Fix ignored headers.
[shishi.git] / doc / specifications / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-15.txt
blob5c4e5f60ec5e841bf18c6f1100c08c4732b7b731
2 INTERNET-DRAFT                                                Brian Tung
3 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-15.txt                   Clifford Neuman
4 Updates: RFC 1510bis                                             USC/ISI
5 expires May 25, 2002                                         Matthew Hur
6                                                                    Cisco
7                                                            Ari Medvinsky
8                                                           Keen.com, Inc.
9                                                          Sasha Medvinsky
10                                                                 Motorola
11                                                                John Wray
12                                                    Iris Associates, Inc.
13                                                         Jonathan Trostle
14                                                                    Cisco
16     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
18 0.  Status Of This Memo
20     This document is an Internet-Draft and is in full conformance with
21     all provisions of Section 10 of RFC 2026.  Internet-Drafts are
22     working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF),
23     its areas, and its working groups.  Note that other groups may also
24     distribute working documents as Internet-Drafts.
26     Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
27     months and may be updated, replaced, or obsoleted by other
28     documents at any time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts
29     as reference material or to cite them other than as "work in
30     progress."
32     The list of current Internet-Drafts can be accessed at
33     http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt
35     The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
36     http://www.ietf.org/shadow.html.
38     To learn the current status of any Internet-Draft, please check
39     the "1id-abstracts.txt" listing contained in the Internet-Drafts
40     Shadow Directories on ftp.ietf.org (US East Coast),
41     nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West Coast), or
42     munnari.oz.au (Pacific Rim).
44     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
45     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-15.txt, and expires May 25, 2002.
46     Please send comments to the authors.
48 1.  Abstract
50     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
51     specification (RFC 1510bis [1]) to provide a method for using public
52     key cryptography during initial authentication.  The methods
53     defined specify the ways in which preauthentication data fields and
54     error data fields in Kerberos messages are to be used to transport
55     public key data.
57 2.  Introduction
59     The popularity of public key cryptography has produced a desire for
60     its support in Kerberos [2].  The advantages provided by public key
61     cryptography include simplified key management (from the Kerberos
62     perspective) and the ability to leverage existing and developing
63     public key certification infrastructures.
65     Public key cryptography can be integrated into Kerberos in a number
66     of ways.  One is to associate a key pair with each realm, which can
67     then be used to facilitate cross-realm authentication; this is the
68     topic of another draft proposal.  Another way is to allow users with
69     public key certificates to use them in initial authentication.  This
70     is the concern of the current document.
72     PKINIT utilizes ephemeral-ephemeral Diffie-Hellman keys in
73     combination with DSA keys as the primary, required mechanism.  Note
74     that PKINIT supports the use of separate signature and encryption
75     keys.
77     PKINIT enables access to Kerberos-secured services based on initial
78     authentication utilizing public key cryptography.  PKINIT utilizes
79     standard public key signature and encryption data formats within the
80     standard Kerberos messages.  The basic mechanism is as follows:  The
81     user sends an AS-REQ message to the KDC as before, except that if that
82     user is to use public key cryptography in the initial authentication
83     step, his certificate and a signature accompany the initial request
84     in the preauthentication fields.  Upon receipt of this request, the
85     KDC verifies the certificate and issues a ticket granting ticket
86     (TGT) as before, except that the encPart from the AS-REP message
87     carrying the TGT is now encrypted utilizing either a Diffie-Hellman
88     derived key or the user's public key.  This message is authenticated
89     utilizing the public key signature of the KDC.
91     Note that PKINIT does not require the use of certificates.  A KDC
92     may store the public key of a principal as part of that principal's
93     record.  In this scenario, the KDC is the trusted party that vouches
94     for the principal (as in a standard, non-cross realm, Kerberos
95     environment).  Thus, for any principal, the KDC may maintain a
96     symmetric key, a public key, or both.
98     The PKINIT specification may also be used as a building block for
99     other specifications.  PKINIT may be utilized to establish
100     inter-realm keys for the purposes of issuing cross-realm service
101     tickets.  It may also be used to issue anonymous Kerberos tickets
102     using the Diffie-Hellman option.  Efforts are under way to draft
103     specifications for these two application protocols.
105     Additionally, the PKINIT specification may be used for direct peer
106     to peer authentication without contacting a central KDC. This
107     application of PKINIT is based on concepts introduced in [6, 7].
108     For direct client-to-server authentication, the client uses PKINIT
109     to authenticate to the end server (instead of a central KDC), which
110     then issues a ticket for itself.  This approach has an advantage
111     over TLS [5] in that the server does not need to save state (cache
112     session keys).  Furthermore, an additional benefit is that Kerberos
113     tickets can facilitate delegation (see [6]).
115 3.  Proposed Extensions
117     This section describes extensions to RFC 1510bis for supporting the
118     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
119     granting ticket (TGT).
121     In summary, the following change to RFC 1510bis is proposed:
123         * Users may authenticate using either a public key pair or a
124           conventional (symmetric) key.  If public key cryptography is
125           used, public key data is transported in preauthentication
126           data fields to help establish identity.  The user presents
127           a public key certificate and obtains an ordinary TGT that may
128           be used for subsequent authentication, with such
129           authentication using only conventional cryptography.
131     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
132     Section 3.2 describes the extensions for the initial authentication
133     method.
135 3.1.  Definitions
137     The extensions involve new preauthentication fields; we introduce
138     the following preauthentication types:
140         PA-PK-AS-REQ                            14
141         PA-PK-AS-REP                            15
143     The extensions also involve new error types; we introduce the
144     following types:
146         KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED              62
147         KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED                 63
148         KDC_ERR_INVALID_SIG                     64
149         KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK                    65
150         KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH            66
151         KDC_ERR_CANT_VERIFY_CERTIFICATE         70
152         KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE             71
153         KDC_ERR_REVOKED_CERTIFICATE             72
154         KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNKNOWN       73
155         KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNAVAILABLE   74
156         KDC_ERR_CLIENT_NAME_MISMATCH            75
157         KDC_ERR_KDC_NAME_MISMATCH               76
159     We utilize the following typed data for errors:
161         TD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES             101
162         TD-KRB-PRINCIPAL                       102
163         TD-KRB-REALM                           103
164         TD-TRUSTED-CERTIFIERS                  104
165         TD-CERTIFICATE-INDEX                   105
167     We utilize the following encryption types (which map directly to
168     OIDs):
170         dsaWithSHA1-CmsOID                       9
171         md5WithRSAEncryption-CmsOID             10
172         sha1WithRSAEncryption-CmsOID            11
173         rc2CBC-EnvOID                           12
174         rsaEncryption-EnvOID (PKCS#1 v1.5)      13
175         rsaES-OAEP-ENV-OID   (PKCS#1 v2.0)      14
176         des-ede3-cbc-Env-OID                    15
178     These mappings are provided so that a client may send the
179     appropriate enctypes in the AS-REQ message in order to indicate
180     support for the corresponding OIDs (for performing PKINIT).  The
181     above encryption types are utilized only within CMS structures
182     within the PKINIT preauthentication fields. Their use within
183     the Kerberos EncryptedData structure is unspecified.
185     In many cases, PKINIT requires the encoding of the X.500 name of a
186     certificate authority as a Realm.  When such a name appears as
187     a realm it will be represented using the "Other" form of the realm
188     name as specified in the naming constraints section of RFC 1510bis.
189     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
190     X500-RFC2253.  The full realm name will appear as follows:
192         <nametype> + ":" + <string>
194     where nametype is "X500-RFC2253" and string is the result of doing
195     an RFC2253 encoding of the distinguished name, i.e.
197         "X500-RFC2253:" + RFC2253Encode(DistinguishedName)
199     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC2253Encode is a
200     function returing a readable UTF encoding of an X.500 name, as
201     defined by RFC 2253 [11] (part of LDAPv3 [15]).
203     Each component of a DistinguishedName is called a
204     RelativeDistinguishedName, where a RelativeDistinguishedName is a
205     SET OF AttributeTypeAndValue.  RFC 2253 does not specify the order
206     in which to encode the elements of the RelativeDistinguishedName and
207     so to ensure that this encoding is unique, we add the following rule
208     to those specified by RFC 2253:
209      
210         When converting a multi-valued RelativeDistinguishedName
211         to a string, the output consists of the string encodings
212         of each AttributeTypeAndValue, in the same order as
213         specified by the DER encoding.    
215     Similarly, in cases where the KDC does not provide a specific
216     policy-based mapping from the X.500 name or X.509 Version 3
217     SubjectAltName extension in the user's certificate to a Kerberos
218     principal name, PKINIT requires the direct encoding of the X.500
219     name as a PrincipalName.  In this case, the name-type of the
220     principal name MUST be set to KRB_NT-X500-PRINCIPAL.  This new
221     name type is defined in RFC 1510bis as:
223         KRB_NT_X500_PRINCIPAL    6
225     For this type, the name-string MUST be set as follows:
227         RFC2253Encode(DistinguishedName)
229     as described above.  When this name type is used, the principal's
230     realm MUST be set to the certificate authority's distinguished
231     name using the X500-RFC2253 realm name format described earlier in
232     this section.
234     Note that the same string may be represented using several different
235     ASN.1 data types.  As the result, the reverse conversion from an
236     RFC2253-encoded principal name back to an X.500 name may not be
237     unique and may result in an X.500 name that is not the same as the
238     original X.500 name found in the client certificate.
240     RFC 1510bis describes an alternate encoding of an X.500 name into a
241     realm name.  However, as described in RFC 1510bis, the alternate
242     encoding does not guarantee a unique mapping from a
243     DistinguishedName inside a certificate into a realm name and
244     similarly cannot be used to produce a unique principal name.  PKINIT
245     therefore uses an RFC 2253-based name mapping approach, as specified
246     above.
248     RFC 1510bis specifies the ASN.1 structure for PrincipalName as follows:
250         PrincipalName ::=   SEQUENCE {
251                         name-type[0]     INTEGER,
252                         name-string[1]   SEQUENCE OF GeneralString
253         }
255     The following rules relate to the the matching of PrincipalNames
256     with regard to the PKI name constraints for CAs as laid out in RFC
257     2459 [12].  In order to be regarded as a match (for permitted and
258     excluded name trees), the following MUST be satisfied.
260         1.  If the constraint is given as a user plus realm name, or
261             as a client principal name plus realm name (as specified in
262             RFC 1510bis), the realm name MUST be valid (see 2.a-d below)
263             and the match MUST be exact, byte for byte.
265         2.  If the constraint is given only as a realm name, matching
266             depends on the type of the realm:
268             a.  If the realm contains a colon (':') before any equal
269                 sign ('='), it is treated as a realm of type Other,
270                 and MUST match exactly, byte for byte.
272             b.  Otherwise, if the realm name conforms to rules regarding
273                 the format of DNS names, it is considered a realm name of
274                 type Domain.  The constraint may be given as a realm
275                 name 'FOO.BAR', which matches any PrincipalName within
276                 the realm 'FOO.BAR' but not those in subrealms such as
277                 'CAR.FOO.BAR'.  A constraint of the form '.FOO.BAR'
278                 matches PrincipalNames in subrealms of the form
279                 'CAR.FOO.BAR' but not the realm 'FOO.BAR' itself.
281             c.  Otherwise, the realm name is invalid and does not match
282                 under any conditions.
284 3.1.1.  Encryption and Key Formats
286     In the exposition below, we use the terms public key and private
287     key generically.  It should be understood that the term "public
288     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
289     signature verification key, and that the term "private key" may be
290     used to refer to either a private decryption key or a signature
291     generation key.  The fact that these are logically distinct does
292     not preclude the assignment of bitwise identical keys for RSA
293     keys.
295     In the case of Diffie-Hellman, the key is produced from the agreed
296     bit string as follows:
298         * Truncate the bit string to the required length.
299         * Apply the specific cryptosystem's random-to-key function.
301     Appropriate key constraints for each valid cryptosystem are given
302     in RFC 1510bis.
304 3.1.2. Algorithm Identifiers
306     PKINIT does not define, but does permit, the algorithm identifiers
307     listed below.
309 3.1.2.1. Signature Algorithm Identifiers
311     The following signature algorithm identifiers specified in [8] and
312     in [12] are used with PKINIT:
314     id-dsa-with-sha1       (DSA with SHA1)
315     md5WithRSAEncryption   (RSA with MD5)
316     sha-1WithRSAEncryption (RSA with SHA1)
318 3.1.2.2 Diffie-Hellman Key Agreement Algorithm Identifier
320     The following algorithm identifier shall be used within the
321     SubjectPublicKeyInfo data structure: dhpublicnumber
323     This identifier and the associated algorithm parameters are
324     specified in RFC 2459 [12].
326 3.1.2.3. Algorithm Identifiers for RSA Encryption
328     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
329     structure, for encrypting the temporary key with a public key:
331         rsaEncryption (RSA encryption, PKCS#1 v1.5)
332         id-RSAES-OAEP (RSA encryption, PKCS#1 v2.0)
334     Both of the above RSA encryption schemes are specified in [13].
335     Currently, only PKCS#1 v1.5 is specified by CMS [8], although the
336     CMS specification says that it will likely include PKCS#1 v2.0 in
337     the future.  (PKCS#1 v2.0 addresses adaptive chosen ciphertext
338     vulnerability discovered in PKCS#1 v1.5.)
340 3.1.2.4. Algorithm Identifiers for Encryption with Secret Keys
342     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
343     structure in the PKINIT Reply, for encrypting the reply key with the
344     temporary key:
345         des-ede3-cbc (3-key 3-DES, CBC mode)
346         rc2-cbc      (RC2, CBC mode)
348     The full definition of the above algorithm identifiers and their
349     corresponding parameters (an IV for block chaining) is provided in
350     the CMS specification [8].
352 3.2.  Public Key Authentication
354     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
355     compliance with PKINIT.
357 3.2.1.  Client Request
359     Public keys may be signed by some certification authority (CA), or
360     they may be maintained by the KDC in which case the KDC is the
361     trusted authority.  Note that the latter mode does not require the
362     use of certificates.
364     The initial authentication request is sent as per RFC 1510bis, except
365     that a preauthentication field containing data signed by the user's
366     private key accompanies the request:
368     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
369                                 -- PA TYPE 14
370         signedAuthPack          [0] ContentInfo,
371                                     -- Defined in CMS [8];
372                                     -- SignedData OID is {pkcs7 2}
373                                     -- AuthPack (below) defines the
374                                     -- data that is signed.
375         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF TrustedCas OPTIONAL,
376                                     -- This is a list of CAs that the
377                                     -- client trusts and that certify
378                                     -- KDCs.
379         kdcCert                 [2] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
380                                     -- As defined in CMS [8];
381                                     -- specifies a particular KDC
382                                     -- certificate if the client
383                                     -- already has it.
384         encryptionCert          [3] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
385                                     -- For example, this may be the
386                                     -- client's Diffie-Hellman
387                                     -- certificate, or it may be the
388                                     -- client's RSA encryption
389                                     -- certificate.
390     }
392     TrustedCas ::= CHOICE {
393         principalName         [0] KerberosName,
394                                   -- as defined below
395         caName                [1] Name
396                                   -- fully qualified X.500 name
397                                   -- as defined by X.509
398         issuerAndSerial       [2] IssuerAndSerialNumber
399                                   -- Since a CA may have a number of
400                                   -- certificates, only one of which
401                                   -- a client trusts
402     }
404     The type of the ContentInfo in the signedAuthPack is SignedData.
405     Its usage is as follows:
407         The SignedData data type is specified in the Cryptographic
408         Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the
409         IETF.  The following describes how to fill in the fields of
410         this data:
412         1.  The encapContentInfo field MUST contain the PKAuthenticator
413             and, optionally, the client's Diffie Hellman public value.
415             a.  The eContentType field MUST contain the OID value for
416                 pkauthdata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
417                 security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkauthdata (1)
419             b.  The eContent field is data of the type AuthPack (below).
421         2.  The signerInfos field contains the signature of AuthPack.
423         3.  The Certificates field, when non-empty, contains the client's
424             certificate chain.  If present, the KDC uses the public key
425             from the client's certificate to verify the signature in the
426             request.  Note that the client may pass different certificate
427             chains that are used for signing or for encrypting.  Thus,
428             the KDC may utilize a different client certificate for
429             signature verification than the one it uses to encrypt the
430             reply to the client.  For example, the client may place a
431             Diffie-Hellman certificate in this field in order to convey
432             its static Diffie Hellman certificate to the KDC to enable
433             static-ephemeral Diffie-Hellman mode for the reply; in this
434             case, the client does NOT place its public value in the
435             AuthPack (defined below).  As another example, the client may
436             place an RSA encryption certificate in this field.  However,
437             there MUST always be (at least) a signature certificate.
439         4.  When a DH key is being used, the public exponent is provided
440             in the subjectPublicKey field of the SubjectPublicKeyInfo and
441             the DH parameters are supplied as a DHParameter in the
442             AlgorithmIdentitfier parameters.  The DH paramters SHOULD be
443             chosen from the First and Second defined Oakley Groups [The
444             Internet Key Exchange (IKE) RFC-2409], if a server will not
445             accept either of these groups, it will respond with a krb-error
446             of KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK and the e_data will contain a
447             DHParameter with appropriate parameters for the client to use.
449         5.  The KDC may wish to use cached Diffie-Hellman parameters
450             (see Section 3.2.2, KDC Response).  To indicate acceptance
451             of cached parameters, the client sends zero in the nonce
452             field of the PKAuthenticator.  Zero is not a valid value
453             for this field under any other circumstances.  If cached
454             parameters are used, the client and the KDC MUST perform
455             key derivation (for the appropriate cryptosystem) on the
456             resulting encryption key, as specified in RFC 1510bis.  (With
457             a zero nonce, message binding is performed using the nonce
458             in the main request, which must be encrypted using the
459             encapsulated reply key.)
461     AuthPack ::= SEQUENCE {
462         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
463         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
464                                     -- if client is using Diffie-Hellman
465                                     -- (ephemeral-ephemeral only)
466     }
468     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
469         cusec                   [0] INTEGER,
470                                     -- for replay prevention as in RFC 1510bis
471         ctime                   [1] KerberosTime,
472                                     -- for replay prevention as in RFC 1510bis
473         nonce                   [2] INTEGER,
474                                     -- zero only if client will accept
475                                     -- cached DH parameters from KDC;
476                                     -- must be non-zero otherwise
477         pachecksum              [3] Checksum
478                                     -- Checksum over KDC-REQ-BODY
479                                     -- Defined by Kerberos spec;
480                                     -- must be unkeyed, e.g. sha1 or rsa-md5
481     }
483     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
484         algorithm                   AlgorithmIdentifier,
485                                     -- dhKeyAgreement
486         subjectPublicKey            BIT STRING
487                                     -- for DH, equals
488                                     -- public exponent (INTEGER encoded
489                                     -- as payload of BIT STRING)
490     }   -- as specified by the X.509 recommendation [7]
492     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
493         algorithm                   OBJECT IDENTIFIER,
494                                     -- for dhKeyAgreement, this is
495                                     -- { iso (1) member-body (2) US (840)
496                                     -- rsadsi (113459) pkcs (1) 3 1 }
497                                     -- from PKCS #3 [17]
498         parameters                  ANY DEFINED by algorithm OPTIONAL
499                                     -- for dhKeyAgreement, this is
500                                     -- DHParameter
501     }   -- as specified by the X.509 recommendation [7]
503     DHParameter ::= SEQUENCE {
504         prime                       INTEGER,
505                                     -- p
506         base                        INTEGER,
507                                     -- g
508         privateValueLength          INTEGER OPTIONAL
509                                     -- l
510     }   -- as defined in PKCS #3 [17]
512     If the client passes an issuer and serial number in the request,
513     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
514     exists, then the KDC returns an error of type
515     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
516     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
517     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
518     than one certificate.  The KDC should include information in the
519     KRB-ERROR message that indicates the KDC certificate(s) that a
520     client may utilize.  This data is specified in the e-data, which
521     is defined in RFC 1510bis revisions as a SEQUENCE of TypedData:
523     TypedData ::=  SEQUENCE {
524                     data-type      [0] INTEGER,
525                     data-value     [1] OCTET STRING,
526     } -- per Kerberos RFC 1510bis
528     where:
529     data-type = TD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES = 101
530     data-value = CertificateSet // as specified by CMS [8]
532     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks, to
533     bind the pre-authentication data to the KDC-REQ-BODY, and to bind the
534     request and response.  The PKAuthenticator is signed with the client's
535     signature key.
537 3.2.2.  KDC Response
539     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
540     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
541     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
542     verifying the certification path against the KDC's policy of
543     legitimate certifiers.
545     If the client's certificate chain contains no certificate signed by
546     a CA trusted by the KDC, then the KDC sends back an error message
547     of type KDC_ERR_CANT_VERIFY_CERTIFICATE.  The accompanying e-data
548     is a SEQUENCE of one TypedData (with type TD-TRUSTED-CERTIFIERS=104)
549     whose data-value is an OCTET STRING which is the DER encoding of
551         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
552                               -- X.500 name encoded as a principal name
553                               -- see Section 3.1
555     If while verifying a certificate chain the KDC determines that the
556     signature on one of the certificates in the CertificateSet from
557     the signedAuthPack fails verification, then the KDC returns an
558     error of type KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE.  The accompanying
559     e-data is a SEQUENCE of one TypedData (with type
560     TD-CERTIFICATE-INDEX=105) whose data-value is an OCTET STRING
561     which is the DER encoding of the index into the CertificateSet
562     ordered as sent by the client.
564         CertificateIndex  ::= INTEGER
565                               -- 0 = 1st certificate,
566                               --     (in order of encoding)
567                               -- 1 = 2nd certificate, etc
569     The KDC may also check whether any of the certificates in the
570     client's chain has been revoked.  If one of the certificates has
571     been revoked, then the KDC returns an error of type
572     KDC_ERR_REVOKED_CERTIFICATE; if such a query reveals that
573     the certificate's revocation status is unknown or not
574     available, then if required by policy, the KDC returns the
575     appropriate error of type KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNKNOWN or
576     KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNAVAILABLE.  In any of these three
577     cases, the affected certificate is identified by the accompanying
578     e-data, which contains a CertificateIndex as described for
579     KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE.
581     If the certificate chain can be verified, but the name of the
582     client in the certificate does not match the client's name in the
583     request, then the KDC returns an error of type
584     KDC_ERR_CLIENT_NAME_MISMATCH.  There is no accompanying e-data
585     field in this case.
587     Even if all succeeds, the KDC may--for policy reasons--decide not
588     to trust the client.  In this case, the KDC returns an error message
589     of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  One specific case of this is
590     the presence or absence of an Enhanced Key Usage (EKU) OID within
591     the certificate extensions.  The rules regarding acceptability of
592     an EKU sequence (or the absence of any sequence) are a matter of
593     local policy.  For the benefit of implementers, we define a PKINIT
594     EKU OID as the following: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
595     security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkekuoid (2).
597     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
598     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
599     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
600     timestamp (ctime and cusec) in the PKAuthenticator to assure that
601     the request is not a replay.  The KDC also verifies that its name
602     is specified in the PKAuthenticator.
604     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
605     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
606     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
607     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
608     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
609     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK, with an e-data containing a structure of
610     type DHParameter with appropriate DH parameters for the client to
611     retry the request.  Otherwise, it generates its own public and
612     private values for the response.
614     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
615     within the allowable window and that the principal name and realm
616     are correct.  If the local (server) time and the client time in the
617     authenticator differ by more than the allowable clock skew, then the
618     KDC returns an error message of type KRB_AP_ERR_SKEW as defined in
619     RFC 1510bis.
621     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510bis, except as
622     follows.  The user's name in the ticket is determined by the
623     following decision algorithm:
625         1.  If the KDC has a mapping from the name in the certificate
626             to a Kerberos name, then use that name.
627             Else
628         2.  If the certificate contains the SubjectAltName extention
629             and the local KDC policy defines a mapping from the
630             SubjectAltName to a Kerberos name, then use that name.
631             Else
632         3.  Use the name as represented in the certificate, mapping
633             as necessary (e.g., as per RFC 2253 for X.500 names).  In
634             this case the realm in the ticket MUST be the name of the
635             certifier that issued the user's certificate.
637     Note that a principal name may be carried in the subjectAltName
638     field of a certificate. This name may be mapped to a principal
639     record in a security database based on local policy, for example
640     the subjectAltName may be kerberos/principal@realm format.  In
641     this case the realm name is not that of the CA but that of the
642     local realm doing the mapping (or some realm name chosen by that
643     realm).
645     If a non-KDC X.509 certificate contains the principal name within
646     the subjectAltName version 3 extension, that name may utilize
647     KerberosName as defined below, or, in the case of an S/MIME
648     certificate [14], may utilize the email address.  If the KDC
649     is presented with an S/MIME certificate, then the email address
650     within subjectAltName will be interpreted as a principal and realm
651     separated by the "@" sign, or as a name that needs to be mapped
652     according to local policy.  If the resulting name does not correspond
653     to a registered principal name, then the principal name is formed as
654     defined in section 3.1.
656     The trustedCertifiers field contains a list of certification
657     authorities trusted by the client, in the case that the client does
658     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
659     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
660     an error of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED.
662     KDCs should try to (in order of preference):
663     1. Use the KDC certificate identified by the serialNumber included
664        in the client's request.
665     2. Use a certificate issued to the KDC by one of the client's
666        trustedCertifier(s);
667     If the KDC is unable to comply with any of these options, then the
668     KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to the
669     client.
671     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
672     with the Diffie Hellman derived key or a random key generated
673     for this particular response which is carried in the padata field of
674     the TGS-REP message.
676     PA-PK-AS-REP ::= CHOICE {
677                             -- PA TYPE 15
678         dhSignedData       [0] ContentInfo,
679                             -- Defined in CMS [8] and used only with
680                             -- Diffie-Hellman key exchange (if the
681                             -- client public value was present in the
682                             -- request).
683                             -- SignedData OID is {pkcs7 2}
684                             -- This choice MUST be supported
685                             -- by compliant implementations.
686         encKeyPack         [1] ContentInfo
687                             -- Defined in CMS [8].
688                             -- The temporary key is encrypted
689                             -- using the client public key
690                             -- key.
691                             -- EnvelopedData OID is {pkcs7 3}
692                             -- SignedReplyKeyPack, encrypted
693                             -- with the temporary key, is also
694                             -- included.
695     }
697     The type of the ContentInfo in the dhSignedData is SignedData.
698     Its usage is as follows:
700         When the Diffie-Hellman option is used, dhSignedData in
701         PA-PK-AS-REP provides authenticated Diffie-Hellman parameters
702         of the KDC.  The reply key used to encrypt part of the KDC reply
703         message is derived from the Diffie-Hellman exchange:
705         1.  Both the KDC and the client calculate a secret value
706             (g^ab mod p), where a is the client's private exponent and
707             b is the KDC's private exponent.
709         2.  Both the KDC and the client take the first N bits of this
710             secret value and convert it into a reply key.  N depends on
711             the reply key type.
713             a.  For example, if the reply key is DES, N=64 bits, where
714                 some of the bits are replaced with parity bits, according
715                 to FIPS PUB 74.
717             b.  As another example, if the reply key is (3-key) 3-DES,
718                 N=192 bits, where some of the bits are replaced with
719                 parity bits, according to FIPS PUB 74.
721         3.  The encapContentInfo field MUST contain the KdcDHKeyInfo as
722             defined below.
724             a.  The eContentType field MUST contain the OID value for
725                 pkdhkeydata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
726                 security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkdhkeydata (2)
728             b.  The eContent field is data of the type KdcDHKeyInfo
729                 (below).
731         4.  The certificates field MUST contain the certificates
732             necessary for the client to establish trust in the KDC's
733             certificate based on the list of trusted certifiers sent by
734             the client in the PA-PK-AS-REQ.  This field may be empty if
735             the client did not send to the KDC a list of trusted
736             certifiers (the trustedCertifiers field was empty, meaning
737             that the client already possesses the KDC's certificate).
739         5.  The signerInfos field is a SET that MUST contain at least
740             one member, since it contains the actual signature.
742         6.  If the client indicated acceptance of cached Diffie-Hellman
743             parameters from the KDC, and the KDC supports such an option
744             (for performance reasons), the KDC should return a zero in
745             the nonce field and include the expiration time of the
746             parameters in the dhKeyExpiration field.  If this time is
747             exceeded, the client SHOULD NOT use the reply.  If the time
748             is absent, the client SHOULD NOT use the reply and MAY
749             resubmit a request with a non-zero nonce (thus indicating
750             non-acceptance of cached Diffie-Hellman parameters).  As
751             indicated above in Section 3.2.1, Client Request, when the
752             KDC uses cached parameters, the client and the KDC MUST
753             perform key derivation (for the appropriate cryptosystem)
754             on the resulting encryption key, as specified in RFC 1510bis.
756     KdcDHKeyInfo ::= SEQUENCE {
757                               -- used only when utilizing Diffie-Hellman
758       subjectPublicKey      [0] BIT STRING,
759                                 -- Equals public exponent (g^a mod p)
760                                 -- INTEGER encoded as payload of
761                                 -- BIT STRING
762       nonce                 [1] INTEGER,
763                                 -- Binds response to the request
764                                 -- Exception: Set to zero when KDC
765                                 -- is using a cached DH value
766       dhKeyExpiration       [2] KerberosTime OPTIONAL
767                                 -- Expiration time for KDC's cached
768                                 -- DH value
769     }
771     The type of the ContentInfo in the encKeyPack is EnvelopedData.  Its
772     usage is as follows:
774         The EnvelopedData data type is specified in the Cryptographic
775         Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the
776         IETF.  It contains a temporary key encrypted with the PKINIT
777         client's public key.  It also contains a signed and encrypted
778         reply key.
780         1.  The originatorInfo field is not required, since that
781             information may be presented in the signedData structure
782             that is encrypted within the encryptedContentInfo field.
784         2.  The optional unprotectedAttrs field is not required for
785             PKINIT.
787         3.  The recipientInfos field is a SET which MUST contain exactly
788             one member of the KeyTransRecipientInfo type for encryption
789             with a public key.
791             a.  The encryptedKey field (in KeyTransRecipientInfo)
792                 contains the temporary key which is encrypted with the
793                 PKINIT client's public key.
795         4.  The encryptedContentInfo field contains the signed and
796             encrypted reply key.
798             a.  The contentType field MUST contain the OID value for
799                 id-signedData: iso (1) member-body (2) us (840)
800                 rsadsi (113549) pkcs (1) pkcs7 (7) signedData (2)
802             b.  The encryptedContent field is encrypted data of the CMS
803                 type signedData as specified below.
805                 i.  The encapContentInfo field MUST contains the
806                     ReplyKeyPack.
808                     * The eContentType field MUST contain the OID value
809                       for pkrkeydata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
810                       security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkrkeydata (3)
812                     * The eContent field is data of the type ReplyKeyPack
813                       (below).
815                 ii.  The certificates field MUST contain the certificates
816                      necessary for the client to establish trust in the
817                      KDC's certificate based on the list of trusted
818                      certifiers sent by the client in the PA-PK-AS-REQ.
819                      This field may be empty if the client did not send
820                      to the KDC a list of trusted certifiers (the
821                      trustedCertifiers field was empty, meaning that the
822                      client already possesses the KDC's certificate).
824                 iii.  The signerInfos field is a SET that MUST contain at
825                       least one member, since it contains the actual
826                       signature.
828     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
829                               -- not used for Diffie-Hellman
830         replyKey             [0] EncryptionKey,
831                                  -- from RFC 1510bis
832                                  -- used to encrypt main reply
833                                  -- ENCTYPE is at least as strong as
834                                  -- ENCTYPE of session key
835         nonce                [1] INTEGER,
836                                  -- binds response to the request
837                                  -- must be same as the nonce
838                                  -- passed in the PKAuthenticator
839     }
842 3.2.2.1. Use of transited Field
844     Since each certifier in the certification path of a user's
845     certificate is equivalent to a separate Kerberos realm, the name
846     of each certifier in the certificate chain MUST be added to the
847     transited field of the ticket.  The format of these realm names is
848     defined in Section 3.1 of this document.  If applicable, the
849     transit-policy-checked flag should be set in the issued ticket.
852 3.2.2.2. Kerberos Names in Certificates
854     The KDC's certificate(s) MUST bind the public key(s) of the KDC to
855     a name derivable from the name of the realm for that KDC.  X.509
856     certificates MUST contain the principal name of the KDC (defined in
857     RFC 1510bis) as the SubjectAltName version 3 extension.  Below is
858     the definition of this version 3 extension, as specified by the
859     X.509 standard:
861         subjectAltName EXTENSION ::= {
862             SYNTAX GeneralNames
863             IDENTIFIED BY id-ce-subjectAltName
864         }
866         GeneralNames ::= SEQUENCE SIZE(1..MAX) OF GeneralName
868         GeneralName ::= CHOICE {
869             otherName       [0] OtherName,
870             ...
871         }
873         OtherName ::= SEQUENCE {
874             type-id         OBJECT IDENTIFIER,
875             value           [0] EXPLICIT ANY DEFINED BY type-id
876         }
878     For the purpose of specifying a Kerberos principal name, the value
879     in OtherName MUST be a KerberosName, defined as follows:
881         KerberosName ::= SEQUENCE {
882             realm           [0] Realm,
883             principalName   [1] PrincipalName
884         }
886     This specific syntax is identified within subjectAltName by setting
887     the type-id in OtherName to krb5PrincipalName, where (from the
888     Kerberos specification) we have
890         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
891                                      org (3)
892                                      dod (6)
893                                      internet (1)
894                                      security (5)
895                                      kerberosv5 (2) }
897         krb5PrincipalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
899     (This specification may also be used to specify a Kerberos name
900     within the user's certificate.)  The KDC's certificate may be signed
901     directly by a CA, or there may be intermediaries if the server resides
902     within a large organization, or it may be unsigned if the client
903     indicates possession (and trust) of the KDC's certificate.
905     Note that the KDC's principal name has the instance equal to the
906     realm, and those fields should be appropriately set in the realm
907     and principalName fields of the KerberosName.  This is the case
908     even when obtaining a cross-realm ticket using PKINIT.
911 3.2.3. Client Extraction of Reply
913     The client then extracts the random key used to encrypt the main
914     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
915     client's public key or with a key derived from the DH values
916     exchanged between the client and the KDC.  The client uses this
917     random key to decrypt the main reply, and subsequently proceeds as
918     described in RFC 1510bis.
920 3.2.4. Required Algorithms
922     Not all of the algorithms in the PKINIT protocol specification have
923     to be implemented in order to comply with the proposed standard.
924     Below is a list of the required algorithms:
926     * Diffie-Hellman public/private key pairs
927         * utilizing Diffie-Hellman ephemeral-ephemeral mode
928     * SHA1 digest and DSA for signatures
929     * SHA1 digest for the Checksum in the PKAuthenticator
930         * using Kerberos checksum type 'sha1'
931     * 3-key triple DES keys derived from the Diffie-Hellman Exchange
932     * 3-key triple DES Temporary and Reply keys
934 4.  Logistics and Policy
936     This section describes a way to define the policy on the use of
937     PKINIT for each principal and request.
939     The KDC is not required to contain a database record for users
940     who use public key authentication.  However, if these users are
941     registered with the KDC, it is recommended that the database record
942     for these users be modified to an additional flag in the attributes
943     field to indicate that the user should authenticate using PKINIT.
944     If this flag is set and a request message does not contain the
945     PKINIT preauthentication field, then the KDC sends back as error of
946     type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED indicating that a preauthentication
947     field of type PA-PK-AS-REQ must be included in the request.
949 5.  Security Considerations
951     PKINIT raises a few security considerations, which we will address
952     in this section.
954     First of all, PKINIT extends the cross-realm model to the public
955     key infrastructure.  Anyone using PKINIT must be aware of how the
956     certification infrastructure they are linking to works.
958     Also, as in standard Kerberos, PKINIT presents the possibility of
959     interactions between different cryptosystems of varying strengths,
960     and this now includes public-key cryptosystems.  Many systems, for
961     instance, allow the use of 512-bit public keys.  Using such keys
962     to wrap data encrypted under strong conventional cryptosystems,
963     such as triple-DES, may be inappropriate.
965     Care should be taken in how certificates are choosen for the purposes
966     of authentication using PKINIT. Some local policies require that key
967     escrow be applied for certain certificate types. People deploying
968     PKINIT should be aware of the implications of using certificates that
969     have escrowed keys for the purposes of authentication.
971     As described in Section 3.2, PKINIT allows for the caching of the
972     Diffie-Hellman parameters on the KDC side, for performance reasons.
973     For similar reasons, the signed data in this case does not vary from
974     message to message, until the cached parameters expire.  Because of
975     the persistence of these parameters, the client and the KDC are to
976     use the appropriate key derivation measures (as described in RFC
977     1510bis) when using cached DH parameters.
979     Lastly, PKINIT calls for randomly generated keys for conventional
980     cryptosystems.  Many such systems contain systematically "weak"
981     keys.  For recommendations regarding these weak keys, see RFC
982     1510bis.
984 6.  Transport Issues
986     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
987     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
988     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
989     light of the possibility that the Kerberos specification will
990     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
991     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
992     extensions as well.
994 7.  Bibliography
996     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
997     (V5).  Request for Comments 1510.
999     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
1000     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
1001     1994.
1003     [3] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
1004     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
1005     System Security, 1997.
1007     [4] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction
1008     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
1009     Commerce, July 1995.
1011     [5] T. Dierks, C. Allen.  The TLS Protocol, Version 1.0
1012     Request for Comments 2246, January 1999.
1014     [6] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for
1015     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International
1016     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
1018     [7] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
1019     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
1020     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
1022     [8] R. Housley. Cryptographic Message Syntax.
1023     draft-ietf-smime-cms-13.txt, April 1999, approved for publication
1024     as RFC.
1026     [9] PKCS #7: Cryptographic Message Syntax Standard,
1027     An RSA Laboratories Technical Note Version 1.5
1028     Revised November 1, 1993
1030     [10] R. Rivest, MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data
1031     Security, Inc. A Description of the RC2(r) Encryption Algorithm
1032     March 1998.
1033     Request for Comments 2268.
1035     [11] M. Wahl, S. Kille, T. Howes. Lightweight Directory Access
1036     Protocol (v3): UTF-8 String Representation of Distinguished Names.
1037     Request for Comments 2253.
1039     [12] R. Housley, W. Ford, W. Polk, D. Solo. Internet X.509 Public
1040     Key Infrastructure, Certificate and CRL Profile, January 1999.
1041     Request for Comments 2459.
1043     [13] B. Kaliski, J. Staddon. PKCS #1: RSA Cryptography
1044     Specifications, October 1998.  Request for Comments 2437.
1046     [14] S. Dusse, P. Hoffman, B. Ramsdell, J. Weinstein.  S/MIME
1047     Version 2 Certificate Handling, March 1998.  Request for
1048     Comments 2312.
1050     [15] M. Wahl, T. Howes, S. Kille.  Lightweight Directory Access
1051     Protocol (v3), December 1997.  Request for Comments 2251.
1053     [16] ITU-T (formerly CCITT) Information Processing Systems - Open
1054     Systems Interconnection - Specification of Abstract Syntax Notation
1055     One (ASN.1) Rec. X.680 ISO/IEC 8824-1
1057     [17] PKCS #3: Diffie-Hellman Key-Agreement Standard, An RSA
1058     Laboratories Technical Note, Version 1.4, Revised November 1, 1993.
1060 8.  Acknowledgements
1062     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
1063     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
1064     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
1065     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
1066     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
1067     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
1068     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
1069     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
1070     in DCE have been invaluable.
1072 9.  Expiration Date
1074     This draft expires May 25, 2002.
1076 10. Authors
1078     Brian Tung
1079     Clifford Neuman
1080     USC Information Sciences Institute
1081     4676 Admiralty Way Suite 1001
1082     Marina del Rey CA 90292-6695
1083     Phone: +1 310 822 1511
1084     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
1086     Matthew Hur
1087     Cisco Systems
1088     2901 Third Avenue
1089     Seattle WA 98121
1090     Phone: (206) 256-3197
1091     E-Mail: mhur@cisco.com
1093     Ari Medvinsky
1094     Keen.com, Inc.
1095     150 Independence Drive
1096     Menlo Park CA 94025
1097     Phone: +1 650 289 3134
1098     E-mail: ari@keen.com
1100     Sasha Medvinsky
1101     Motorola
1102     6450 Sequence Drive
1103     San Diego, CA 92121
1104     +1 858 404 2367
1105     E-mail: smedvinsky@gi.com
1107     John Wray
1108     Iris Associates, Inc.
1109     5 Technology Park Dr.
1110     Westford, MA 01886
1111     E-mail: John_Wray@iris.com
1113     Jonathan Trostle
1114     Cisco Systems
1115     170 W. Tasman Dr.
1116     San Jose, CA 95134
1117     E-mail: jtrostle@cisco.com