use client-amel
[heimdal.git] / doc / standardisation / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-15.txt
blob7d5a223ebedf3a9fbce8c217777fd4fa269c7e63
1 INTERNET-DRAFT                                                Brian Tung
2 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-15.txt                   Clifford Neuman
3 Updates: RFC 1510bis                                             USC/ISI
4 expires May 25, 2002                                         Matthew Hur
5                                                                    Cisco
6                                                            Ari Medvinsky
7                                                           Keen.com, Inc.
8                                                          Sasha Medvinsky
9                                                                 Motorola
10                                                                John Wray
11                                                    Iris Associates, Inc.
12                                                         Jonathan Trostle
13                                                                    Cisco
15     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
17 0.  Status Of This Memo
19     This document is an Internet-Draft and is in full conformance with
20     all provisions of Section 10 of RFC 2026.  Internet-Drafts are
21     working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF),
22     its areas, and its working groups.  Note that other groups may also
23     distribute working documents as Internet-Drafts.
25     Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
26     months and may be updated, replaced, or obsoleted by other
27     documents at any time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts
28     as reference material or to cite them other than as "work in
29     progress."
31     The list of current Internet-Drafts can be accessed at
32     http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt
34     The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
35     http://www.ietf.org/shadow.html.
37     To learn the current status of any Internet-Draft, please check
38     the "1id-abstracts.txt" listing contained in the Internet-Drafts
39     Shadow Directories on ftp.ietf.org (US East Coast),
40     nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West Coast), or
41     munnari.oz.au (Pacific Rim).
43     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
44     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-15.txt, and expires May 25, 2002.
45     Please send comments to the authors.
47 1.  Abstract
49     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
50     specification (RFC 1510bis [1]) to provide a method for using public
51     key cryptography during initial authentication.  The methods
52     defined specify the ways in which preauthentication data fields and
53     error data fields in Kerberos messages are to be used to transport
54     public key data.
56 2.  Introduction
58     The popularity of public key cryptography has produced a desire for
59     its support in Kerberos [2].  The advantages provided by public key
60     cryptography include simplified key management (from the Kerberos
61     perspective) and the ability to leverage existing and developing
62     public key certification infrastructures.
64     Public key cryptography can be integrated into Kerberos in a number
65     of ways.  One is to associate a key pair with each realm, which can
66     then be used to facilitate cross-realm authentication; this is the
67     topic of another draft proposal.  Another way is to allow users with
68     public key certificates to use them in initial authentication.  This
69     is the concern of the current document.
71     PKINIT utilizes ephemeral-ephemeral Diffie-Hellman keys in
72     combination with DSA keys as the primary, required mechanism.  Note
73     that PKINIT supports the use of separate signature and encryption
74     keys.
76     PKINIT enables access to Kerberos-secured services based on initial
77     authentication utilizing public key cryptography.  PKINIT utilizes
78     standard public key signature and encryption data formats within the
79     standard Kerberos messages.  The basic mechanism is as follows:  The
80     user sends an AS-REQ message to the KDC as before, except that if that
81     user is to use public key cryptography in the initial authentication
82     step, his certificate and a signature accompany the initial request
83     in the preauthentication fields.  Upon receipt of this request, the
84     KDC verifies the certificate and issues a ticket granting ticket
85     (TGT) as before, except that the encPart from the AS-REP message
86     carrying the TGT is now encrypted utilizing either a Diffie-Hellman
87     derived key or the user's public key.  This message is authenticated
88     utilizing the public key signature of the KDC.
90     Note that PKINIT does not require the use of certificates.  A KDC
91     may store the public key of a principal as part of that principal's
92     record.  In this scenario, the KDC is the trusted party that vouches
93     for the principal (as in a standard, non-cross realm, Kerberos
94     environment).  Thus, for any principal, the KDC may maintain a
95     symmetric key, a public key, or both.
97     The PKINIT specification may also be used as a building block for
98     other specifications.  PKINIT may be utilized to establish
99     inter-realm keys for the purposes of issuing cross-realm service
100     tickets.  It may also be used to issue anonymous Kerberos tickets
101     using the Diffie-Hellman option.  Efforts are under way to draft
102     specifications for these two application protocols.
104     Additionally, the PKINIT specification may be used for direct peer
105     to peer authentication without contacting a central KDC. This
106     application of PKINIT is based on concepts introduced in [6, 7].
107     For direct client-to-server authentication, the client uses PKINIT
108     to authenticate to the end server (instead of a central KDC), which
109     then issues a ticket for itself.  This approach has an advantage
110     over TLS [5] in that the server does not need to save state (cache
111     session keys).  Furthermore, an additional benefit is that Kerberos
112     tickets can facilitate delegation (see [6]).
114 3.  Proposed Extensions
116     This section describes extensions to RFC 1510bis for supporting the
117     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
118     granting ticket (TGT).
120     In summary, the following change to RFC 1510bis is proposed:
122         * Users may authenticate using either a public key pair or a
123           conventional (symmetric) key.  If public key cryptography is
124           used, public key data is transported in preauthentication
125           data fields to help establish identity.  The user presents
126           a public key certificate and obtains an ordinary TGT that may
127           be used for subsequent authentication, with such
128           authentication using only conventional cryptography.
130     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
131     Section 3.2 describes the extensions for the initial authentication
132     method.
134 3.1.  Definitions
136     The extensions involve new preauthentication fields; we introduce
137     the following preauthentication types:
139         PA-PK-AS-REQ                            14
140         PA-PK-AS-REP                            15
142     The extensions also involve new error types; we introduce the
143     following types:
145         KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED              62
146         KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED                 63
147         KDC_ERR_INVALID_SIG                     64
148         KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK                    65
149         KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH            66
150         KDC_ERR_CANT_VERIFY_CERTIFICATE         70
151         KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE             71
152         KDC_ERR_REVOKED_CERTIFICATE             72
153         KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNKNOWN       73
154         KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNAVAILABLE   74
155         KDC_ERR_CLIENT_NAME_MISMATCH            75
156         KDC_ERR_KDC_NAME_MISMATCH               76
158     We utilize the following typed data for errors:
160         TD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES             101
161         TD-KRB-PRINCIPAL                       102
162         TD-KRB-REALM                           103
163         TD-TRUSTED-CERTIFIERS                  104
164         TD-CERTIFICATE-INDEX                   105
166     We utilize the following encryption types (which map directly to
167     OIDs):
169         dsaWithSHA1-CmsOID                       9
170         md5WithRSAEncryption-CmsOID             10
171         sha1WithRSAEncryption-CmsOID            11
172         rc2CBC-EnvOID                           12
173         rsaEncryption-EnvOID (PKCS#1 v1.5)      13
174         rsaES-OAEP-ENV-OID   (PKCS#1 v2.0)      14
175         des-ede3-cbc-Env-OID                    15
177     These mappings are provided so that a client may send the
178     appropriate enctypes in the AS-REQ message in order to indicate
179     support for the corresponding OIDs (for performing PKINIT).  The
180     above encryption types are utilized only within CMS structures
181     within the PKINIT preauthentication fields. Their use within
182     the Kerberos EncryptedData structure is unspecified.
184     In many cases, PKINIT requires the encoding of the X.500 name of a
185     certificate authority as a Realm.  When such a name appears as
186     a realm it will be represented using the "Other" form of the realm
187     name as specified in the naming constraints section of RFC 1510bis.
188     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
189     X500-RFC2253.  The full realm name will appear as follows:
191         <nametype> + ":" + <string>
193     where nametype is "X500-RFC2253" and string is the result of doing
194     an RFC2253 encoding of the distinguished name, i.e.
196         "X500-RFC2253:" + RFC2253Encode(DistinguishedName)
198     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC2253Encode is a
199     function returing a readable UTF encoding of an X.500 name, as
200     defined by RFC 2253 [11] (part of LDAPv3 [15]).
202     Each component of a DistinguishedName is called a
203     RelativeDistinguishedName, where a RelativeDistinguishedName is a
204     SET OF AttributeTypeAndValue.  RFC 2253 does not specify the order
205     in which to encode the elements of the RelativeDistinguishedName and
206     so to ensure that this encoding is unique, we add the following rule
207     to those specified by RFC 2253:
208      
209         When converting a multi-valued RelativeDistinguishedName
210         to a string, the output consists of the string encodings
211         of each AttributeTypeAndValue, in the same order as
212         specified by the DER encoding.    
214     Similarly, in cases where the KDC does not provide a specific
215     policy-based mapping from the X.500 name or X.509 Version 3
216     SubjectAltName extension in the user's certificate to a Kerberos
217     principal name, PKINIT requires the direct encoding of the X.500
218     name as a PrincipalName.  In this case, the name-type of the
219     principal name MUST be set to KRB_NT-X500-PRINCIPAL.  This new
220     name type is defined in RFC 1510bis as:
222         KRB_NT_X500_PRINCIPAL    6
224     For this type, the name-string MUST be set as follows:
226         RFC2253Encode(DistinguishedName)
228     as described above.  When this name type is used, the principal's
229     realm MUST be set to the certificate authority's distinguished
230     name using the X500-RFC2253 realm name format described earlier in
231     this section.
233     Note that the same string may be represented using several different
234     ASN.1 data types.  As the result, the reverse conversion from an
235     RFC2253-encoded principal name back to an X.500 name may not be
236     unique and may result in an X.500 name that is not the same as the
237     original X.500 name found in the client certificate.
239     RFC 1510bis describes an alternate encoding of an X.500 name into a
240     realm name.  However, as described in RFC 1510bis, the alternate
241     encoding does not guarantee a unique mapping from a
242     DistinguishedName inside a certificate into a realm name and
243     similarly cannot be used to produce a unique principal name.  PKINIT
244     therefore uses an RFC 2253-based name mapping approach, as specified
245     above.
247     RFC 1510bis specifies the ASN.1 structure for PrincipalName as follows:
249         PrincipalName ::=   SEQUENCE {
250                         name-type[0]     INTEGER,
251                         name-string[1]   SEQUENCE OF GeneralString
252         }
254     The following rules relate to the the matching of PrincipalNames
255     with regard to the PKI name constraints for CAs as laid out in RFC
256     2459 [12].  In order to be regarded as a match (for permitted and
257     excluded name trees), the following MUST be satisfied.
259         1.  If the constraint is given as a user plus realm name, or
260             as a client principal name plus realm name (as specified in
261             RFC 1510bis), the realm name MUST be valid (see 2.a-d below)
262             and the match MUST be exact, byte for byte.
264         2.  If the constraint is given only as a realm name, matching
265             depends on the type of the realm:
267             a.  If the realm contains a colon (':') before any equal
268                 sign ('='), it is treated as a realm of type Other,
269                 and MUST match exactly, byte for byte.
271             b.  Otherwise, if the realm name conforms to rules regarding
272                 the format of DNS names, it is considered a realm name of
273                 type Domain.  The constraint may be given as a realm
274                 name 'FOO.BAR', which matches any PrincipalName within
275                 the realm 'FOO.BAR' but not those in subrealms such as
276                 'CAR.FOO.BAR'.  A constraint of the form '.FOO.BAR'
277                 matches PrincipalNames in subrealms of the form
278                 'CAR.FOO.BAR' but not the realm 'FOO.BAR' itself.
280             c.  Otherwise, the realm name is invalid and does not match
281                 under any conditions.
283 3.1.1.  Encryption and Key Formats
285     In the exposition below, we use the terms public key and private
286     key generically.  It should be understood that the term "public
287     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
288     signature verification key, and that the term "private key" may be
289     used to refer to either a private decryption key or a signature
290     generation key.  The fact that these are logically distinct does
291     not preclude the assignment of bitwise identical keys for RSA
292     keys.
294     In the case of Diffie-Hellman, the key is produced from the agreed
295     bit string as follows:
297         * Truncate the bit string to the required length.
298         * Apply the specific cryptosystem's random-to-key function.
300     Appropriate key constraints for each valid cryptosystem are given
301     in RFC 1510bis.
303 3.1.2. Algorithm Identifiers
305     PKINIT does not define, but does permit, the algorithm identifiers
306     listed below.
308 3.1.2.1. Signature Algorithm Identifiers
310     The following signature algorithm identifiers specified in [8] and
311     in [12] are used with PKINIT:
313     id-dsa-with-sha1       (DSA with SHA1)
314     md5WithRSAEncryption   (RSA with MD5)
315     sha-1WithRSAEncryption (RSA with SHA1)
317 3.1.2.2 Diffie-Hellman Key Agreement Algorithm Identifier
319     The following algorithm identifier shall be used within the
320     SubjectPublicKeyInfo data structure: dhpublicnumber
322     This identifier and the associated algorithm parameters are
323     specified in RFC 2459 [12].
325 3.1.2.3. Algorithm Identifiers for RSA Encryption
327     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
328     structure, for encrypting the temporary key with a public key:
330         rsaEncryption (RSA encryption, PKCS#1 v1.5)
331         id-RSAES-OAEP (RSA encryption, PKCS#1 v2.0)
333     Both of the above RSA encryption schemes are specified in [13].
334     Currently, only PKCS#1 v1.5 is specified by CMS [8], although the
335     CMS specification says that it will likely include PKCS#1 v2.0 in
336     the future.  (PKCS#1 v2.0 addresses adaptive chosen ciphertext
337     vulnerability discovered in PKCS#1 v1.5.)
339 3.1.2.4. Algorithm Identifiers for Encryption with Secret Keys
341     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
342     structure in the PKINIT Reply, for encrypting the reply key with the
343     temporary key:
344         des-ede3-cbc (3-key 3-DES, CBC mode)
345         rc2-cbc      (RC2, CBC mode)
347     The full definition of the above algorithm identifiers and their
348     corresponding parameters (an IV for block chaining) is provided in
349     the CMS specification [8].
351 3.2.  Public Key Authentication
353     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
354     compliance with PKINIT.
356 3.2.1.  Client Request
358     Public keys may be signed by some certification authority (CA), or
359     they may be maintained by the KDC in which case the KDC is the
360     trusted authority.  Note that the latter mode does not require the
361     use of certificates.
363     The initial authentication request is sent as per RFC 1510bis, except
364     that a preauthentication field containing data signed by the user's
365     private key accompanies the request:
367     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
368                                 -- PA TYPE 14
369         signedAuthPack          [0] ContentInfo,
370                                     -- Defined in CMS [8];
371                                     -- SignedData OID is {pkcs7 2}
372                                     -- AuthPack (below) defines the
373                                     -- data that is signed.
374         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF TrustedCas OPTIONAL,
375                                     -- This is a list of CAs that the
376                                     -- client trusts and that certify
377                                     -- KDCs.
378         kdcCert                 [2] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
379                                     -- As defined in CMS [8];
380                                     -- specifies a particular KDC
381                                     -- certificate if the client
382                                     -- already has it.
383         encryptionCert          [3] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
384                                     -- For example, this may be the
385                                     -- client's Diffie-Hellman
386                                     -- certificate, or it may be the
387                                     -- client's RSA encryption
388                                     -- certificate.
389     }
391     TrustedCas ::= CHOICE {
392         principalName         [0] KerberosName,
393                                   -- as defined below
394         caName                [1] Name
395                                   -- fully qualified X.500 name
396                                   -- as defined by X.509
397         issuerAndSerial       [2] IssuerAndSerialNumber
398                                   -- Since a CA may have a number of
399                                   -- certificates, only one of which
400                                   -- a client trusts
401     }
403     The type of the ContentInfo in the signedAuthPack is SignedData.
404     Its usage is as follows:
406         The SignedData data type is specified in the Cryptographic
407         Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the
408         IETF.  The following describes how to fill in the fields of
409         this data:
411         1.  The encapContentInfo field MUST contain the PKAuthenticator
412             and, optionally, the client's Diffie Hellman public value.
414             a.  The eContentType field MUST contain the OID value for
415                 pkauthdata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
416                 security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkauthdata (1)
418             b.  The eContent field is data of the type AuthPack (below).
420         2.  The signerInfos field contains the signature of AuthPack.
422         3.  The Certificates field, when non-empty, contains the client's
423             certificate chain.  If present, the KDC uses the public key
424             from the client's certificate to verify the signature in the
425             request.  Note that the client may pass different certificate
426             chains that are used for signing or for encrypting.  Thus,
427             the KDC may utilize a different client certificate for
428             signature verification than the one it uses to encrypt the
429             reply to the client.  For example, the client may place a
430             Diffie-Hellman certificate in this field in order to convey
431             its static Diffie Hellman certificate to the KDC to enable
432             static-ephemeral Diffie-Hellman mode for the reply; in this
433             case, the client does NOT place its public value in the
434             AuthPack (defined below).  As another example, the client may
435             place an RSA encryption certificate in this field.  However,
436             there MUST always be (at least) a signature certificate.
438         4.  When a DH key is being used, the public exponent is provided
439             in the subjectPublicKey field of the SubjectPublicKeyInfo and
440             the DH parameters are supplied as a DHParameter in the
441             AlgorithmIdentitfier parameters.  The DH paramters SHOULD be
442             chosen from the First and Second defined Oakley Groups [The
443             Internet Key Exchange (IKE) RFC-2409], if a server will not
444             accept either of these groups, it will respond with a krb-error
445             of KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK and the e_data will contain a
446             DHParameter with appropriate parameters for the client to use.
448         5.  The KDC may wish to use cached Diffie-Hellman parameters
449             (see Section 3.2.2, KDC Response).  To indicate acceptance
450             of cached parameters, the client sends zero in the nonce
451             field of the PKAuthenticator.  Zero is not a valid value
452             for this field under any other circumstances.  If cached
453             parameters are used, the client and the KDC MUST perform
454             key derivation (for the appropriate cryptosystem) on the
455             resulting encryption key, as specified in RFC 1510bis.  (With
456             a zero nonce, message binding is performed using the nonce
457             in the main request, which must be encrypted using the
458             encapsulated reply key.)
460     AuthPack ::= SEQUENCE {
461         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
462         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
463                                     -- if client is using Diffie-Hellman
464                                     -- (ephemeral-ephemeral only)
465     }
467     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
468         cusec                   [0] INTEGER,
469                                     -- for replay prevention as in RFC 1510bis
470         ctime                   [1] KerberosTime,
471                                     -- for replay prevention as in RFC 1510bis
472         nonce                   [2] INTEGER,
473                                     -- zero only if client will accept
474                                     -- cached DH parameters from KDC;
475                                     -- must be non-zero otherwise
476         pachecksum              [3] Checksum
477                                     -- Checksum over KDC-REQ-BODY
478                                     -- Defined by Kerberos spec;
479                                     -- must be unkeyed, e.g. sha1 or rsa-md5
480     }
482     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
483         algorithm                   AlgorithmIdentifier,
484                                     -- dhKeyAgreement
485         subjectPublicKey            BIT STRING
486                                     -- for DH, equals
487                                     -- public exponent (INTEGER encoded
488                                     -- as payload of BIT STRING)
489     }   -- as specified by the X.509 recommendation [7]
491     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
492         algorithm                   OBJECT IDENTIFIER,
493                                     -- for dhKeyAgreement, this is
494                                     -- { iso (1) member-body (2) US (840)
495                                     -- rsadsi (113459) pkcs (1) 3 1 }
496                                     -- from PKCS #3 [17]
497         parameters                  ANY DEFINED by algorithm OPTIONAL
498                                     -- for dhKeyAgreement, this is
499                                     -- DHParameter
500     }   -- as specified by the X.509 recommendation [7]
502     DHParameter ::= SEQUENCE {
503         prime                       INTEGER,
504                                     -- p
505         base                        INTEGER,
506                                     -- g
507         privateValueLength          INTEGER OPTIONAL
508                                     -- l
509     }   -- as defined in PKCS #3 [17]
511     If the client passes an issuer and serial number in the request,
512     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
513     exists, then the KDC returns an error of type
514     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
515     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
516     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
517     than one certificate.  The KDC should include information in the
518     KRB-ERROR message that indicates the KDC certificate(s) that a
519     client may utilize.  This data is specified in the e-data, which
520     is defined in RFC 1510bis revisions as a SEQUENCE of TypedData:
522     TypedData ::=  SEQUENCE {
523                     data-type      [0] INTEGER,
524                     data-value     [1] OCTET STRING,
525     } -- per Kerberos RFC 1510bis
527     where:
528     data-type = TD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES = 101
529     data-value = CertificateSet // as specified by CMS [8]
531     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks, to
532     bind the pre-authentication data to the KDC-REQ-BODY, and to bind the
533     request and response.  The PKAuthenticator is signed with the client's
534     signature key.
536 3.2.2.  KDC Response
538     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
539     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
540     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
541     verifying the certification path against the KDC's policy of
542     legitimate certifiers.
544     If the client's certificate chain contains no certificate signed by
545     a CA trusted by the KDC, then the KDC sends back an error message
546     of type KDC_ERR_CANT_VERIFY_CERTIFICATE.  The accompanying e-data
547     is a SEQUENCE of one TypedData (with type TD-TRUSTED-CERTIFIERS=104)
548     whose data-value is an OCTET STRING which is the DER encoding of
550         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
551                               -- X.500 name encoded as a principal name
552                               -- see Section 3.1
554     If while verifying a certificate chain the KDC determines that the
555     signature on one of the certificates in the CertificateSet from
556     the signedAuthPack fails verification, then the KDC returns an
557     error of type KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE.  The accompanying
558     e-data is a SEQUENCE of one TypedData (with type
559     TD-CERTIFICATE-INDEX=105) whose data-value is an OCTET STRING
560     which is the DER encoding of the index into the CertificateSet
561     ordered as sent by the client.
563         CertificateIndex  ::= INTEGER
564                               -- 0 = 1st certificate,
565                               --     (in order of encoding)
566                               -- 1 = 2nd certificate, etc
568     The KDC may also check whether any of the certificates in the
569     client's chain has been revoked.  If one of the certificates has
570     been revoked, then the KDC returns an error of type
571     KDC_ERR_REVOKED_CERTIFICATE; if such a query reveals that
572     the certificate's revocation status is unknown or not
573     available, then if required by policy, the KDC returns the
574     appropriate error of type KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNKNOWN or
575     KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNAVAILABLE.  In any of these three
576     cases, the affected certificate is identified by the accompanying
577     e-data, which contains a CertificateIndex as described for
578     KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE.
580     If the certificate chain can be verified, but the name of the
581     client in the certificate does not match the client's name in the
582     request, then the KDC returns an error of type
583     KDC_ERR_CLIENT_NAME_MISMATCH.  There is no accompanying e-data
584     field in this case.
586     Even if all succeeds, the KDC may--for policy reasons--decide not
587     to trust the client.  In this case, the KDC returns an error message
588     of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  One specific case of this is
589     the presence or absence of an Enhanced Key Usage (EKU) OID within
590     the certificate extensions.  The rules regarding acceptability of
591     an EKU sequence (or the absence of any sequence) are a matter of
592     local policy.  For the benefit of implementers, we define a PKINIT
593     EKU OID as the following: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
594     security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkekuoid (2).
596     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
597     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
598     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
599     timestamp (ctime and cusec) in the PKAuthenticator to assure that
600     the request is not a replay.  The KDC also verifies that its name
601     is specified in the PKAuthenticator.
603     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
604     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
605     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
606     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
607     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
608     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK, with an e-data containing a structure of
609     type DHParameter with appropriate DH parameters for the client to
610     retry the request.  Otherwise, it generates its own public and
611     private values for the response.
613     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
614     within the allowable window and that the principal name and realm
615     are correct.  If the local (server) time and the client time in the
616     authenticator differ by more than the allowable clock skew, then the
617     KDC returns an error message of type KRB_AP_ERR_SKEW as defined in
618     RFC 1510bis.
620     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510bis, except as
621     follows.  The user's name in the ticket is determined by the
622     following decision algorithm:
624         1.  If the KDC has a mapping from the name in the certificate
625             to a Kerberos name, then use that name.
626             Else
627         2.  If the certificate contains the SubjectAltName extention
628             and the local KDC policy defines a mapping from the
629             SubjectAltName to a Kerberos name, then use that name.
630             Else
631         3.  Use the name as represented in the certificate, mapping
632             as necessary (e.g., as per RFC 2253 for X.500 names).  In
633             this case the realm in the ticket MUST be the name of the
634             certifier that issued the user's certificate.
636     Note that a principal name may be carried in the subjectAltName
637     field of a certificate. This name may be mapped to a principal
638     record in a security database based on local policy, for example
639     the subjectAltName may be kerberos/principal@realm format.  In
640     this case the realm name is not that of the CA but that of the
641     local realm doing the mapping (or some realm name chosen by that
642     realm).
644     If a non-KDC X.509 certificate contains the principal name within
645     the subjectAltName version 3 extension, that name may utilize
646     KerberosName as defined below, or, in the case of an S/MIME
647     certificate [14], may utilize the email address.  If the KDC
648     is presented with an S/MIME certificate, then the email address
649     within subjectAltName will be interpreted as a principal and realm
650     separated by the "@" sign, or as a name that needs to be mapped
651     according to local policy.  If the resulting name does not correspond
652     to a registered principal name, then the principal name is formed as
653     defined in section 3.1.
655     The trustedCertifiers field contains a list of certification
656     authorities trusted by the client, in the case that the client does
657     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
658     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
659     an error of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED.
661     KDCs should try to (in order of preference):
662     1. Use the KDC certificate identified by the serialNumber included
663        in the client's request.
664     2. Use a certificate issued to the KDC by one of the client's
665        trustedCertifier(s);
666     If the KDC is unable to comply with any of these options, then the
667     KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to the
668     client.
670     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
671     with the Diffie Hellman derived key or a random key generated
672     for this particular response which is carried in the padata field of
673     the TGS-REP message.
675     PA-PK-AS-REP ::= CHOICE {
676                             -- PA TYPE 15
677         dhSignedData       [0] ContentInfo,
678                             -- Defined in CMS [8] and used only with
679                             -- Diffie-Hellman key exchange (if the
680                             -- client public value was present in the
681                             -- request).
682                             -- SignedData OID is {pkcs7 2}
683                             -- This choice MUST be supported
684                             -- by compliant implementations.
685         encKeyPack         [1] ContentInfo
686                             -- Defined in CMS [8].
687                             -- The temporary key is encrypted
688                             -- using the client public key
689                             -- key.
690                             -- EnvelopedData OID is {pkcs7 3}
691                             -- SignedReplyKeyPack, encrypted
692                             -- with the temporary key, is also
693                             -- included.
694     }
696     The type of the ContentInfo in the dhSignedData is SignedData.
697     Its usage is as follows:
699         When the Diffie-Hellman option is used, dhSignedData in
700         PA-PK-AS-REP provides authenticated Diffie-Hellman parameters
701         of the KDC.  The reply key used to encrypt part of the KDC reply
702         message is derived from the Diffie-Hellman exchange:
704         1.  Both the KDC and the client calculate a secret value
705             (g^ab mod p), where a is the client's private exponent and
706             b is the KDC's private exponent.
708         2.  Both the KDC and the client take the first N bits of this
709             secret value and convert it into a reply key.  N depends on
710             the reply key type.
712             a.  For example, if the reply key is DES, N=64 bits, where
713                 some of the bits are replaced with parity bits, according
714                 to FIPS PUB 74.
716             b.  As another example, if the reply key is (3-key) 3-DES,
717                 N=192 bits, where some of the bits are replaced with
718                 parity bits, according to FIPS PUB 74.
720         3.  The encapContentInfo field MUST contain the KdcDHKeyInfo as
721             defined below.
723             a.  The eContentType field MUST contain the OID value for
724                 pkdhkeydata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
725                 security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkdhkeydata (2)
727             b.  The eContent field is data of the type KdcDHKeyInfo
728                 (below).
730         4.  The certificates field MUST contain the certificates
731             necessary for the client to establish trust in the KDC's
732             certificate based on the list of trusted certifiers sent by
733             the client in the PA-PK-AS-REQ.  This field may be empty if
734             the client did not send to the KDC a list of trusted
735             certifiers (the trustedCertifiers field was empty, meaning
736             that the client already possesses the KDC's certificate).
738         5.  The signerInfos field is a SET that MUST contain at least
739             one member, since it contains the actual signature.
741         6.  If the client indicated acceptance of cached Diffie-Hellman
742             parameters from the KDC, and the KDC supports such an option
743             (for performance reasons), the KDC should return a zero in
744             the nonce field and include the expiration time of the
745             parameters in the dhKeyExpiration field.  If this time is
746             exceeded, the client SHOULD NOT use the reply.  If the time
747             is absent, the client SHOULD NOT use the reply and MAY
748             resubmit a request with a non-zero nonce (thus indicating
749             non-acceptance of cached Diffie-Hellman parameters).  As
750             indicated above in Section 3.2.1, Client Request, when the
751             KDC uses cached parameters, the client and the KDC MUST
752             perform key derivation (for the appropriate cryptosystem)
753             on the resulting encryption key, as specified in RFC 1510bis.
755     KdcDHKeyInfo ::= SEQUENCE {
756                               -- used only when utilizing Diffie-Hellman
757       subjectPublicKey      [0] BIT STRING,
758                                 -- Equals public exponent (g^a mod p)
759                                 -- INTEGER encoded as payload of
760                                 -- BIT STRING
761       nonce                 [1] INTEGER,
762                                 -- Binds response to the request
763                                 -- Exception: Set to zero when KDC
764                                 -- is using a cached DH value
765       dhKeyExpiration       [2] KerberosTime OPTIONAL
766                                 -- Expiration time for KDC's cached
767                                 -- DH value
768     }
770     The type of the ContentInfo in the encKeyPack is EnvelopedData.  Its
771     usage is as follows:
773         The EnvelopedData data type is specified in the Cryptographic
774         Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the
775         IETF.  It contains a temporary key encrypted with the PKINIT
776         client's public key.  It also contains a signed and encrypted
777         reply key.
779         1.  The originatorInfo field is not required, since that
780             information may be presented in the signedData structure
781             that is encrypted within the encryptedContentInfo field.
783         2.  The optional unprotectedAttrs field is not required for
784             PKINIT.
786         3.  The recipientInfos field is a SET which MUST contain exactly
787             one member of the KeyTransRecipientInfo type for encryption
788             with a public key.
790             a.  The encryptedKey field (in KeyTransRecipientInfo)
791                 contains the temporary key which is encrypted with the
792                 PKINIT client's public key.
794         4.  The encryptedContentInfo field contains the signed and
795             encrypted reply key.
797             a.  The contentType field MUST contain the OID value for
798                 id-signedData: iso (1) member-body (2) us (840)
799                 rsadsi (113549) pkcs (1) pkcs7 (7) signedData (2)
801             b.  The encryptedContent field is encrypted data of the CMS
802                 type signedData as specified below.
804                 i.  The encapContentInfo field MUST contains the
805                     ReplyKeyPack.
807                     * The eContentType field MUST contain the OID value
808                       for pkrkeydata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
809                       security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkrkeydata (3)
811                     * The eContent field is data of the type ReplyKeyPack
812                       (below).
814                 ii.  The certificates field MUST contain the certificates
815                      necessary for the client to establish trust in the
816                      KDC's certificate based on the list of trusted
817                      certifiers sent by the client in the PA-PK-AS-REQ.
818                      This field may be empty if the client did not send
819                      to the KDC a list of trusted certifiers (the
820                      trustedCertifiers field was empty, meaning that the
821                      client already possesses the KDC's certificate).
823                 iii.  The signerInfos field is a SET that MUST contain at
824                       least one member, since it contains the actual
825                       signature.
827     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
828                               -- not used for Diffie-Hellman
829         replyKey             [0] EncryptionKey,
830                                  -- from RFC 1510bis
831                                  -- used to encrypt main reply
832                                  -- ENCTYPE is at least as strong as
833                                  -- ENCTYPE of session key
834         nonce                [1] INTEGER,
835                                  -- binds response to the request
836                                  -- must be same as the nonce
837                                  -- passed in the PKAuthenticator
838     }
841 3.2.2.1. Use of transited Field
843     Since each certifier in the certification path of a user's
844     certificate is equivalent to a separate Kerberos realm, the name
845     of each certifier in the certificate chain MUST be added to the
846     transited field of the ticket.  The format of these realm names is
847     defined in Section 3.1 of this document.  If applicable, the
848     transit-policy-checked flag should be set in the issued ticket.
851 3.2.2.2. Kerberos Names in Certificates
853     The KDC's certificate(s) MUST bind the public key(s) of the KDC to
854     a name derivable from the name of the realm for that KDC.  X.509
855     certificates MUST contain the principal name of the KDC (defined in
856     RFC 1510bis) as the SubjectAltName version 3 extension.  Below is
857     the definition of this version 3 extension, as specified by the
858     X.509 standard:
860         subjectAltName EXTENSION ::= {
861             SYNTAX GeneralNames
862             IDENTIFIED BY id-ce-subjectAltName
863         }
865         GeneralNames ::= SEQUENCE SIZE(1..MAX) OF GeneralName
867         GeneralName ::= CHOICE {
868             otherName       [0] OtherName,
869             ...
870         }
872         OtherName ::= SEQUENCE {
873             type-id         OBJECT IDENTIFIER,
874             value           [0] EXPLICIT ANY DEFINED BY type-id
875         }
877     For the purpose of specifying a Kerberos principal name, the value
878     in OtherName MUST be a KerberosName, defined as follows:
880         KerberosName ::= SEQUENCE {
881             realm           [0] Realm,
882             principalName   [1] PrincipalName
883         }
885     This specific syntax is identified within subjectAltName by setting
886     the type-id in OtherName to krb5PrincipalName, where (from the
887     Kerberos specification) we have
889         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
890                                      org (3)
891                                      dod (6)
892                                      internet (1)
893                                      security (5)
894                                      kerberosv5 (2) }
896         krb5PrincipalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
898     (This specification may also be used to specify a Kerberos name
899     within the user's certificate.)  The KDC's certificate may be signed
900     directly by a CA, or there may be intermediaries if the server resides
901     within a large organization, or it may be unsigned if the client
902     indicates possession (and trust) of the KDC's certificate.
904     Note that the KDC's principal name has the instance equal to the
905     realm, and those fields should be appropriately set in the realm
906     and principalName fields of the KerberosName.  This is the case
907     even when obtaining a cross-realm ticket using PKINIT.
910 3.2.3. Client Extraction of Reply
912     The client then extracts the random key used to encrypt the main
913     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
914     client's public key or with a key derived from the DH values
915     exchanged between the client and the KDC.  The client uses this
916     random key to decrypt the main reply, and subsequently proceeds as
917     described in RFC 1510bis.
919 3.2.4. Required Algorithms
921     Not all of the algorithms in the PKINIT protocol specification have
922     to be implemented in order to comply with the proposed standard.
923     Below is a list of the required algorithms:
925     * Diffie-Hellman public/private key pairs
926         * utilizing Diffie-Hellman ephemeral-ephemeral mode
927     * SHA1 digest and DSA for signatures
928     * SHA1 digest for the Checksum in the PKAuthenticator
929         * using Kerberos checksum type 'sha1'
930     * 3-key triple DES keys derived from the Diffie-Hellman Exchange
931     * 3-key triple DES Temporary and Reply keys
933 4.  Logistics and Policy
935     This section describes a way to define the policy on the use of
936     PKINIT for each principal and request.
938     The KDC is not required to contain a database record for users
939     who use public key authentication.  However, if these users are
940     registered with the KDC, it is recommended that the database record
941     for these users be modified to an additional flag in the attributes
942     field to indicate that the user should authenticate using PKINIT.
943     If this flag is set and a request message does not contain the
944     PKINIT preauthentication field, then the KDC sends back as error of
945     type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED indicating that a preauthentication
946     field of type PA-PK-AS-REQ must be included in the request.
948 5.  Security Considerations
950     PKINIT raises a few security considerations, which we will address
951     in this section.
953     First of all, PKINIT extends the cross-realm model to the public
954     key infrastructure.  Anyone using PKINIT must be aware of how the
955     certification infrastructure they are linking to works.
957     Also, as in standard Kerberos, PKINIT presents the possibility of
958     interactions between different cryptosystems of varying strengths,
959     and this now includes public-key cryptosystems.  Many systems, for
960     instance, allow the use of 512-bit public keys.  Using such keys
961     to wrap data encrypted under strong conventional cryptosystems,
962     such as triple-DES, may be inappropriate.
964     Care should be taken in how certificates are choosen for the purposes
965     of authentication using PKINIT. Some local policies require that key
966     escrow be applied for certain certificate types. People deploying
967     PKINIT should be aware of the implications of using certificates that
968     have escrowed keys for the purposes of authentication.
970     As described in Section 3.2, PKINIT allows for the caching of the
971     Diffie-Hellman parameters on the KDC side, for performance reasons.
972     For similar reasons, the signed data in this case does not vary from
973     message to message, until the cached parameters expire.  Because of
974     the persistence of these parameters, the client and the KDC are to
975     use the appropriate key derivation measures (as described in RFC
976     1510bis) when using cached DH parameters.
978     Lastly, PKINIT calls for randomly generated keys for conventional
979     cryptosystems.  Many such systems contain systematically "weak"
980     keys.  For recommendations regarding these weak keys, see RFC
981     1510bis.
983 6.  Transport Issues
985     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
986     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
987     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
988     light of the possibility that the Kerberos specification will
989     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
990     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
991     extensions as well.
993 7.  Bibliography
995     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
996     (V5).  Request for Comments 1510.
998     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
999     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
1000     1994.
1002     [3] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
1003     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
1004     System Security, 1997.
1006     [4] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction
1007     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
1008     Commerce, July 1995.
1010     [5] T. Dierks, C. Allen.  The TLS Protocol, Version 1.0
1011     Request for Comments 2246, January 1999.
1013     [6] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for
1014     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International
1015     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
1017     [7] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
1018     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
1019     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
1021     [8] R. Housley. Cryptographic Message Syntax.
1022     draft-ietf-smime-cms-13.txt, April 1999, approved for publication
1023     as RFC.
1025     [9] PKCS #7: Cryptographic Message Syntax Standard,
1026     An RSA Laboratories Technical Note Version 1.5
1027     Revised November 1, 1993
1029     [10] R. Rivest, MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data
1030     Security, Inc. A Description of the RC2(r) Encryption Algorithm
1031     March 1998.
1032     Request for Comments 2268.
1034     [11] M. Wahl, S. Kille, T. Howes. Lightweight Directory Access
1035     Protocol (v3): UTF-8 String Representation of Distinguished Names.
1036     Request for Comments 2253.
1038     [12] R. Housley, W. Ford, W. Polk, D. Solo. Internet X.509 Public
1039     Key Infrastructure, Certificate and CRL Profile, January 1999.
1040     Request for Comments 2459.
1042     [13] B. Kaliski, J. Staddon. PKCS #1: RSA Cryptography
1043     Specifications, October 1998.  Request for Comments 2437.
1045     [14] S. Dusse, P. Hoffman, B. Ramsdell, J. Weinstein.  S/MIME
1046     Version 2 Certificate Handling, March 1998.  Request for
1047     Comments 2312.
1049     [15] M. Wahl, T. Howes, S. Kille.  Lightweight Directory Access
1050     Protocol (v3), December 1997.  Request for Comments 2251.
1052     [16] ITU-T (formerly CCITT) Information Processing Systems - Open
1053     Systems Interconnection - Specification of Abstract Syntax Notation
1054     One (ASN.1) Rec. X.680 ISO/IEC 8824-1
1056     [17] PKCS #3: Diffie-Hellman Key-Agreement Standard, An RSA
1057     Laboratories Technical Note, Version 1.4, Revised November 1, 1993.
1059 8.  Acknowledgements
1061     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
1062     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
1063     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
1064     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
1065     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
1066     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
1067     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
1068     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
1069     in DCE have been invaluable.
1071 9.  Expiration Date
1073     This draft expires May 25, 2002.
1075 10. Authors
1077     Brian Tung
1078     Clifford Neuman
1079     USC Information Sciences Institute
1080     4676 Admiralty Way Suite 1001
1081     Marina del Rey CA 90292-6695
1082     Phone: +1 310 822 1511
1083     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
1085     Matthew Hur
1086     Cisco Systems
1087     2901 Third Avenue
1088     Seattle WA 98121
1089     Phone: (206) 256-3197
1090     E-Mail: mhur@cisco.com
1092     Ari Medvinsky
1093     Keen.com, Inc.
1094     150 Independence Drive
1095     Menlo Park CA 94025
1096     Phone: +1 650 289 3134
1097     E-mail: ari@keen.com
1099     Sasha Medvinsky
1100     Motorola
1101     6450 Sequence Drive
1102     San Diego, CA 92121
1103     +1 858 404 2367
1104     E-mail: smedvinsky@gi.com
1106     John Wray
1107     Iris Associates, Inc.
1108     5 Technology Park Dr.
1109     Westford, MA 01886
1110     E-mail: John_Wray@iris.com
1112     Jonathan Trostle
1113     Cisco Systems
1114     170 W. Tasman Dr.
1115     San Jose, CA 95134
1116     E-mail: jtrostle@cisco.com