     cerificates may be used by the client to verify the KDC's public
525     key.  This field is empty if the client did not send to the KDC a
526     list of trusted certifiers (the trustedCertifiers field was empty).
527     
528     Since each certifier in the certification path of a user's
529     certificate is essentially a separate realm, the name of each
530     certifier shall be added to the transited field of the ticket.  The
531     format of these realm names is defined in Section 3.1 of this
532     document.  If applicable, the transit-policy-checked flag should be
533     set in the issued ticket.
535     The KDC's certificate must bind the public key to a name derivable
536     from the name of the realm for that KDC.  For an X.509 certificate,
537     this is done as follows.  The name of the KDC will be represented
538     as an OtherName, encoded as a GeneralString:
540         GeneralName ::= CHOICE {
541             otherName       [0] KDCPrincipalName,
542             ...
543         }
545         KDCPrincipalNameTypes OTHER-NAME ::= {
546             { PrincipalNameSrvInst IDENTIFIED BY principalNameSrvInst }
547         }
549         KDCPrincipalName ::= SEQUENCE {
550             nameType        OTHER-NAME.&id ( { KDCPrincipalNameTypes } ),
551             name            OTHER-NAME.&type ( { KDCPrincipalNameTypes }
552                                { @nameType } )
553         }
555         PrincipalNameSrvInst ::= GeneralString
557     where (from the Kerberos specification) we have
559         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
560                                      org (3)
561                                      dod (6)
562                                      internet (1)
563                                      security (5)
564                                      kerberosv5 (2) }
566         principalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
568         principalNameSrvInst OBJECT IDENTIFIER ::= { principalName 2 }
570     The client then extracts the random key used to encrypt the main
571     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
572     client's public key or with a key derived from the DH values
573     exchanged between the client and the KDC.
576 3.2.1.  Additional Information for Errors
578     This section describes the interpretation of the method-type and
579     method-data fields of the KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED error.
581     If method-type=1, the client's public key certificate chain does not
582     contain a certificate that is signed by a certification authority
583     trusted by the KDC.  The format of the method-data field will be an
584     ASN.1 encoding of a list of trusted certifiers, as defined above:
586         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
588     If method-type=2, the signature on one of the certificates in the
589     chain cannot be verified.  The format of the method-data field will
590     be an ASN.1 encoding of the integer index of the certificate in
591     question:
593         CertificateIndex ::= INTEGER
594                              -- 0 = 1st certificate,
595                              -- 1 = 2nd certificate, etc
597     If method-type=3, one of the certificates in the chain has been
598     revoked.  The format of the method-data field will be an ASN.1
599     encoding of the integer index of the certificate in question:
601         CertificateIndex ::= INTEGER
602                              -- 0 = 1st certificate,
603                              -- 1 = 2nd certificate, etc
605     If method-type=4, the KDC name or realm in the PKAuthenticator does
606     not match the principal name of the KDC.  There is no method-data
607     field in this case.
609     If method-type=5, the client name or realm in the certificate does
610     not match the principal name of the client.  There is no
611     method-data field in this case.
614 3.3.  Digital Signature
616     Implementation of the changes in this section are OPTIONAL for
617     compliance with PKINIT.
619     We offer this option with the warning that it requires the client to
620     generate a random key; the client may not be able to guarantee the
621     same level of randomness as the KDC.
623     If the user registered, or presents a certificate for, a digital
624     signature key with the KDC instead of an encryption key, then a
625     separate exchange must be used.  The client sends a request for a
626     TGT as usual, except that it (rather than the KDC) generates the
627     random key that will be used to encrypt the KDC response.  This key
628     is sent to the KDC along with the request in a preauthentication
629     field, encrypted with the KDC's public key:
631     PA-PK-AS-SIGN ::= SEQUENCE {
632                                 -- PA TYPE 16
633         encSignedRandomKeyPack  [0] EncryptedData,
634                                     -- of type SignedRandomKeyPack
635                                     -- using the key in encTmpKeyPack
636         encTmpKeyPack           [1] EncryptedData,
637                                     -- of type TmpKeyPack
638                                     -- using the KDC's public key
639         userCert                [2] SEQUENCE OF Certificate OPTIONAL
640                                     -- the user's certificate chain
641     }
643     SignedRandomKeyPack ::= SEQUENCE {
644         randomkeyPack           [0] RandomKeyPack,
645         randomkeyPackSig        [1] Signature
646                                     -- of keyPack
647                                     -- using user's private key
648     }
650     RandomKeyPack ::= SEQUENCE {
651         randomKey               [0] EncryptionKey,
652                                     -- will be used to encrypt reply
653         randomKeyAuth           [1] PKAuthenticator
654                                     -- nonce copied from AS-REQ
655     }
657     If the KDC does not accept client-generated random keys as a matter
658     of policy, then it sends back an error message of type
659     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it extracts the random key as
660     follows.
662     Upon receipt of the PA-PK-AS-SIGN, the KDC decrypts then verifies
663     the randomKey.  It then replies as per RFC 1510, except that the
664     reply is encrypted not with a password-derived user key, but with
665     the randomKey sent in the request.  Since the client already knows
666     this key, there is no need to accompany the reply with an extra
667     preauthentication field.  The transited field of the ticket should
668     specify the certification path as described in Section 3.2.
671 3.4.  Retrieving the User's Private Key from the KDC
673     Implementation of the changes described in this section are OPTIONAL
674     for compliance with PKINIT.
676     When the user's private key is not stored local to the user, he may
677     choose to store the private key (normally encrypted using a
678     password-derived key) on the KDC.  In this case, the client makes a
679     request as described above, except that instead of preauthenticating
680     with his private key, he uses a symmetric key shared with the KDC.
682     For simplicity's sake, this shared key is derived from the password-
683     derived key used to encrypt the private key, in such a way that the
684     KDC can authenticate the user with the shared key without being able
685     to extract the private key.
687     We provide this option to present the user with an alternative to
688     storing the private key on local disk at each machine where he
689     expects to authenticate himself using PKINIT.  It should be noted
690     that it replaces the added risk of long-term storage of the private
691     key on possibly many workstations with the added risk of storing the
692     private key on the KDC in a form vulnerable to brute-force attack.
694     Denote by K1 the symmetric key used to encrypt the private key.
695     Then construct symmetric key K2 as follows:
697         * Perform a hash on K1.
698         * Truncate the digest to Length(K1) bytes.
699         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain K2.
701     The KDC stores K2, the public key, and the encrypted private key.
702     This key pair is designated as the "primary" key pair for that user.
703     This primary key pair is the one used to perform initial
704     authentication using the PA-PK-AS-REP preauthentication field.  If
705     he desires, he may also store additional key pairs on the KDC; these
706     may be requested in addition to the primary.  When the client
707     requests initial authentication using public key cryptography, it
708     must then include in its request, instead of a PA-PK-AS-REQ, the
709     following preauthentication sequence:
711     PA-PK-KEY-REQ ::= SEQUENCE {
712                                 -- PA TYPE 17
713         signedPKAuth            [0] SignedPKAuth,
714         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF PrincipalName OPTIONAL,
715                                     -- CAs that the client trusts
716         keyIDList               [2] SEQUENCE OF Checksum OPTIONAL
717                                     -- payload is hash of public key
718                                     -- corresponding to desired
719                                     -- private key
720                                     -- if absent, KDC will return all
721                                     -- stored private keys
722     }
724     SignedPKAuth ::= SEQUENCE {
725         pkAuth                  [0] PKAuthenticator,
726         pkAuthSig               [1] Signature
727                                     -- of pkAuth
728                                     -- using the symmetric key K2
729     }
731     If a keyIDList is present, the first identifier should indicate
732     the primary private key.  No public key certificate is required,
733     since the KDC stores the public key along with the private key.
734     If there is no keyIDList, all the user's private keys are returned.
736     Upon receipt, the KDC verifies the signature using K2.  If the
737     verification fails, the KDC sends back an error of type
738     KDC_ERR_INVALID_SIG.  If the signature verifies, but the requested
739     keys are not found on the KDC, then the KDC sends back an error of
740     type KDC_ERR_PREAUTH_FAILED.  If all checks out, the KDC responds as
741     described in Section 3.2, except that in addition, the KDC appends
742     the following preauthentication sequence:
744     PA-PK-KEY-REP ::= SEQUENCE {
745                                 -- PA TYPE 18
746         encKeyRep               [0] EncryptedData
747                                     -- of type EncKeyReply
748                                     -- using the symmetric key K2
749     }
751     EncKeyReply ::= SEQUENCE {
752         keyPackList             [0] SEQUENCE OF KeyPack,
753                                     -- the first KeyPair is
754                                     -- the primary key pair
755         nonce                   [1] INTEGER
756                                     -- binds reply to request
757                                     -- must be identical to the nonce
758                                     -- sent in the SignedAuthPack
759     }
761     KeyPack ::= SEQUENCE {
762         keyID                   [0] Checksum,
763         encPrivKey              [1] OCTET STRING
764     }
766     Upon receipt of the reply, the client extracts the encrypted private
767     keys (and may store them, at the client's option).  The primary
768     private key, which must be the first private key in the keyPack
769     SEQUENCE, is used to decrypt the random key in the PA-PK-AS-REP;
770     this key in turn is used to decrypt the main reply as described in
771     Section 3.2.
774 4.  Logistics and Policy
776     This section describes a way to define the policy on the use of
777     PKINIT for each principal and request.
779     The KDC is not required to contain a database record for users
780     that use either the Standard Public Key Authentication or Public Key
781     Authentication with a Digital Signature.  However, if these users
782     are registered with the KDC, it is recommended that the database
783     record for these users be modified to include three additional flags
784     in the attributes field.
786     The first flag, use_standard_pk_init, indicates that the user should
787     authenticate using standard PKINIT as described in Section 3.2.  The
788     second flag, use_digital_signature, indicates that the user should
789     authenticate using digital signature PKINIT as described in Section
790     3.3.  The third flag, store_private_key, indicates that the user
791     has stored his private key on the KDC and should retrieve it using
792     the exchange described in Section 3.4.
794     If one of the preauthentication fields defined above is included in
795     the request, then the KDC shall respond as described in Sections 3.2
796     through 3.4, ignoring the aforementioned database flags.  If more
797     than one of the preauthentication fields is present, the KDC shall
798     respond with an error of type KDC_ERR_PREAUTH_FAILED.
800     In the event that none of the preauthentication fields defined above
801     are included in the request, the KDC checks to see if any of the
802     above flags are set.  If the first flag is set, then it sends back
803     an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED indicating that a
804     preauthentication field of type PA-PK-AS-REQ must be included in the
805     request.
807     Otherwise, if the first flag is clear, but the second flag is set,
808     then the KDC sends back an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
809     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-AS-SIGN must
810     be included in the request.
812     Lastly, if the first two flags are clear, but the third flag is set,
813     then the KDC sends back an error of type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED
814     indicating that a preauthentication field of type PA-PK-KEY-REQ must
815     be included in the request.
818 5.  Transport Issues
820     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
821     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
822     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
823     light of the possibility that the Kerberos specification will
824     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
825     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
826     extensions as well.
829 6.  Bibliography
831     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
832     (V5).  Request for Comments 1510.
834     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
835     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
836     1994.
838     [3] A. Medvinsky, M. Hur.  Addition of Kerberos Cipher Suites to
839     Transport Layer Security (TLS).
840     draft-ietf-tls-kerb-cipher-suites-00.txt
842     [4] A. Medvinsky, M. Hur, B. Clifford Neuman.  Public Key Utilizing
843     Tickets for Application Servers (PKTAPP).
844     draft-ietf-cat-pktapp-00.txt
846     [5] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
847     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
848     System Security, 1997.
850     [6] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction 
851     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
852     Commerce, July 1995.
854     [7] Alan O. Freier, Philip Karlton and Paul C. Kocher.  The SSL
855     Protocol, Version 3.0 - IETF Draft. 
857     [8] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for 
858     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International 
859     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
861     [9] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
862     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
863     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
866 7.  Acknowledgements
868     Sasha Medvinsky contributed several ideas to the protocol changes
869     and specifications in this document.  His additions have been most
870     appreciated.
872     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
873     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
874     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
875     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
876     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
877     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
878     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
879     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
880     in DCE have been invaluable.
883 8.  Expiration Date
885     This draft expires May 26, 1998.
888 9.  Authors
890     Brian Tung
891     Clifford Neuman
892     USC Information Sciences Institute
893     4676 Admiralty Way Suite 1001
894     Marina del Rey CA 90292-6695
895     Phone: +1 310 822 1511
896     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
898     John Wray
899     Digital Equipment Corporation
900     550 King Street, LKG2-2/Z7
901     Littleton, MA 01460
902     Phone: +1 508 486 5210
903     E-mail: wray@tuxedo.enet.dec.com
905     Ari Medvinsky
906     Matthew Hur
907     CyberSafe Corporation
908     1605 NW Sammamish Road Suite 310
909     Issaquah WA 98027-5378
910     Phone: +1 206 391 6000
911     E-mail: {ari.medvinsky, matt.hur}@cybersafe.com
913     Jonathan Trostle
914     Novell Corporation
915     Provo UT
916     E-mail: jtrostle@novell.com