Include <com_err.h>
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-ietf-krb-wg-preauth-framework-04.txt
blob2354a5926a4ab698bf694523d63357b71b5367b0
3 Kerberos Working Group                                            L. Zhu
4 Internet-Draft                                     Microsoft Corporation
5 Updates: 4120 (if approved)                                   S. Hartman
6 Intended status: Standards Track                                     MIT
7 Expires: April 28, 2007                                 October 25, 2006
10         A Generalized Framework for Kerberos Pre-Authentication
11                  draft-ietf-krb-wg-preauth-framework-04
13 Status of this Memo
15    By submitting this Internet-Draft, each author represents that any
16    applicable patent or other IPR claims of which he or she is aware
17    have been or will be disclosed, and any of which he or she becomes
18    aware will be disclosed, in accordance with Section 6 of BCP 79.
20    Internet-Drafts are working documents of the Internet Engineering
21    Task Force (IETF), its areas, and its working groups.  Note that
22    other groups may also distribute working documents as Internet-
23    Drafts.
25    Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six months
26    and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents at any
27    time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts as reference
28    material or to cite them other than as "work in progress."
30    The list of current Internet-Drafts can be accessed at
31    http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt.
33    The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
34    http://www.ietf.org/shadow.html.
36    This Internet-Draft will expire on April 28, 2007.
38 Copyright Notice
40    Copyright (C) The Internet Society (2006).
42 Abstract
44    Kerberos is a protocol for verifying the identity of principals
45    (e.g., a workstation user or a network server) on an open network.
46    The Kerberos protocol provides a mechanism called pre-authentication
47    for proving the identity of a principal and for better protecting the
48    long-term secret of the principal.
50    This document describes a model for Kerberos pre-authentication
54 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 1]
56 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
59    mechanisms.  The model describes what state in the Kerberos request a
60    pre-authentication mechanism is likely to change.  It also describes
61    how multiple pre-authentication mechanisms used in the same request
62    will interact.
64    This document also provides common tools needed by multiple pre-
65    authentication mechanisms.  One of such tools is a secure channel
66    between the client and the KDC with a reply key delivery mechanism,
67    this secure channel can be used to protect the authentication
68    exchange thus eliminate offline dictionary attacks.  With these
69    tools, it is straightforward to chain multiple authentication factors
70    or add a plugin to, for example, utilize a different key management
71    system, or support a new key agreement algorithm.
74 Table of Contents
76    1.  Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
77    2.  Conventions Used in This Document  . . . . . . . . . . . . . .  5
78    3.  Model for Pre-Authentication . . . . . . . . . . . . . . . . .  5
79      3.1.  Information Managed by the Pre-authentication Model  . . .  6
80      3.2.  Initial Pre-authentication Required Error  . . . . . . . .  8
81      3.3.  Client to KDC  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
82      3.4.  KDC to Client  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
83    4.  Pre-Authentication Facilities  . . . . . . . . . . . . . . . . 11
84      4.1.  Client-authentication Facility . . . . . . . . . . . . . . 12
85      4.2.  Strengthening-reply-key Facility . . . . . . . . . . . . . 12
86      4.3.  Replacing-reply-key Facility . . . . . . . . . . . . . . . 13
87      4.4.  KDC-authentication Facility  . . . . . . . . . . . . . . . 14
88    5.  Requirements for Pre-Authentication Mechanisms . . . . . . . . 14
89    6.  Tools for Use in Pre-Authentication Mechanisms . . . . . . . . 15
90      6.1.  Combining Keys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
91      6.2.  Protecting Requests/Responses  . . . . . . . . . . . . . . 17
92      6.3.  Managing States for the KDC  . . . . . . . . . . . . . . . 17
93      6.4.  Pre-authentication Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
94      6.5.  Definition of Kerberos FAST Padata . . . . . . . . . . . . 19
95        6.5.1.  FAST Armors  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
96        6.5.2.  FAST Request . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
97        6.5.3.  FAST Response  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
98      6.6.  Authentication Strength Indication . . . . . . . . . . . . 27
99    7.  IANA Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
100    8.  Security Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
101    9.  Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
102    10. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
103      10.1. Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
104      10.2. Informative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
105    Appendix A.  ASN.1 module  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
106    Authors' Addresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
110 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 2]
112 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
115    Intellectual Property and Copyright Statements . . . . . . . . . . 32
166 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 3]
168 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
171 1.  Introduction
173    The core Kerberos specification [RFC4120] treats pre-authentication
174    data as an opaque typed hole in the messages to the KDC that may
175    influence the reply key used to encrypt the KDC reply.  This
176    generality has been useful: pre-authentication data is used for a
177    variety of extensions to the protocol, many outside the expectations
178    of the initial designers.  However, this generality makes designing
179    more common types of pre-authentication mechanisms difficult.  Each
180    mechanism needs to specify how it interacts with other mechanisms.
181    Also, problems like combining a key with the long-term secret or
182    proving the identity of the user are common to multiple mechanisms.
183    Where there are generally well-accepted solutions to these problems,
184    it is desirable to standardize one of these solutions so mechanisms
185    can avoid duplication of work.  In other cases, a modular approach to
186    these problems is appropriated.  The modular approach will allow new
187    and better solutions to common pre-authentication problems to be used
188    by existing mechanisms as they are developed.
190    This document specifies a framework for Kerberos pre-authentication
191    mechanisms.  It defines the common set of functions pre-
192    authentication mechanisms perform as well as how these functions
193    affect the state of the request and reply.  In addition several
194    common tools needed by pre-authentication mechanisms are provided.
195    Unlike [RFC3961], this framework is not complete--it does not
196    describe all the inputs and outputs for the pre-authentication
197    mechanisms.  Pre-Authentication mechanism designers should try to be
198    consistent with this framework because doing so will make their
199    mechanisms easier to implement.  Kerberos implementations are likely
200    to have plugin architectures for pre-authentication; such
201    architectures are likely to support mechanisms that follow this
202    framework plus commonly used extensions.
204    One of these common tools is the flexible authentication secure
205    tunneling (FAST) padata.  FAST provides a protected channel between
206    the client and the KDC, and it also delivers a reply key within the
207    protected channel.  Based on FAST, pre-authentication mechanisms can
208    extend Kerberos with ease, to support, for example, password
209    authenticated key exchange (PAKE) protocols with zero knowledge
210    password proof (ZKPP) [EKE] [IEEE1363.2].  Any pre-authentication
211    mechanism can be encapsulated in the padata field Section 6.5 of
212    FAST.  A pre-authentication type thus carried within FAST is called a
213    FAST factor.  A FAST factor MUST NOT be used outside of FAST unless
214    its specification explicitly allows so.  Note that FAST without a
215    FAST factor for authentication does NOT by itself authenticate the
216    client or the KDC.
218    New pre-authentication mechanisms SHOULD design FAST factors, instead
222 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 4]
224 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
227    of full-blown pre-authentication mechanisms.
229    A conversation consists of all messages that are necessary to
230    complete the mutual authentication between the client and the KDC.  A
231    conversation is the smallest logic unit for messages exchanged
232    between the client and the KDC.  The KDC need to manage mulitple
233    authentication sets frequently need to keep track of KDC states
234    during a convesation, standard solutions are provided for these
235    common problems.
237    This document should be read only after reading the documents
238    describing the Kerberos cryptography framework [RFC3961] and the core
239    Kerberos protocol [RFC4120].  This document freely uses terminology
240    and notation from these documents without reference or further
241    explanation.
244 2.  Conventions Used in This Document
246    The key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT",
247    "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "MAY", and "OPTIONAL" in this
248    document are to be interpreted as described in [RFC2119].
250    The word padata is used as the shorthand of pre-authentication data.
251    A conversation is used to refer to all authentication messages
252    exchanged between the client and the KDC.
255 3.  Model for Pre-Authentication
257    When a Kerberos client wishes to obtain a ticket using the
258    authentication server, it sends an initial Authentication Service
259    (AS) request.  If pre-authentication is required but not being used,
260    then the KDC will respond with a KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error.
261    Alternatively, if the client knows what pre-authentication to use, it
262    MAY optimize away a round-trip and send an initial request with
263    padata included in the initial request.  If the client includes the
264    wrong padata, the KDC MAY return KDC_ERR_PREAUTH_FAILED with no
265    indication of what padata should have been included.  In that case,
266    the client MUST retry with no padata and examine the error data of
267    the KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error.  If the KDC includes pre-
268    authentication information in the accompanying error data of
269    KDC_ERR_PREAUTH_FAILED, the client SHOULD process the error data as
270    that of the KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error, and then retry.
272    The conventional KDC maintains no state between two requests;
273    subsequent requests may even be processed by a different KDC.  On the
274    other hand, the client treats a series of exchanges with KDCs as a
278 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 5]
280 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
283    single authentication session.  Each exchange accumulates state and
284    hopefully brings the client closer to a successful authentication.
286    These models for state management are in apparent conflict.  For many
287    of the simpler pre-authentication scenarios, the client uses one
288    round trip to find out what mechanisms the KDC supports.  Then the
289    next request contains sufficient pre-authentication for the KDC to be
290    able to return a successful reply.  For these simple scenarios, the
291    client only sends one request with pre-authentication data and so the
292    authentication session is trivial.  For more complex authentication
293    sessions, the KDC needs to provide the client with a cookie to
294    include in future requests to capture the current state of the
295    authentication session.  Handling of multiple round-trip mechanisms
296    is discussed in Section 6.3.
298    This framework specifies the behavior of Kerberos pre-authentication
299    mechanisms used to identify users or to modify the reply key used to
300    encrypt the KDC reply.  The PA-DATA typed hole may be used to carry
301    extensions to Kerberos that have nothing to do with proving the
302    identity of the user or establishing a reply key.  Such extensions
303    are outside the scope of this framework.  However mechanisms that do
304    accomplish these goals should follow this framework.
306    This framework specifies the minimum state that a Kerberos
307    implementation needs to maintain while handling a request in order to
308    process pre-authentication.  It also specifies how Kerberos
309    implementations process the padata at each step of the AS request
310    process.
312 3.1.  Information Managed by the Pre-authentication Model
314    The following information is maintained by the client and KDC as each
315    request is being processed:
317    o  The reply key used to encrypt the KDC reply
319    o  How strongly the identity of the client has been authenticated
321    o  Whether the reply key has been used in this authentication session
323    o  Whether the reply key has been replaced in this authentication
324       session
326    o  Whether the contents of the KDC reply can be verified by the
327       client principal
334 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 6]
336 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
339    o  Whether the contents of the KDC reply can be verified by the
340       client machine
342    Conceptually, the reply key is initially the long-term key of the
343    principal.  However, principals can have multiple long-term keys
344    because of support for multiple encryption types, salts and
345    string2key parameters.  As described in section 5.2.7.5 of the
346    Kerberos protocol [RFC4120], the KDC sends PA-ETYPE-INFO2 to notify
347    the client what types of keys are available.  Thus in full
348    generality, the reply key in the pre-authentication model is actually
349    a set of keys.  At the beginning of a request, it is initialized to
350    the set of long-term keys advertised in the PA-ETYPE-INFO2 element on
351    the KDC.  If multiple reply keys are available, the client chooses
352    which one to use.  Thus the client does not need to treat the reply
353    key as a set.  At the beginning of a handling a request, the client
354    picks a reply key to use.
356    KDC implementations MAY choose to offer only one key in the PA-ETYPE-
357    INFO2 element.  Since the KDC already knows the client's list of
358    supported enctypes from the request, no interoperability problems are
359    created by choosing a single possible reply key.  This way, the KDC
360    implementation avoids the complexity of treating the reply key as a
361    set.
363    When the padata in the request is verified by the KDC, then the
364    client is known to have that key, therefore the KDC SHOULD pick the
365    same key as the reply key.
367    At the beginning of handling a message on both the client and the
368    KDC, the client's identity is not authenticated.  A mechanism may
369    indicate that it has successfully authenticated the client's
370    identity.  This information is useful to keep track of on the client
371    in order to know what pre-authentication mechanisms should be used.
372    The KDC needs to keep track of whether the client is authenticated
373    because the primary purpose of pre-authentication is to authenticate
374    the client identity before issuing a ticket.  The handling of
375    authentication strength using various authentication mechanisms is
376    discussed in Section 6.6.
378    Initially the reply key has not been used.  A pre-authentication
379    mechanism that uses the reply key either directly to encrypt or
380    checksum some data or indirectly in the generation of new keys MUST
381    indicate that the reply key is used.  This state is maintained by the
382    client and the KDC to enforce the security requirement stated in
383    Section 4.3 that the reply key cannot be used after it is replaced.
385    Initially the reply key has not been replaced.  If a mechanism
386    implements the Replace Reply Key facility discussed in Section 4.3,
390 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 7]
392 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
395    then the state MUST be updated to indicate that the reply key has
396    been replaced.  Once the reply key has been replaced, knowledge of
397    the reply key is insufficient to authenticate the client.  The reply
398    key is marked replaced in exactly the same situations as the KDC
399    reply is marked as not being verified to the client principal.
400    However, while mechanisms can verify the KDC reply to the client,
401    once the reply key is replaced, then the reply key remains replaced
402    for the remainder of the authentication session.
404    Without pre-authentication, the client knows that the KDC reply is
405    authentic and has not been modified because it is encrypted in a
406    long-term key of the client.  Only the KDC and the client know that
407    key.  So at the start of handling any message the KDC reply is
408    presumed to be verified using the client principal's long-term key.
409    Any pre-authentication mechanism that sets a new reply key not based
410    on the principal's long-term secret MUST either verify the KDC reply
411    some other way or indicate that the reply is not verified.  If a
412    mechanism indicates that the reply is not verified then the client
413    implementation MUST return an error unless a subsequent mechanism
414    verifies the reply.  The KDC needs to track this state so it can
415    avoid generating a reply that is not verified.
417    The typical Kerberos request does not provide a way for the client
418    machine to know that it is talking to the correct KDC.  Someone who
419    can inject packets into the network between the client machine and
420    the KDC and who knows the password that the user will give to the
421    client machine can generate a KDC reply that will decrypt properly.
422    So, if the client machine needs to authenticate that the user is in
423    fact the named principal, then the client machine needs to do a TGS
424    request for itself as a service.  Some pre-authentication mechanisms
425    may provide a way for the client to authenticate the KDC.  Examples
426    of this include signing the reply with a well-known public key or
427    providing a ticket for the client machine as a service in addition to
428    the requested ticket.
430 3.2.  Initial Pre-authentication Required Error
432    Typically a client starts an authentication session by sending an
433    initial request with no pre-authentication.  If the KDC requires pre-
434    authentication, then it returns a KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED message.
435    After the first reply with the KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error code,
436    the KDC returns the error code KDC_ERR_MORE_PREAUTH_DATA_NEEDED for
437    pre-authentication configurations that use multi-round-trip
438    mechanisms; see Section 3.4 for details of that case.
440    The KDC needs to choose which mechanisms to offer the client.  The
441    client needs to be able to choose what mechanisms to use from the
442    first message.  For example consider the KDC that will accept
446 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 8]
448 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
451    mechanism A followed by mechanism B or alternatively the single
452    mechanism C. A client that supports A and C needs to know that it
453    should not bother trying A.
455    Mechanisms can either be sufficient on their own or can be part of an
456    authentication set--a group of mechanisms that all need to
457    successfully complete in order to authenticate a client.  Some
458    mechanisms may only be useful in authentication sets; others may be
459    useful alone or in authentication sets.  For the second group of
460    mechanisms, KDC policy dictates whether the mechanism will be part of
461    an authentication set or offered alone.  For each mechanism that is
462    offered alone, the KDC includes the pre-authentication type ID of the
463    mechanism in the padata sequence returned in the
464    KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error.
466    The KDC SHOULD NOT send data that is encrypted in the long-term
467    password-based key of the principal.  Doing so has the same security
468    exposures as the Kerberos protocol without pre-authentication.  There
469    are few situations where pre-authentication is desirable and where
470    the KDC needs to expose cipher text encrypted in a weak key before
471    the client has proven knowledge of that key.
473 3.3.  Client to KDC
475    This description assumes a client has already received a
476    KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED from the KDC.  If the client performs
477    optimistic pre-authentication then the client needs to optimistically
478    choose the information it would normally receive from that error
479    response.
481    The client starts by initializing the pre-authentication state as
482    specified.  It then processes the padata in the
483    KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED.
485    When processing the response to the KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED, the
486    client MAY ignore any padata it chooses unless doing so violates a
487    specification to which the client conforms.  Clients MUST NOT ignore
488    the padata defined in Section 6.3.  Clients SHOULD process padata
489    unrelated to this framework or other means of authenticating the
490    user.  Clients SHOULD choose one authentication set or mechanism that
491    could lead to authenticating the user and ignore the rest.  Since the
492    list of mechanisms offered by the KDC is in the decreasing preference
493    order, clients typically choose the first mechanism that the client
494    can usefully perform.  If a client chooses to ignore a padata it MUST
495    NOT process the padata, allow the padata to affect the pre-
496    authentication state, nor respond to the padata.
498    For each padata the client chooses to process, the client processes
502 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                 [Page 9]
504 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
507    the padata and modifies the pre-authentication state as required by
508    that mechanism.  Padata are processed in the order received from the
509    KDC.
511    After processing the padata in the KDC error, the client generates a
512    new request.  It processes the pre-authentication mechanisms in the
513    order in which they will appear in the next request, updating the
514    state as appropriate.  The request is sent when it is complete.
516 3.4.  KDC to Client
518    When a KDC receives an AS request from a client, it needs to
519    determine whether it will respond with an error or a AS reply.  There
520    are many causes for an error to be generated that have nothing to do
521    with pre-authentication; they are discussed in the core Kerberos
522    specification.
524    From the standpoint of evaluating the pre-authentication, the KDC
525    first starts by initializing the pre-authentication state.  It then
526    processes the padata in the request.  As mentioned in Section 3.3,
527    the KDC MAY ignore padata that is inappropriate for the configuration
528    and MUST ignore padata of an unknown type.
530    At this point the KDC decides whether it will issue a pre-
531    authentication required error or a reply.  Typically a KDC will issue
532    a reply if the client's identity has been authenticated to a
533    sufficient degree.
535    In the case of a KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error, the KDC first starts
536    by initializing the pre-authentication state.  Then it processes any
537    padata in the client's request in the order provided by the client.
538    Mechanisms that are not understood by the KDC are ignored.
539    Mechanisms that are inappropriate for the client principal or the
540    request SHOULD also be ignored.  Next, it generates padata for the
541    error response, modifying the pre-authentication state appropriately
542    as each mechanism is processed.  The KDC chooses the order in which
543    it will generate padata (and thus the order of padata in the
544    response), but it needs to modify the pre-authentication state
545    consistently with the choice of order.  For example, if some
546    mechanism establishes an authenticated client identity, then the
547    subsequent mechanisms in the generated response receive this state as
548    input.  After the padata is generated, the error response is sent.
549    Typically the errors with the code KDC_ERR_MORE_PREAUTH_DATA_NEEDED
550    in a converstation will include KDC state as discussed in
551    Section 6.3.
553    To generate a final reply, the KDC generates the padata modifying the
554    pre-authentication state as necessary.  Then it generates the final
558 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 10]
560 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
563    response, encrypting it in the current pre-authentication reply key.
566 4.  Pre-Authentication Facilities
568    Pre-Authentication mechanisms can be thought of as providing various
569    conceptual facilities.  This serves two useful purposes.  First,
570    mechanism authors can choose only to solve one specific small
571    problem.  It is often useful for a mechanism designed to offer key
572    management not to directly provide client authentication but instead
573    to allow one or more other mechanisms to handle this need.  Secondly,
574    thinking about the abstract services that a mechanism provides yields
575    a minimum set of security requirements that all mechanisms providing
576    that facility must meet.  These security requirements are not
577    complete; mechanisms will have additional security requirements based
578    on the specific protocol they employ.
580    A mechanism is not constrained to only offering one of these
581    facilities.  While such mechanisms can be designed and are sometimes
582    useful, many pre-authentication mechanisms implement several
583    facilities.  By combining multiple facilities in a single mechanism,
584    it is often easier to construct a secure, simple solution than by
585    solving the problem in full generality.  Even when mechanisms provide
586    multiple facilities, they need to meet the security requirements for
587    all the facilities they provide.
589    According to Kerberos extensibility rules (Section 1.5 of the
590    Kerberos specification [RFC4120]), an extension MUST NOT change the
591    semantics of a message unless a recipient is known to understand that
592    extension.  Because a client does not know that the KDC supports a
593    particular pre-authentication mechanism when it sends an initial
594    request, a pre-authentication mechanism MUST NOT change the semantics
595    of the request in a way that will break a KDC that does not
596    understand that mechanism.  Similarly, KDCs MUST not send messages to
597    clients that affect the core semantics unless the client has
598    indicated support for the message.
600    The only state in this model that would break the interpretation of a
601    message is changing the expected reply key.  If one mechanism changed
602    the reply key and a later mechanism used that reply key, then a KDC
603    that interpreted the second mechanism but not the first would fail to
604    interpret the request correctly.  In order to avoid this problem,
605    extensions that change core semantics are typically divided into two
606    parts.  The first part proposes a change to the core semantic--for
607    example proposes a new reply key.  The second part acknowledges that
608    the extension is understood and that the change takes effect.
609    Section 4.2 discusses how to design mechanisms that modify the reply
610    key to be split into a proposal and acceptance without requiring
614 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 11]
616 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
619    additional round trips to use the new reply key in subsequent pre-
620    authentication.  Other changes in the state described in Section 3.1
621    can safely be ignored by a KDC that does not understand a mechanism.
622    Mechanisms that modify the behavior of the request outside the scope
623    of this framework need to carefully consider the Kerberos
624    extensibility rules to avoid similar problems.
626 4.1.  Client-authentication Facility
628    The client authentication facility proves the identity of a user to
629    the KDC before a ticket is issued.  Examples of mechanisms
630    implementing this facility include the encrypted timestamp facility
631    defined in Section 5.2.7.2 of the Kerberos specification [RFC4120].
632    Mechanisms that provide this facility are expected to mark the client
633    as authenticated.
635    Mechanisms implementing this facility SHOULD require the client to
636    prove knowledge of the reply key before transmitting a successful KDC
637    reply.  Otherwise, an attacker can intercept the pre-authentication
638    exchange and get a reply to attack.  One way of proving the client
639    knows the reply key is to implement the Replace Reply Key facility
640    along with this facility.  The PKINIT mechanism [RFC4556] implements
641    Client Authentication alongside Replace Reply Key.
643    If the reply key has been replaced, then mechanisms such as
644    encrypted-timestamp that rely on knowledge of the reply key to
645    authenticate the client MUST NOT be used.
647 4.2.  Strengthening-reply-key Facility
649    Particularly, when dealing with keys based on passwords, it is
650    desirable to increase the strength of the key by adding additional
651    secrets to it.  Examples of sources of additional secrets include the
652    results of a Diffie-Hellman key exchange or key bits from the output
653    of a smart card [RFC4556].  Typically these additional secrets can be
654    first combined with the existing reply key and then converted to a
655    protocol key using tools defined in Section 6.1.
657    If a mechanism implementing this facility wishes to modify the reply
658    key before knowing that the other party in the exchange supports the
659    mechanism, it proposes modifying the reply key.  The other party then
660    includes a message indicating that the proposal is accepted if it is
661    understood and meets policy.  In many cases it is desirable to use
662    the new reply key for client authentication and for other facilities.
663    Waiting for the other party to accept the proposal and actually
664    modify the reply key state would add an additional round trip to the
665    exchange.  Instead, mechanism designers are encouraged to include a
666    typed hole for additional padata in the message that proposes the
670 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 12]
672 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
675    reply key change.  The padata included in the typed hole are
676    generated assuming the new reply key.  If the other party accepts the
677    proposal, then these padata are interpreted as if they were included
678    immediately following the proposal.  The party generating the
679    proposal can determine whether the padata were processed based on
680    whether the proposal for the reply key is accepted.
682    The specific formats of the proposal message, including where padata
683    are are included is a matter for the mechanism specification.
684    Similarly, the format of the message accepting the proposal is
685    mechanism-specific.
687    Mechanisms implementing this facility and including a typed hole for
688    additional padata MUST checksum that padata using a keyed checksum or
689    encrypt the padata.  Typically the reply key is used to protect the
690    padata.  If you are only minimally increasing the strength of the
691    reply key, this may give the attacker access to something too close
692    to the original reply key.  However, binding the padata to the new
693    reply key seems potentially important from a security standpoint.
694    There may also be objections to this from a double encryption
695    standpoint because we also recommend client authentication facilities
696    be tied to the reply key.
698 4.3.  Replacing-reply-key Facility
700    The Replace Reply Key facility replaces the key in which a successful
701    AS reply will be encrypted.  This facility can only be used in cases
702    where knowledge of the reply key is not used to authenticate the
703    client.  The new reply key MUST be communicated to the client and the
704    KDC in a secure manner.  Mechanisms implementing this facility MUST
705    mark the reply key as replaced in the pre-authentication state.
706    Mechanisms implementing this facility MUST either provide a mechanism
707    to verify the KDC reply to the client or mark the reply as unverified
708    in the pre-authentication state.  Mechanisms implementing this
709    facility SHOULD NOT be used if a previous mechanism has used the
710    reply key.
712    As with the strengthening-reply-key facility, Kerberos extensibility
713    rules require that the reply key not be changed unless both sides of
714    the exchange understand the extension.  In the case of this facility
715    it will likely be more common for both sides to know that the
716    facility is available by the time that the new key is available to be
717    used.  However, mechanism designers can use a container for padata in
718    a proposal message as discussed in Section 4.2 if appropriate.
726 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 13]
728 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
731 4.4.  KDC-authentication Facility
733    This facility verifies that the reply comes from the expected KDC.
734    In traditional Kerberos, the KDC and the client share a key, so if
735    the KDC reply can be decrypted then the client knows that a trusted
736    KDC responded.  Note that the client machine cannot trust the client
737    unless the machine is presented with a service ticket for it
738    (typically the machine can retrieve this ticket by itself).  However,
739    if the reply key is replaced, some mechanism is required to verify
740    the KDC.  Pre-authentication mechanisms providing this facility allow
741    a client to determine that the expected KDC has responded even after
742    the reply key is replaced.  They mark the pre-authentication state as
743    having been verified.
746 5.  Requirements for Pre-Authentication Mechanisms
748    This section lists requirements for specifications of pre-
749    authentication mechanisms.
751    For each message in the pre-authentication mechanism, the
752    specification describes the pa-type value to be used and the contents
753    of the message.  The processing of the message by the sender and
754    recipient is also specified.  This specification needs to include all
755    modifications to the pre-authentication state.
757    Generally mechanisms have a message that can be sent in the error
758    data of the KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED error message or in an
759    authentication set.  If the client need information such as, for
760    example, trusted certificate authorities in order to determine if it
761    can use the mechanism, then this information should be in that
762    message.  In addition, such mechanisms should also define a pa-hint
763    to be included in authentication sets.  Often, the same information
764    included in the padata-value is appropriate to include in the pa-
765    hint.
767    In order to ease security analysis the mechanism specification should
768    describe what facilities from this document are offered by the
769    mechanism.  For each facility, the security consideration section of
770    the mechanism specification should show that the security
771    requirements of that facility are met.  This requirement is
772    applicable to any FAST factor that is used in FAST to provide
773    authentication information.
775    Significant problems have resulted in the specification of Kerberos
776    protocols because much of the KDC exchange is not protected against
777    authentication.  The security considerations section should discuss
778    unauthenticated plaintext attacks.  It should either show that
782 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 14]
784 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
787    plaintext is protected or discuss what harm an attacker could do by
788    modifying the plaintext.  It is generally acceptable for an attacker
789    to be able to cause the protocol negotiation to fail by modifying
790    plaintext.  More significant attacks should be evaluated carefully.
793 6.  Tools for Use in Pre-Authentication Mechanisms
795    This section describes common tools needed by multiple pre-
796    authentication mechanisms.  By using these tools mechanism designers
797    can use a modular approach to specify mechanism details and ease
798    security analysis.
800 6.1.  Combining Keys
802    Frequently a weak key need to be combined with a stronger key before
803    use.  For example, passwords are typically limited in size and
804    insufficiently random, therefore it is desirable to increase the
805    strength of the keys based on passwords by adding additional secrets
806    to it.  Additional source of secrecy may come from hardware tokens.
808    This section provides standard ways to combine two keys into one.
810    KRB-FX-CF1() is defined to combine two pass-phrases.
812     KRB-FX-CF1(UTF-8 string, UTF-8 string) -> (UTF-8 string)
813     KRB-FX-CF1(x, y) -> x || y
815    Where || denotes concatenation.  The strength of the final key is
816    roughly the total strength of the individual keys being combined.
818    An example usage of KRB-FX-CF1() is when a device provides random but
819    short passwords, the password is often combined with a personal
820    identification number (PIN).  The password and the PIN can be
821    combined using KRB-FX-CF1().
823    The function KRB-FX-CF2() produces a new key based on two existing
824    keys of the same enctype and it is base on a secure hash function and
825    the primitives encrypt(), random-to-key() and K-truncate() described
826    in [RFC3961].
828     KRB-FX-CF2(protocol key, protocol key, octet string) ->
829                   (resulting key)
831    The KRB-FX-CF2() function takes two protocol keys and an octet string
832    as input, and output a new key of the same enctype.
838 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 15]
840 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
843     encrypt(B, initial-cipher-state, pepper) -> (state-1, cipher-text-1)
845     encrypt(A, initial-cipher-state, pepper) -> (state-2, cipher-text-2)
847     PRF+(H, cipher-text-1 | cipher-text-2) -> bitstring-1
849     K-truncate(cipher-text-1) -> bitstring-2
851     random-to-key(bitstring-2) -> final-key
853     KRB-FX-CF2(A, B, pepper) -> final-key
855    Where initial-cipher-state is defined in [RFC3961] and the key-
856    generation seed length K is specified by the enctype profile
857    [RFC3961].  The value of the parameter pepper is RECOMMENDED to be in
858    the form of contextID || SharedInfo per guidelines in [HKDF].  If the
859    value of pepper is too short for the encrypt() primitive, it MUST
860    first be padded with all zeroes to the next shortest length that
861    encryt() can operate on.  PRF+() produces a bit-string of at least K
862    bits in length.
864    H is the secure hash function associated with the enctype.  An
865    example of a secure hash function is SHA-256 [SHA2].
867    This document updates [RFC3961] to associate a secure hash function
868    with every enctype.  Unless otherwise specified by the enctype
869    specification, the associated hash function is SHA-256.  The
870    associated hash function for hmac-sha1-96-aes256 is SHA-512 [SHA2].
872         encryption type       etype       associated hash function
873       --------------------------------------------------------------
874       hmac-sha1-96-aes256      16             SHA-512 [SHA2]
876    PRF+ is defined as follows:
878      PRF+(secure hash function, octet string) -> (octet string)
880      PRF+(H, shared-info) -> H( 1 || shared-info ) ||
881         H( 2 || shared-info ) H ( 3 || shared-info ) || ...
883    Where the counter value 1, 2, 3 and so on are encoded as a one-octet
884    integer.
886    Mechanism designers MUST specify the pepper value when combining two
887    keys using KRB-FX-CF2().
894 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 16]
896 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
899 6.2.  Protecting Requests/Responses
901    Mechanism designers SHOULD provide integrity protection of the
902    messages in a conversation whenever feasible
904    Sensitive data MUST be encrypted when sent over the wire.  Non-
905    sensitive data that have privacy implications are encouraged to be
906    encrypted as well.
908    If there are more than one roundtrip for an authentication exchange,
909    mechanism designers SHOULD allow either the client or the KDC provide
910    a checksum of all the messages exchanged on the wire, that is then
911    verified by the receiver.
913    Primitives defined in [RFC3961] are RECOMMENDED for integrity
914    protection and confidentiality.  Mechanisms based on these primitives
915    have the benefit of crypto-agility provided by [RFC3961].  The
916    advantage afforded by crypto-agility is the ability to avoid a multi-
917    year standardization and deployment cycle to fix a problem specific
918    to a particular algorithm, when real attacks do arise against that
919    algorithm.
921    New mechanisms MUST NOT be hard-wired to use a specific algorithm.
923 6.3.  Managing States for the KDC
925    For any conversation that consists of more than two messages, the KDC
926    likely need to keep track of KDC states for incomplete authentication
927    exchanges and destroy the states of a conversation when the
928    authentication completes successful or fails, or the KDC times out.
929    When the KDC times out, the KDC returns an error message with the
930    code KDC_ERR_PREAUTH_TIMED_OUT.
932        KDC_ERR_PREAUTH_TIMED_OUT           TBA
934    Upnon receipt of this error, the client MUST abort the existing
935    conversation, and restart a new one.
937    An example, where more than one message from the client is needed, is
938    when the client is authenticated based on a challenge-response
939    scheme.  In that case, the KDC need to keep track of the challenge
940    issued for a client authentication request.
942    The PA-FX-COOKIE pdata type is defined in this section to facilitate
943    state management.
945        PA_FX_COOKIE                        TBA
950 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 17]
952 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
955    The corresponding padata-value field [RFC4120] contains the
956    Distinguished Encoding Rules (DER) [X60] [X690] encoding of the
957    following Abstract Syntax Notation One (ASN.1) type PA-FX-COOKIE:
959      PA-FX-COOKIE ::= SEQUENCE {
960          Cookie          [1] OCTET STRING,
961              -- Opaque data, for use to associate all the messages in a
962              -- single conversation between the client and the KDC.
963              -- This can be generated by either the client or the KDC.
964              -- The receiver MUST copy the exact Cookie encapsulated in
965              -- a PA_FX_COOKIE data element into the next message of the
966              -- same conversation.
967          ...
968      }
970    The PA-FX-COOKIE structure contains an opaque cookie that is a logic
971    identifier of all the messages in a conversation.
973    The PA_FX_COOKIE can be initially sent by the client or the KDC, the
974    receiver MUST copy the Cookie into a PA_FX_COOKIE padata and include
975    it in the next message, if any, in the same conversation.
977    The content of the PA_FX_COOKIE padata is a local matter of the
978    sender.  Implementations MUST NOT include any sensitive or private
979    data in the PA-FX-COOKIE structure.
981    If at least one more message for a mechanism or a mechanism set is
982    expected by the KDC, the KDC returns a
983    KDC_ERR_MORE_PREAUTH_DATA_NEEDED error with a PA_FX_COOKIE to
984    identify the conversation with the client.
986        KDC_ERR_MORE_PREAUTH_DATA_NEEDED    TBA
988    If a PA_FX_COOKIE is included in the client request, the KDC then
989    MUST copy the exact cookie into the response.
991 6.4.  Pre-authentication Set
993    If all mechanisms in a group need to successfully complete in order
994    to authenticate a client, the client and the KDC SHOULD use the
995    PA_AUTHENTICATION_SET padata element.  A PA_AUTHENTICATION_SET padata
996    element contains the ASN.1 DER encoding of the PA-AUTHENTICATION-SET
997    structure:
1006 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 18]
1008 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1011        PA-AUTHENTICATION-SET ::= SEQUENCE OF PA-AUTHENTICATION-SET-ELEM
1013        PA-AUTHENTICATION-SET-ELEM ::= SEQUENCE {
1014            pa-type         [1] Int32,
1015                -- same as padata-type.
1016            pa-hint         [2] OCTET STRING,
1017                -- hint data.
1018            ...
1019        }
1021    The pa-type field of the PA-AUTHENTICATION-SET-ELEM structure
1022    contains the corresponding value of padata-type in PA-DATA [RFC4120].
1023    Associated with the pa-type is a pa-hint, which is an octet-string
1024    specified by the pre-authentication mechanism.  This hint may provide
1025    information for the client which helps it determine whether the
1026    mechanism can be used.  For example a public-key mechanism might
1027    include the certificate authorities it trusts in the hint info.  Most
1028    mechanisms today do not specify hint info; if a mechanism does not
1029    specify hint info the KDC MUST NOT send a hint for that mechanism.
1030    To allow future revisions of mechanism specifications to add hint
1031    info, clients MUST ignore hint info received for mechanisms that the
1032    client believes do not support hint info.
1034    When indicating which sets of padata are supported, the KDC includes
1035    a PA-AUTHENTICATION-SET padata element for each authentication set.
1037    The client sends the padata-value for the first mechanism it picks in
1038    the authentication set, when the first mechanism completes, the
1039    client and the KDC will proceed with the second mechanism, and so on
1040    until all mechanisms complete successfully.  The PA_FX_COOKIE as
1041    defined in Section 6.3 MUST be sent by the KDC along with the first
1042    message that contains a PA-AUTHENTICATION-SET, in order to keep track
1043    of KDC states.
1045 6.5.  Definition of Kerberos FAST Padata
1047    The cipher text exposure of encrypted timestamp pre-authentication
1048    data is a security concern for Kerberos.  Attackers can lauch offline
1049    dictionary attack using the cipher text.  The FAST pre-authentication
1050    padata is a tool to mitigate this threat.  FAST also provides
1051    solutions to common problems for pre-authentication mechanisms such
1052    as binding of the request and the reply, freshness guarantee of the
1053    authentication.  FAST itself, however, does not authenticate the
1054    client or the KDC, instead, it provides a typed hole to allow pre-
1055    authentication data be tunneled using FAST messages.  A pre-
1056    authentication data element used within FAST is called a FAST factor.
1057    A FAST factor capatures the minimal work required for extending
1058    Kerberos to support a new authentication scheme.  A FAST factor MUST
1062 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 19]
1064 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1067    NOT be used outside of FAST unless its specification explicitly
1068    allows so.  The typed holes in FAST messages can also be used as
1069    generic ones that are not intended to prove the client's identity, or
1070    establish the reply key.
1072    New pre-authentication mechanisms SHOULD be designed as FAST factors,
1073    instead of full-blown pre-authentication mechanisms.
1075    A FAST mechanism factor when used within FAST to authenticate the
1076    client or the KDC is a pre-authentication mechanism, as such the
1077    specification of such a FAST factor SHOULD specify which facilities
1078    it provides per Section 5.
1080    Implementations of the pre-authentication framework SHOULD use
1081    encrypted timestamp pre-authentication, if that is the mechanism to
1082    authenticate the client, as a FAST factor to avoid security exposure.
1084    The encrypted timestamp FAST factor MUST fill out the encrypted rep-
1085    key-package field as described in Section 6.5.3.  It provides the
1086    following facilities: client-authentication, replacing-reply-key,
1087    KDC-authentication.  It does not provide the strengthening-reply-key
1088    facility.  The security considerations section of this document
1089    provides an explaination why the security requirements are met.
1091    FAST employs an armoring scheme.  The armor can be a host Ticket
1092    Granting Ticket (TGT), or an anonymous TGT obtained based on
1093    anonymous PKINIT [KRB-ANON], or a pre-shared long term key such as a
1094    host key.  The rest of this section describes the types of armors and
1095    the messages used by FAST.
1097 6.5.1.  FAST Armors
1099    An armor key is used to encrypt pre-authentication data in the FAST
1100    request and the response.  The ArmorData structure is used to
1101    identify the armor key.  It contains the following two fields: the
1102    armor-type identifies the type of armor data, and the armor-value as
1103    an OCTET STRING contains the data.
1105        KrbFastArmor ::= SEQUENCE {
1106            armor-type     [1] Int32,
1107                -- Type of the armor.
1108            armor-value    [2] OCTET STRING,
1109                -- Value of the armor.
1110            ...
1111        }
1113    The value of the armor key is a matter of the armor type
1114    specification.  The following types of armors are currently defined:
1118 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 20]
1120 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1123        FX_FAST_ARMOR_AP_REQUEST  1
1124        FX_FAST_ARMOR_KEY_ID      2
1126    Conforming implementations MUST implement the
1127    FX_FAST_ARMOR_AP_REQUEST armor type.
1129 6.5.1.1.  Ticket-based Armors
1131    The FX_FAST_ARMOR_AP_REQUEST armor type is based on a Kerberos TGT.
1132    The armor-value field of an FX_FAST_ARMOR_AP_REQUEST armor contains
1133    an AP-REQ encoded in DER.  The subkey field in the AP-REQ MUST be
1134    present.  And the armor key is the subkey in the AP-REQ
1135    authenticator.
1137    If the client has a TGT for the expected KDC, it can use that ticket
1138    to construct the AP-REQ.  If not, the client can use anonymous PKINIT
1139    as described in [KRB-ANON] to obtain a TGT anonymously and use that
1140    to construct an FX_FAST_ARMOR_AP_REQUEST armor.
1142 6.5.1.2.  Key-based Armors
1144    The FX_FAST_ARMOR_KEY_ID armor type is used to carry an identifier of
1145    a key that is shared between the client host and the KDC.  The
1146    content and the encoding of the armor-data field of this armor type
1147    is a local matter of the communicating client and the expected KDC.
1148    The FX_FAST_ARMOR_KEY_ID armor is useful when the client host and the
1149    KDC does have a shared key and it is beneficial to minimize the
1150    number of messages exchanged between the client and the KDC, namely
1151    by eliminating the messages for obtaining a host ticket based on the
1152    host key.
1154 6.5.2.  FAST Request
1156    A padata type PA_FX_FAST is defined for the Kerberos FAST pre-
1157    authentication padata.  The corresponding padata-value field
1158    [RFC4120] contains the DER encoding of the ASN.1 type PA-FX-FAST-
1159    REQUEST.
1174 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 21]
1176 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1179     PA-FX-FAST-REQUEST ::= CHOICE {
1180         armored-data    [1] KrbFastAmoredReq,
1181         ...
1182     }
1184     KrbFastAmoredReq ::= SEQUENCE {
1185         armor           [1] KrbFastArmor OPTIONAL,
1186             -- Contains the armor that determines the armor key.
1187             -- MUST be present in the initial AS-REQ in a converstation,
1188             -- MUST be absent in any subsequent AS-REQ.
1189             -- MUST be absent in TGS-REQ.
1190         req-checksum    [2] Checksum,
1191             -- Checksum performed over the type KDC-REQ-BODY.
1192             -- The checksum key is the armor key, and the checksum
1193             -- type is the required checksum type for the enctype of
1194             -- the armor key.
1195         enc-fast-req    [3] EncryptedData, -- KrbFastReq --
1196             -- The encryption key is the armor key, and the key usage
1197             -- number is TBA.
1198         ...
1199     }
1201    The PA-FX-FAST-REQUEST contains a KrbFastAmoredReq structure.  The
1202    KrbFastAmoredReq encapsulates the encrypted padata.
1204    The armor key is used to encrypt the KrbFastReq structure, and the
1205    key usage number for that encryption is TBA.  The armor field in the
1206    KrbFastAmoredReq structure is filled to identify the armor key.
1208    When a KrbFastAmoredReq is included in an AS request, the armor field
1209    MUST be present in the initial AS-REQ in a converstation, specifying
1210    the armor key being used.  The armor field MUST be absent in any
1211    subsequent AS-REQ of the same converstation.  Thus the armor key is
1212    specified explicitly in the initial AS-REQ in a converstation, and
1213    implicitly thereafter.
1215    When a KrbFastAmoredReq is included in a TGS request, the armor field
1216    MUST be absent.  In which case, the subkey in the AP-REQ
1217    authenticator in the PA-TGS-REQ PA-DATA MUST be present, and the
1218    armor key is implicitly that subkey.
1220    The req-checksum field contains a checksum that is performed over the
1221    type KDC-REQ-BODY of the containing message.  The checksum key is the
1222    armor key, and the checksum type is the required checksum type for
1223    the enctype of the armor key.
1225    The enc-fast-req field contains an encrypted KrbFastReq structure.
1226    The KrbFastReq structure contains the following information:
1230 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 22]
1232 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1235        KrbFastReq ::= SEQUENCE {
1236            fast-options    [0] FastOptions,
1237                -- Additional options.
1238            padata          [1] SEQUENCE OF PA-DATA,
1239                -- padata typed holes.
1240            timestamp       [2] KerberosTime,
1241            usec            [3] Microseconds,
1242                -- timestamp and usec represent the time of the client
1243                -- host.
1244            req-nonce       [4] OCTET STRING,
1245                -- At least 128 octets in length, randomly filled using
1246                -- a PRNG by the client for each message request.
1247            ...
1248        }
1250    The fast-options field indicates various options that are to modify
1251    the behavior of the KDC.  The meanings of the options are as follows:
1253       FastOptions ::= KerberosFlags
1254           -- reserved(0),
1255           -- anonymous(1),
1256           -- kdc-referrals(16)
1259       Bits    Name          Description
1260      -----------------------------------------------------------------
1261       0     RESERVED        Reserved for future expansion of this field.
1262       1     anonymous       Requesting the KDC to hide client names in
1263                             the KDC response, as described next in this
1264                             section.
1265       16    kdc-referrals   Requesting the KDC to follow referrals, as
1266                             described next in this section.
1268    Bits 1 through 15 (with bit 2 and bit 15 included) are critical
1269    options.  If the KDC does not understand a critical option, it MUST
1270    fail the request.  Bit 16 and onward (with bit 16 included) are non-
1271    critical options.  The KDC conforming to this specification ignores
1272    unknown non-critical options.
1274    The anonymous Option
1276       The Kerberos response defined in [RFC4120] contains the client
1277       identity in clear text, This makes traffic analysis
1278       straightforward.  The anonymous option is designed to complicate
1279       traffic analysis performed over the client-KDC messages.  If the
1280       anonymous option is set, the KDC implementing PA_FX_FAST MUST
1281       identify the client as the anonymous principal in the KDC reply
1282       and the error response.  Thus this option is set by the client if
1286 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 23]
1288 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1291       it wishes to hide the client identity in the KDC response.
1293    The kdc-referrals Option
1295       The Kerberos client described in [RFC4120] has to request referral
1296       TGTs along the authentication path in order to get a service
1297       ticket for the target service.  The Kerberos client described in
1298       the [REFERRALS] need to contain the AS specified in the error
1299       response in order to complete client referrals.  In many cases, it
1300       is desirable to keep the client's involvement minimal.  For
1301       example, the client may contact the KDC via a satellite link that
1302       has high latency, or the client has limited computational
1303       capabilities.  The kdc-referrals option is designed to minimize
1304       the number of KDC response messages that the client need to
1305       process.  If the kdc-referrals option is set, the KDC that honors
1306       this option acts as the client to follow AS referrals and TGS
1307       referrals [REFERRALS], and return the ticket thus-obtained using
1308       the reply key expected by the client.  The kdc-referrals option
1309       can be implemented when the KDC knows the reply key.  KDC can
1310       igore kdc-referrals option when it does not understand it or it
1311       does not allow it based on local policy.  The client MUST be able
1312       to process the KDC responses when this option is not honored by
1313       the KDC, unless otherwise specified.
1315    The padata field contains a list of PA-DATA structures as described
1316    in Section 5.2.7 in [RFC4120].  These PA-DATA structures can contain
1317    FAST factors.  They can also be used as generic typed-holes to
1318    contain data not intended for proving the client's identity or
1319    establishing a reply key, but for protocol extensibility.
1321    The timestamp and usec fields represent the time of the client host,
1322    these fields have the same semantics as the corresponding-
1323    identically-named fields in Section 5.6.1 of [RFC4120].
1325    The req-nonce field is randomly filled using a PRNG by the client for
1326    each message request.  It MUST have at least 128 octets in length.
1328 6.5.3.  FAST Response
1330    The KDC that supports the PA_FX_FAST padata MUST include a PA_FX_FAST
1331    padata element in the KDC reply and/or the error response, when the
1332    client and the KDC agreed upon the armor key.  The corresponding
1333    padata-value field [RFC4120] in the KDC response is the DER encoding
1334    of the ASN.1 type PA-FX-FAST-REPLY.
1342 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 24]
1344 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1347       PA-FX-FAST-REPLY ::= CHOICE {
1348           armored-data    [1] KrbFastArmoredRep,
1349           ...
1350       }
1352       KrbFastArmoredRep ::= SEQUENCE {
1353           enc-fast-rep    [1] EncryptedData, -- KrbFastResponse --
1354               -- The encryption key is the armor key in the request, and
1355               -- the key usage number is TBA.
1356           ...
1357       }
1359    The PA-FX-FAST-REPLY structure contains a KrbFastArmoredRep
1360    structure.  The KrbFastArmoredRep structure encapsulates the padata
1361    in the KDC reply in the encrypted form.  The KrbFastResponse is
1362    encrypted with the armor key used in the corresponding request, and
1363    the key usage number is TBA.
1365    The Kerberos client who does not receive a PA-FX-FAST-REPLY in the
1366    KDC response MUST reject the reply based on local policy.  The
1367    Kerberos client MAY process an error message without a PA-FX-FAST-
1368    REPLY, if that is only intended to return better error information to
1369    the application, typically for trouble-shooing purposes.
1371    The KrbFastResponse structure contains the following information:
1373       KrbFastResponse ::= SEQUENCE {
1374           padata          [1] SEQUENCE OF PA-DATA,
1375               -- padata typed holes.
1376           finish          [2] KrbFastFinish OPTIONAL,
1377               -- MUST be present if the client is authenticated,
1378               -- absent otherwise.
1379               -- Typically this is present if and only if the containing
1380               -- message is the last one in a conversation.
1381           rep-nonce       [3] OCTET STRING,
1382               -- At least 128 octets in length, randomly filled using
1383               -- a PRNG by the KDC for each KDC response.
1384           ...
1385       }
1387    The padata field in the KrbFastResponse structure contains a list of
1388    PA-DATA structures as described in Section 5.2.7 of [RFC4120].  These
1389    PA-DATA structures are used to carry data completing the exchange for
1390    the FAST factors.  They can also be used as generic typed-holes for
1391    protocol extensibility.
1393    The finish field contains a KrbFastFinish structure.  It is filled by
1394    the KDC when the client has been authenticated (the client
1398 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 25]
1400 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1403    authenticated state is marked), it MUST be absent otherwise.
1404    Consequently this field can only be present in an AS-REP or a TGS-REP
1405    when a ticket is returned.  And typically the containing message with
1406    the finish field present is the last one in a conversation.
1408    The KrbFastFinish structure contains the following information:
1410     KrbFastFinish ::= SEQUENCE {
1411         authtime        [1] KerberosTime,
1412         usec            [2] Microseconds,
1413             -- timestamp and usec represent the time on the KDC when
1414             -- the reply was generated.
1415         rep-key-package [3]  EncryptedData OPTIONAL, -- EncryptionKey --
1416             -- This, if present, replaces the reply key for AS and TGS.
1417             -- The encryption key is the client key, unless otherwise
1418             -- specified. The key usage number is TBA.
1419         crealm          [4] Realm,
1420         cname           [5] PrincipalName,
1421             -- Contains the client realm and the client name.
1422         checksum        [6] Checksum,
1423             -- Checksum performed over all the messages in the
1424             -- conversation, except the containing message.
1425             -- The checksum key is the ticket session key of the reply
1426             -- ticket, and the checksum type is the required checksum
1427             -- type of that key.
1428         ...
1429     }
1431    The timestamp and usec fields represent the time on the KDC when the
1432    reply was generated, these fields have the same semantics as the
1433    corresponding-identically-named fields in Section 5.6.1 of [RFC4120].
1434    The client MUST use the KDC's time in these fields thereafter when
1435    using the returned ticket.  Note that the KDC's time in AS-REP may
1436    not match the authtime in the reply ticket if the kdc-referrals
1437    option is requested and honored by the KDC.
1439    The rep-key-package field, if present, contains the reply key
1440    encrypted using the client key unless otherwise specified.  The key
1441    usage number is TBA.
1443    When the encrypted timestamp FAST factor is used in the request, the
1444    rep-key-package field MUST be present and the client key is used to
1445    encrypt the reply key enclosed in the KrbFastArmoredRep.
1447    The cname and crealm fields identifies the authenticated client.
1449    The checksum field contains a checksum of all the messages in the
1450    conversation excluding and prior to the containing message.  The
1454 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 26]
1456 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1459    checksum key is the ticket session key of the reply ticket, and the
1460    checksum type is the required checksum type of the enctype of that
1461    key.
1463    The rep-nonce field is randomly filled using a PRNG by the KDC for
1464    each KDC response, and it MUST have at least 128 octets in length.
1466    The client MUST include a PA_FX_COOKIE as defined in Section 6.3, if
1467    it includes a PA_FX_FAST in the request.
1469 6.6.  Authentication Strength Indication
1471    Implementations that have pre-authentication mechanisms offering
1472    significantly different strengths of client authentication MAY choose
1473    to keep track of the strength of the authentication used as an input
1474    into policy decisions.  For example, some principals might require
1475    strong pre-authentication, while less sensitive principals can use
1476    relatively weak forms of pre-authentication like encrypted timestamp.
1478    An AuthorizationData data type AD-Authentication-Strength is defined
1479    for this purpose.
1481           AD-authentication-strength      TBA
1483    The corresponding ad-data field contains the DER encoding of the pre-
1484    authentication data set as defined in Section 6.4.  This set contains
1485    all the pre-authentication mechanisms that were used to authenticate
1486    the client.  If only one pre-authentication mechanism was used to
1487    authenticate the client, the pre-authentication set contains one
1488    element.
1490    The AD-authentication-strength element MUST be included in the AD-IF-
1491    RELEVANT, thus it can be ignored if it is unknown to the receiver.
1494 7.  IANA Considerations
1496    This document defines FAST factors, these are mini- and light-
1497    weighted- pre-authentication mechanisms.  A new IANA registry should
1498    be setup for registering FAST factor IDs.
1501 8.  Security Considerations
1503    The kdc-referrals option in the Kerberos FAST padata requests the KDC
1504    to act as the client to follow referrals.  This can overload the KDC.
1505    To limit the damages of denied of service using this option, KDCs MAY
1506    restrict the number of simultaneous active requests with this option
1510 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 27]
1512 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1515    for any given client principal.
1517    Because the client secrets are known only to the client and the KDC,
1518    the verification of the encrypted timestamp proves the client's
1519    identity, the verification of the encrypted rep-key-package in the
1520    KDC reply proves that the expected KDC responded.  The encrypted
1521    reply key is contained in the rep-key-package in the PA-FX-FAST-
1522    REPLY.  Therefore, the encrypted timestamp FAST factor as a pre-
1523    authentication mechanism offers the following facilities: client-
1524    authentication, replacing-reply-key, KDC-authentication.  There is no
1525    un-authenticated cleartext introduced by the encrypted timestamp FAST
1526    factor.
1529 9.  Acknowledgements
1531    Serveral suggestions from Jeffery Hutzman based on early revisions of
1532    this documents led to significant improvements of this document.
1535 10.  References
1537 10.1.  Normative References
1539    [KRB-ANON] Zhu, L., Leach, P. and Jaganathan, K., "Kerberos Anonymity 
1540               Support", draft-ietf-krb-wg-anon, work in progress.
1542    [RFC2119]  Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate
1543               Requirement Levels", BCP 14, RFC 2119, March 1997.
1545    [RFC3961]  Raeburn, K., "Encryption and Checksum Specifications for
1546               Kerberos 5", RFC 3961, February 2005.
1548    [RFC4120]  Neuman, C., Yu, T., Hartman, S., and K. Raeburn, "The
1549               Kerberos Network Authentication Service (V5)", RFC 4120,
1550               July 2005.
1552    [REFERALS] Raeburn, K. et al, "Generating KDC Referrals to Locate 
1553               Kerberos Realms", draft-ietf-krb-wg-kerberos-referrals, 
1554               work in progress.
1556 Zhu & Hartman            Expires April 27, 2007                [Page 27]
1558 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1561    [SHA2]     National Institute of Standards and Technology, "Secure 
1562               Hash Standard (SHS)", Federal Information Processing 
1563               Standards Publication 180-2, August 2002.  
1565    [X680]     ITU-T Recommendation X.680 (2002) | ISO/IEC 8824-1:2002,
1566               Information technology - Abstract Syntax Notation One
1567               (ASN.1): Specification of basic notation.
1571 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 28]
1573 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1576    
1577    [X690]     ITU-T Recommendation X.690 (2002) | ISO/IEC 8825-1:2002,
1578               Information technology - ASN.1 encoding Rules:
1579               Specification of Basic Encoding Rules (BER), Canonical
1580               Encoding Rules (CER) and Distinguished Encoding Rules
1581               (DER).
1583 10.2.  Informative References
1585    [EKE]      Bellovin, S. M. and M. Merritt. "Augmented 
1586               Encrypted Key Exchange: A Password-Based Protocol Secure 
1587               Against Dictionary Attacks and Password File Compromise". 
1588               Proceedings of the 1st ACM Conference on Computer and 
1589               Communications Security, ACM Press, November 1993.
1590    
1591    [HKDF]     Dang, Q. and P. Polk, draft-dang-nistkdf, work in 
1592               progress.
1594    [IEEE1363.2] 
1595               IEEE P1363.2: Password-Based Public-Key Cryptography, 
1596               2004.
1597            
1598    [RFC4556]  Zhu, L. and B. Tung, "Public Key Cryptography for Initial
1599               Authentication in Kerberos (PKINIT)", RFC 4556, June 2006.
1602 Appendix A.  ASN.1 module
1604     KerberosPreauthFramework {
1605            iso(1) identified-organization(3) dod(6) internet(1)
1606            security(5) kerberosV5(2) modules(4) preauth-framework(3)
1607     } DEFINITIONS EXPLICIT TAGS ::= BEGIN
1609     IMPORTS
1611           KerberosTime, PrincipalName, Realm, EncryptionKey, Checksum,
1612           Int32, EncryptedData, PA-DATA
1613                FROM KerberosV5Spec2 { iso(1) identified-organization(3)
1614                  dod(6) internet(1) security(5) kerberosV5(2)
1615                  modules(4) krb5spec2(2) };
1616                  -- as defined in RFC 4120.
1618     PA-FX-COOKIE ::= SEQUENCE {
1619         Cookie          [1] OCTET STRING,
1620             -- Opaque data, for use to associate all the messages in a
1621             -- single conversation between the client and the KDC.
1622             -- This can be generated by either the client or the KDC.
1623             -- The receiver MUST copy the exact Cookie encapsulated in
1624             -- a PA_FX_COOKIE data element into the next message of the
1625             -- same conversation.
1626         ...
1627     }
1629     PA-AUTHENTICATION-SET ::= SEQUENCE OF PA-AUTHENTICATION-SET-ELEM
1631     PA-AUTHENTICATION-SET-ELEM ::= SEQUENCE {
1632         pa-type         [1] Int32,
1633             -- same as padata-type.
1634         pa-hint         [2] OCTET STRING,
1635             -- hint data.
1636         ...
1637     }
1640 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 29]
1642 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1646     PA-FX-FAST-REQUEST ::= CHOICE {
1647         armored-data    [1] KrbFastAmoredReq,
1648         ...
1649     }
1651     KrbFastAmoredReq ::= SEQUENCE {
1652         armor           [1] KrbFastArmor OPTIONAL,
1653             -- Contains the armor that determines the armor key.
1654             -- MUST be present in AS-REQ.
1655             -- MUST be absent in TGS-REQ.
1656         req-checksum    [2] Checksum,
1657             -- Checksum performed over the type KDC-REQ-BODY.
1658             -- The checksum key is the armor key, and the checksum
1659             -- type is the required checksum type for the enctype of
1660             -- the armor key.
1661         enc-fast-req    [3] EncryptedData, -- KrbFastReq --
1662             -- The encryption key is the armor key, and the key usage
1663             -- number is TBA.
1664         ...
1665     }
1667     KrbFastArmor ::= SEQUENCE {
1668         armor-type     [1] Int32,
1669             -- Type of the armor.
1670         armor-value    [2] OCTET STRING,
1671             -- Value of the armor.
1672         ...
1673     }
1675     KrbFastReq ::= SEQUENCE {
1676         fast-options    [0] FastOptions,
1677             -- Additional options.
1678         padata          [1] SEQUENCE OF PA-DATA,
1679             -- padata typed holes.
1680         timestamp       [2] KerberosTime,
1681         usec            [3] Microseconds,
1682             -- timestamp and usec represent the time of the client
1683             -- host.
1684         req-nonce       [4] OCTET STRING,
1685             -- At least 128 octets in length, randomly filled using
1686             -- a PRNG by the client for each message request.
1687         ...
1688     }
1690     FastOptions ::= KerberosFlags
1691         -- reserved(0),
1692         -- anonymous(1),
1693         -- kdc-referrals(16)
1697 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 30]
1699 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1703     PA-FX-FAST-REPLY ::= CHOICE {
1704         armored-data    [1] KrbFastArmoredRep,
1705         ...
1706     }
1708     KrbFastArmoredRep ::= SEQUENCE {
1709         enc-fast-rep    [1] EncryptedData, -- KrbFastResponse --
1710             -- The encryption key is the armor key in the request, and
1711             -- the key usage number is TBA.
1712         ...
1713     }
1715     KrbFastResponse ::= SEQUENCE {
1716         padata          [1] SEQUENCE OF PA-DATA,
1717             -- padata typed holes.
1718         finish          [2] KrbFastFinish OPTIONAL,
1719             -- MUST be present if the client is authenticated,
1720             -- absent otherwise.
1721             -- Typically this is present if and only if the containing
1722             -- message is the last one in a conversation.
1723         rep-nonce       [3] OCTET STRING,
1724             -- At least 128 octets in length, randomly filled using
1725             -- a PRNG by the KDC for each KDC response.
1726         ...
1727     }
1729     KrbFastFinish ::= SEQUENCE {
1730         timestamp       [1] KerberosTime,
1731         usec            [2] Microseconds,
1732             -- timestamp and usec represent the time on the KDC when
1733             -- the reply was generated.
1734         rep-key-package [3]  EncryptedData OPTIONAL, -- EncryptionKey --
1735             -- This, if present, replaces the reply key for AS and TGS.
1736             -- The encryption key is the client key, unless otherwise
1737             -- specified. The key usage number is TBA.
1738         crealm          [4] Realm,
1739         cname           [5] PrincipalName,
1740             -- Contains the client realm and the client name.
1741         checksum        [6] Checksum,
1742             -- Checksum performed over all the messages in the
1743             -- conversation, except the containing message.
1744             -- The checksum key is the ticket session key of the reply
1745             -- ticket, and the checksum type is the required checksum
1746             -- type of that key.
1747         ...
1748     }
1750     END
1753 Authors' Addresses
1755    Larry Zhu
1756    Microsoft Corporation
1757    One Microsoft Way
1758    Redmond, WA  98052
1759    US
1761    Email: lzhu@microsoft.com
1764    Sam hartman
1765    MIT
1767    Email: hartmans@mit.edu
1772 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 31]
1774 Internet-Draft         Kerberos Preauth Framework           October 2006
1777 Full Copyright Statement
1779    Copyright (C) The Internet Society (2006).
1781    This document is subject to the rights, licenses and restrictions
1782    contained in BCP 78, and except as set forth therein, the authors
1783    retain all their rights.
1785    This document and the information contained herein are provided on an
1786    "AS IS" basis and THE CONTRIBUTOR, THE ORGANIZATION HE/SHE REPRESENTS
1787    OR IS SPONSORED BY (IF ANY), THE INTERNET SOCIETY AND THE INTERNET
1788    ENGINEERING TASK FORCE DISCLAIM ALL WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED,
1789    INCLUDING BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTY THAT THE USE OF THE
1790    INFORMATION HEREIN WILL NOT INFRINGE ANY RIGHTS OR ANY IMPLIED
1791    WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
1794 Intellectual Property
1796    The IETF takes no position regarding the validity or scope of any
1797    Intellectual Property Rights or other rights that might be claimed to
1798    pertain to the implementation or use of the technology described in
1799    this document or the extent to which any license under such rights
1800    might or might not be available; nor does it represent that it has
1801    made any independent effort to identify any such rights.  Information
1802    on the procedures with respect to rights in RFC documents can be
1803    found in BCP 78 and BCP 79.
1805    Copies of IPR disclosures made to the IETF Secretariat and any
1806    assurances of licenses to be made available, or the result of an
1807    attempt made to obtain a general license or permission for the use of
1808    such proprietary rights by implementers or users of this
1809    specification can be obtained from the IETF on-line IPR repository at
1810    http://www.ietf.org/ipr.
1812    The IETF invites any interested party to bring to its attention any
1813    copyrights, patents or patent applications, or other proprietary
1814    rights that may cover technology that may be required to implement
1815    this standard.  Please address the information to the IETF at
1816    ietf-ipr@ietf.org.
1819 Acknowledgment
1821    Funding for the RFC Editor function is provided by the IETF
1822    Administrative Support Activity (IASA).
1828 Zhu & Hartman            Expires April 28, 2007                [Page 32]