bugfix @ authentication
[anytun.git] / internet-draft-satp.txt
blob330476cedde3d7e52f34b62831854cc9cb6c1865
4 Network Working Group                                         O. Gsenger
5 Internet-Draft                                             June 21, 2007
6 Expires: December 23, 2007
9                 secure anycast tunneling protocol (SATP)
10            draft-gsenger-secure-anycast-tunneling-protocol-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 23, 2007.
37 Copyright Notice
39    Copyright (C) The IETF Trust (2007).
55 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 1]
57 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
60 Abstract
62    The secure anycast tunneling protocol (SATP) defines a protocol used
63    for communication between any combination of unicast and anycast
64    tunnel endpoints.  It allows tunneling of every ETHER TYPE protocol
65    (ethernet, ip ...).  SATP directly includes cryptography and message
66    authentication based on the methodes used by SRTP.  It can be used as
67    an encrypted alternative to IP Encapsulation within IP [3] and
68    Generic Routing Encapsulation (GRE) [4].  It supports both anycast
69    receivers and senders.
72 Table of Contents
74    1.  Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
75      1.1.  Notational Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
76    2.  Motivation and usage scenarios . . . . . . . . . . . . . . . .  4
77      2.1.  Usage scenarions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
78        2.1.1.  Tunneling from unicast hosts over anycast routers
79                to other unicast hosts . . . . . . . . . . . . . . . .  4
80        2.1.2.  Tunneling from unicast hosts to anycast networks . . .  5
81        2.1.3.  Redundant tunnel connection of 2 networks  . . . . . .  5
82      2.2.  Encapsulation  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
83    3.  Using SATP on top of IP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
84      3.1.  Fragmentation  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
85      3.2.  ICMP messages  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
86    4.  Protocol specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
87      4.1.  Header format  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
88      4.2.  sender ID  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
89      4.3.  sequence number  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
90      4.4.  payload  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
91      4.5.  padding (OPTIONAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
92      4.6.  padding count (OPTIONAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
93      4.7.  payload type field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
94        4.7.1.  MKI (OPTIONAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
95        4.7.2.  authentication tag (RECOMMENDED) . . . . . . . . . . . 10
96      4.8.  Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
97    5.  Security Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
98      5.1.  Replay protection  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
99    6.  IANA Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
100    7.  References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
101      7.1.  Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
102      7.2.  Informational References . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
103    Author's Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
104    Intellectual Property and Copyright Statements . . . . . . . . . . 17
111 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 2]
113 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
116 1.  Introduction
118    SATP is a mixture of a generic encapsulation protocol like GRE [4]
119    and a secure tunneling protocol as IPsec [5] in tunnel mode.  It can
120    be used to build redundant virtual private network (VPN) connections.
121    It supports peer to peer tunnels, where tunnel endpoints can be any
122    combination of unicast, multicast or anycast hosts, so it defines a
123    Host Anycast Service [6].  Encryption is done per packet, so the
124    protocol is robust against packet loss and routing changes.  To save
125    some header overhead it uses the encryption techniques of SRTP [1].
127 1.1.  Notational Conventions
129    The keywords "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT",
130    "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "MAY", and "OPTIONAL" in this
131    document are to be interpreted as described in RFC2119 [2].
167 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 3]
169 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
172 2.  Motivation and usage scenarios
174    This section gives an overview of possible usage scenarios.  Please
175    note, that the protocols used in the figures are only examples and
176    that SATP itself does not care about either transport protocols or
177    encapsulated protocols.  Routing is not done by SATP and each
178    implemetation MAY choose it's own way of doing this task (e.g. using
179    functions provided by the operating system).  SATP is used only to
180    encapsulate and encrypt data.
182 2.1.  Usage scenarions
184 2.1.1.  Tunneling from unicast hosts over anycast routers to other
185         unicast hosts
187    An example of SATP used to tunnel in a unicast client - anycast
188    server model
190                        --------- router -----------
191                       /                            \
192        unicast ------+---------- router ------------+------ unicast
193        host           \                            /        host
194                        --------- router -----------
196      unicast  | encrypted     |  anycast  | encrypted     |  unicast
197      tunnel   | communication |  tunnel   | communication |  tunnel
198      endpoint | using SATP    |  endpoint | using SATP    |  endpoint
200                                  Figure 1
202    In this scenario the payload gets encapsuleted into a SATP packet by
203    a unicast host and gets transmitted to one of the anycast routers.
204    It than gets decapsulated by the router.  This router makes a routing
205    descision based on the underlying protocol and transmits a new SATP
206    package to one or more unicast hosts depending on the routing
207    descition.
223 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 4]
225 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
228 2.1.2.  Tunneling from unicast hosts to anycast networks
230    An example of SATP used to encrypt data between a unicast host and
231    anycast networks
233                           -------Router -+---- DNS Server
234                          /                \
235                         /                  --- 6to4 Router
236                        /
237        unicast -------+----------Router --+--- DNS Server
238        host            \                   \
239                         \                   --- 6to4 Router
240                          \
241                           -------Router -+---- DNS Server
242                                           \
243                                            --- 6to4 Router
245      unicast  | encrypted     |  anycast  | plaintext
246      tunnel   | communication |  tunnel   | anycast
247      endpoint | using SATP    |  endpoint | services
250                                  Figure 2
252    When the unicast hosts wants to transmit data to one of the anycast
253    DNS servers, it encapsulates the data and sends a SATP packet to the
254    anycast address of the routers.  The packet arrives at one of the
255    routers, gets decapsulated and routed to the DNS server.  This method
256    can be used to tunnel between a clients and networks providing
257    anycast services.  It can also be used the other way to virtually
258    locate a unicast service within anycasted networks.
260 2.1.3.  Redundant tunnel connection of 2 networks
262    An example of SATP used to connect 2 networks
264                  Router -----------   ---------------Router
265                /                   \ /                     \
266        Network - Router ------------x                       Network
267           A    \                   / \                     /   B
268                  Router -----------   ---------------Router
270                | packets       |  packets  |  packets      |
271     plaintext  | get           |  take a   |  get          | plaintext
272     packets    | de/encrypted  |  random   |  de/encrypted | packets
273                |de/encapsulated|   path    |de/encapsulated|
279 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 5]
281 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
284                                  Figure 3
286    Network A has multiple routers, that act as gateway/tunnel endpoints
287    to another network B. This is done to build a redundant encrypted
288    tunnel connection between the two networks.  All tunnel endpoints of
289    network A share the same anycast address and all tunnel endpoints of
290    network B share another anycast address.  When a packet from network
291    A gets transmitted to network B, it first arrives on one of network
292    A's border routers.  Which router is used is determined by network
293    A's internal routing.  This router encapsulates the package and sends
294    it to the anycast address of the network B routers.  The SATP packet
295    arrives at one of network B's routers and gets decapsulated and
296    routed to it's destination within network B.
298 2.2.  Encapsulation
300    SATP does not depend on which lower layer protocols is used, but this
301    section gives an example of how packets could look like.
335 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 6]
337 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
340    Examples of SATP used with different lower layer and payload
341    protocols
343        +------+-----+-------------------------------+
344        |      |     |      + ---------------+------ |
345        | IPv6 | UDP | SATP | Ethernet 802.3 | ... | |
346        |      |     |      +----------------+-----+ |
347        +------+-----+-------------------------------+
349    Tunneling of Ethernet over UDP/IPv6
351        +------+-----+---------------------------+
352        |      |     |      +------+-----+-----+ |
353        | IPv4 | UDP | SATP | IPv6 | UDP | RTP | |
354        |      |     |      +------+-----+-----+ |
355        +------+-----+---------------------------+
357    Tunneling of IPv6 over UDP/IPv4 with RTP payload
359        +------+-------------------------------+
360        |      |      + ---------------+------ |
361        | IPv6 | SATP | Ethernet 802.3 | ... | |
362        |      |      +----------------+-----+ |
363        +------+-------------------------------+
365    Tunneling of Ethernet over IPv6
367        +------+---------------------------+
368        |      |      +------+-----+-----+ |
369        | IPv4 | SATP | IPv6 | UDP | RTP | |
370        |      |      +------+-----+-----+ |
371        +------+---------------------------+
373    Tunneling of IPv6 over IPv4 with RTP payload
375                                  Figure 4
391 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 7]
393 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
396 3.  Using SATP on top of IP
398 3.1.  Fragmentation
400    The only way of fully supporting fragmentation would be to
401    synchronise fragments between all anycast servers.  This is
402    considered to be too much overhead, so there are two non perfect
403    solutions for these problems.  Either fragmentation HAS TO be
404    disabled or if not all fragments arrive at the same server the ip
405    datagramm HAS TO be discarded.  As routing changes are not expected
406    to occure very frequently, the encapsulated protocol can do a
407    retransmission and all fragments will arrive at the new server.
409    If the payload type is IP and the ip headers's Don't Fragment (DF)
410    bit is set, than the DF bit of the outer IP header HAS TO be set as
411    well.
413 3.2.  ICMP messages
415    ICMP messages MUST be relayed according to rfc2003 section 4 [3].
416    This is needed for path MTU detection.
447 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 8]
449 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
452 4.  Protocol specification
454 4.1.  Header format
456    Protocol Format
458         0                   1                   2                   3
459       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
460      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
461      |                         sequence number                       | |
462      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+ |
463      |           sender ID           #                               | |
464    +#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+                               + |
465    | |              ....        payload        ...                   | |
466    | |-------------------------------+-------------------------------+ |
467    | | padding (OPT) | pad count(OPT)|         payload type          | |
468    +#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+#+-+
469    | ~                          MKI (OPTIONAL)                       ~ |
470    | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
471    | :                 authentication tag (RECOMMENDED)              : |
472    | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
473    |                                                                   |
474    +- Encrypted Portion                       Authenticated Portion ---+
476                                  Figure 5
478 4.2.  sender ID
480    The sender ID is a 16 bit unsigned integer.  It HAS TO be unique for
481    every sender sharing the same anycast address
483 4.3.  sequence number
485    The sequence number is a 32 bit unsigned integer in network byte
486    order.  It starts with a random value and is increased by 1 for every
487    sent packet.  After the maximum value, it starts over from 0.  This
488    overrun causes the ROC to be increased.
490 4.4.  payload
492    A packet of the type payload type (e.g. an IP packet).
494 4.5.  padding (OPTIONAL)
496    Padding of max 255 octets.  None of the pre-defined encryption
497    transforms uses any padding; for these, the plaintext and encrypted
498    payload sizes match exactly.  Transforms are based on transforms of
499    the SRTP protocol and these transforms might use the RTP padding
503 Gsenger                 Expires December 23, 2007               [Page 9]
505 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
508    format, so a RTP like padding is supported.  If the padding count
509    field is present, than the padding count field MUST be set to the
510    padding lenght.
512 4.6.  padding count (OPTIONAL)
514    The number of octets of the padding field.  This field is optional.
515    It's presence is signaled by the key management and not by this
516    protocol.  If this field isn't present, the padding field MUST NOT be
517    present as well.
519 4.7.  payload type field
521    The payload type field defines the payload protocol.  ETHER TYPE
522    protocol numbers are used.  See IANA assigned ethernet numbers [7] .
523    The values 0000-05DC are reserverd and MUST NOT be used.
525    Some examples for protocol types
527    HEX
528    0000 Reserved
529    .... Reserved
530    05DC Reserved
531    0800 Internet IP (IPv4)
532    6558 transparent ethernet bridging
533    86DD IPv6
535                                  Figure 6
537 4.7.1.  MKI (OPTIONAL)
539    The MKI (Master Key Identifier) is OPTIONAL and of configurable
540    length.  See SRTP Section 3.1 [1] for details
542 4.7.2.  authentication tag (RECOMMENDED)
544    The authentication tag is RECOMMENDED and of configurable length.  It
545    contains a cryptographic checksum of the sender ID, sequence number
546    and the encrypted portion, but not of the MKI.  On sender side
547    encryption HAS TO be done before calculating the authentication tag.
548    A receiver HAS TO calculate the authentication tag before decrypting
549    the encrypted portion.
551 4.8.  Encryption
553    Encryption is done in the same way as for SRTP [1].  This section
554    will only discuss some small changes that HAVE TO be made.  Please
555    read SRTP RFC3711 section 3-9 [1] for details.
559 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 10]
561 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
564    The least significant bits of SSRC are replaced by the sender ID and
565    the rest is filled with zeros.  For the SRTP SEQ the 16 least
566    significant bits of the SATP sequence number are used and the 16 most
567    significant bits of the sequence number replace the 16 least
568    significant bits of the SRTP ROC.
570    Difference between SRTP and SATP
572           0                   1                   2                   3
573         0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
574        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
575        |                     SATP    sequence number                   |
576        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
577                                       =
578        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
579        | SRTP ROC least significant   |         SRTP SEQ               |
580        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
583           0                   1                   2                   3
584         0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
585        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
586        |0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0|       SATP sender ID          |
587        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
588                                       =
589        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
590        |                           SRTP SSRC                           |
591        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
593                                  Figure 7
615 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 11]
617 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
620 5.  Security Considerations
622    As SATP uses the same encrytion technics as SRTP [1], it shares the
623    same security issues.  This section will only discuss some small
624    changes.  Please read SRTP RFC3711 section 9 [1] for details.
626 5.1.  Replay protection
628    Replay protection is done by a replay list.  Every anycast receiver
629    has it's own replay list, which SHOULDN'T be syncronised, because of
630    massive overhead.  This leads to an additional possible attack.  A
631    attacker is able to replay a captured packet once to every anycast
632    receiver.  This attack is considered of be very unlikely, because
633    multiple attack hosts in different loactions are needed to reach the
634    seperate anycast receivers and the number of replays is limited to
635    the count of receivers - 1.  Such replays might also happen because
636    of routing problems, so a payload protocol HAS TO be robust against a
637    small number of duplicated packages.  The window size and position
638    HAS TO be syncronised between multible anycast receivers to limit
639    this attack.
671 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 12]
673 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
676 6.  IANA Considerations
678    The protocol is intended to be used on top of IP or on top of UDP (to
679    be compatible with NAT routers), so UDP and IP protocol numbers have
680    to be assiged by IANA.
727 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 13]
729 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
732 7.  References
734 7.1.  Normative References
736    [1]  Baugher, M., McGrew, D., Naslund, M., Carrara, E., and K.
737         Norrman, "The Secure Real-time Transport Protocol (SRTP)",
738         RFC 3711, March 2004.
740    [2]  Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate Requirement
741         Levels", BCP 14, RFC 2119, March 1997.
743    [3]  Perkins, C., "IP Encapsulation within IP", RFC 2003,
744         October 1996.
746 7.2.  Informational References
748    [4]  Farinacci, D., Li, T., Hanks, S., Meyer, D., and P. Traina,
749         "Generic Routing Encapsulation (GRE)", RFC 2784, March 2000.
751    [5]  Kent, S. and R. Atkinson, "Security Architecture for the
752         Internet Protocol", RFC 2401, November 1998.
754    [6]  Partridge, C., Mendez, T., and W. Milliken, "Host Anycasting
755         Service", RFC 1546, November 1993.
783 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 14]
785 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
788 URIs
790    [7]  <http://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers>
839 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 15]
841 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
844 Author's Address
846    Othmar Gsenger
847    Puerstingerstr 32
848    Saalfelden  5760
849    AT
851    Phone:
852    Email: satp@gsenger.com
853    URI:   http://www.gsenger.com/satp/
895 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 16]
897 Internet-Draft  secure anycast tunneling protocol (SATP)       June 2007
900 Full Copyright Statement
902    Copyright (C) The IETF Trust (2007).
904    This document is subject to the rights, licenses and restrictions
905    contained in BCP 78, and except as set forth therein, the authors
906    retain all their rights.
908    This document and the information contained herein are provided on an
909    "AS IS" basis and THE CONTRIBUTOR, THE ORGANIZATION HE/SHE REPRESENTS
910    OR IS SPONSORED BY (IF ANY), THE INTERNET SOCIETY, THE IETF TRUST AND
911    THE INTERNET ENGINEERING TASK FORCE DISCLAIM ALL WARRANTIES, EXPRESS
912    OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTY THAT THE USE OF
913    THE INFORMATION HEREIN WILL NOT INFRINGE ANY RIGHTS OR ANY IMPLIED
914    WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
917 Intellectual Property
919    The IETF takes no position regarding the validity or scope of any
920    Intellectual Property Rights or other rights that might be claimed to
921    pertain to the implementation or use of the technology described in
922    this document or the extent to which any license under such rights
923    might or might not be available; nor does it represent that it has
924    made any independent effort to identify any such rights.  Information
925    on the procedures with respect to rights in RFC documents can be
926    found in BCP 78 and BCP 79.
928    Copies of IPR disclosures made to the IETF Secretariat and any
929    assurances of licenses to be made available, or the result of an
930    attempt made to obtain a general license or permission for the use of
931    such proprietary rights by implementers or users of this
932    specification can be obtained from the IETF on-line IPR repository at
933    http://www.ietf.org/ipr.
935    The IETF invites any interested party to bring to its attention any
936    copyrights, patents or patent applications, or other proprietary
937    rights that may cover technology that may be required to implement
938    this standard.  Please address the information to the IETF at
939    ietf-ipr@ietf.org.
942 Acknowledgment
944    Funding for the RFC Editor function is provided by the IETF
945    Administrative Support Activity (IASA).
951 Gsenger                 Expires December 23, 2007              [Page 17]