Initial import from FreeBSD RELENG_4:
[dragonfly.git] / crypto / heimdal / doc / standardisation / draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-11.txt
1 INTERNET-DRAFT                                                Brian Tung
2 draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-11.txt                   Clifford Neuman
3 Updates: RFC 1510                                                USC/ISI
4 expires September 15, 2000                                   Matthew Hur
5                                                    CyberSafe Corporation
6                                                            Ari Medvinsky
7                                                           Keen.com, Inc.
8                                                          Sasha Medvinsky
9                                                                 Motorola
10                                                                John Wray
11                                                    Iris Associates, Inc.
12                                                         Jonathan Trostle
13                                                                    Cisco
14
15     Public Key Cryptography for Initial Authentication in Kerberos
16
17 0.  Status Of This Memo
18
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.
24
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."
30
31     The list of current Internet-Drafts can be accessed at
32     http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt
33
34     The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
35     http://www.ietf.org/shadow.html.
36
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).
42
43     The distribution of this memo is unlimited.  It is filed as
44     draft-ietf-cat-kerberos-pk-init-11.txt, and expires September 15,
45     2000.  Please send comments to the authors.
46
47 1.  Abstract
48
49     This document defines extensions (PKINIT) to the Kerberos protocol
50     specification (RFC 1510 [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.
55
56 2.  Introduction
57
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.
63
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.
70
71     PKINIT utilizes ephemeral-ephemeral Diffie-Hellman keys in
72     combination with digital signature keys as the primary, required
73     mechanism.  It also allows for the use of RSA keys and/or (static)
74     Diffie-Hellman certificates.  Note in particular that PKINIT supports
75     the use of separate signature and encryption keys.
76
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.
90
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     secret key, a public key, or both.
97
98     The PKINIT specification may also be used as a building block for
99     other specifications.  PKCROSS [3] utilizes PKINIT for establishing
100     the inter-realm key and associated inter-realm policy to be applied
101     in issuing cross realm service tickets.  As specified in [4],
102     anonymous Kerberos tickets can be issued by applying a NULL
103     signature in combination with Diffie-Hellman in the PKINIT exchange.
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 described in PKTAPP [5] and is based on
107     concepts introduced in [6, 7]. For direct client-to-server
108     authentication, the client uses PKINIT to authenticate to the end
109     server (instead of a central KDC), which then issues a ticket for
110     itself.  This approach has an advantage over TLS [8] in that the
111     server does not need to save state (cache session keys).
112     Furthermore, an additional benefit is that Kerberos tickets can
113     facilitate delegation (see [9]).
114
115 3.  Proposed Extensions
116
117     This section describes extensions to RFC 1510 for supporting the
118     use of public key cryptography in the initial request for a ticket
119     granting ticket (TGT).
120
121     In summary, the following change to RFC 1510 is proposed:
122
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.
130
131     Section 3.1 provides definitions to help specify message formats.
132     Section 3.2 describes the extensions for the initial authentication
133     method.
134
135 3.1.  Definitions
136
137     The extensions involve new preauthentication fields; we introduce
138     the following preauthentication types:
139
140         PA-PK-AS-REQ                            14
141         PA-PK-AS-REP                            15
142
143     The extensions also involve new error types; we introduce the
144     following types:
145
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
158
159     We utilize the following typed data for errors:
160
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
166
167     We utilize the following encryption types (which map directly to
168     OIDs):
169
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
177
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).
181
182     In many cases, PKINIT requires the encoding of the X.500 name of a
183     certificate authority as a Realm.  When such a name appears as
184     a realm it will be represented using the "other" form of the realm
185     name as specified in the naming constraints section of RFC1510.
186     For a realm derived from an X.500 name, NAMETYPE will have the value
187     X500-RFC2253.  The full realm name will appear as follows:
188
189         <nametype> + ":" + <string>
190
191     where nametype is "X500-RFC2253" and string is the result of doing
192     an RFC2253 encoding of the distinguished name, i.e.
193
194         "X500-RFC2253:" + RFC2253Encode(DistinguishedName)
195
196     where DistinguishedName is an X.500 name, and RFC2253Encode is a
197     function returing a readable UTF encoding of an X.500 name, as
198     defined by RFC 2253 [14] (part of LDAPv3 [18]).
199
200     To ensure that this encoding is unique, we add the following rule
201     to those specified by RFC 2253:
202
203         The order in which the attributes appear in the RFC 2253
204         encoding must be the reverse of the order in the ASN.1
205         encoding of the X.500 name that appears in the public key
206         certificate. The order of the relative distinguished names
207         (RDNs), as well as the order of the AttributeTypeAndValues
208         within each RDN, will be reversed. (This is despite the fact
209         that an RDN is defined as a SET of AttributeTypeAndValues, where
210         an order is normally not important.)
211
212     Similarly, in cases where the KDC does not provide a specific
213     policy based mapping from the X.500 name or X.509 Version 3
214     SubjectAltName extension in the user's certificate to a Kerberos
215     principal name, PKINIT requires the direct encoding of the X.500
216     name as a PrincipalName.  In this case, the name-type of the
217     principal name shall be set to KRB_NT-X500-PRINCIPAL.  This new
218     name type is defined in RFC 1510 as:
219
220         KRB_NT_X500_PRINCIPAL    6
221
222     The name-string shall be set as follows:
223
224         RFC2253Encode(DistinguishedName)
225
226     as described above.  When this name type is used, the principal's
227     realm shall be set to the certificate authority's distinguished
228     name using the X500-RFC2253 realm name format described earlier in
229     this section
230
231     RFC 1510 specifies the ASN.1 structure for PrincipalName as follows:
232
233         PrincipalName ::=   SEQUENCE {
234                         name-type[0]     INTEGER,
235                         name-string[1]   SEQUENCE OF GeneralString
236         }
237
238     For the purposes of encoding an X.500 name as a Kerberos name for
239     use in Kerberos structures, the name-string shall be encoded as a
240     single GeneralString.  The name-type should be KRB_NT_X500_PRINCIPAL,
241     as noted above.  All Kerberos names must conform to validity
242     requirements as given in RFC 1510.  Note that name mapping may be
243     required or optional, based on policy.
244
245     We also define the following similar ASN.1 structure:
246
247         CertPrincipalName ::= SEQUENCE {
248                         name-type[0]     INTEGER,
249                         name-string[1]   SEQUENCE OF UTF8String
250         }
251
252     When a Kerberos PrincipalName is to be placed within an X.509 data
253     structure, the CertPrincipalName structure is to be used, with the
254     name-string encoded as a single UTF8String.  The name-type should be
255     as identified in the original PrincipalName structure.  The mapping
256     between the GeneralString and UTF8String formats can be found in
257     [19].
258
259     The following rules relate to the the matching of PrincipalNames (or
260     corresponding CertPrincipalNames) with regard to the PKI name
261     constraints for CAs as laid out in RFC 2459 [15].  In order to be
262     regarded as a match (for permitted and excluded name trees), the
263     following must be satisfied.
264
265         1.  If the constraint is given as a user plus realm name, or
266             as a user plus instance plus realm name (as specified in
267             RFC 1510), the realm name must be valid (see 2.a-d below)
268             and the match must be exact, byte for byte.
269
270         2.  If the constraint is given only as a realm name, matching
271             depends on the type of the realm:
272
273             a.  If the realm contains a colon (':') before any equal
274                 sign ('='), it is treated as a realm of type Other,
275                 and must match exactly, byte for byte.
276
277             b.  Otherwise, if the realm contains an equal sign, it
278                 is treated as an X.500 name.  In order to match, every
279                 component in the constraint MUST be in the principal
280                 name, and have the same value.  For example, 'C=US'
281                 matches 'C=US/O=ISI' but not 'C=UK'.
282
283             c.  Otherwise, if the realm name conforms to rules regarding
284                 the format of DNS names, it is considered a realm name of
285                 type Domain.  The constraint may be given as a realm
286                 name 'FOO.BAR', which matches any PrincipalName within
287                 the realm 'FOO.BAR' but not those in subrealms such as
288                 'CAR.FOO.BAR'.  A constraint of the form '.FOO.BAR'
289                 matches PrincipalNames in subrealms of the form
290                 'CAR.FOO.BAR' but not the realm 'FOO.BAR' itself.
291
292             d.  Otherwise, the realm name is invalid and does not match
293                 under any conditions.
294
295 3.1.1.  Encryption and Key Formats
296
297     In the exposition below, we use the terms public key and private
298     key generically.  It should be understood that the term "public
299     key" may be used to refer to either a public encryption key or a
300     signature verification key, and that the term "private key" may be
301     used to refer to either a private decryption key or a signature
302     generation key.  The fact that these are logically distinct does
303     not preclude the assignment of bitwise identical keys for RSA
304     keys.
305
306     In the case of Diffie-Hellman, the key shall be produced from the
307     agreed bit string as follows:
308
309         * Truncate the bit string to the appropriate length.
310         * Rectify parity in each byte (if necessary) to obtain the key.
311
312     For instance, in the case of a DES key, we take the first eight
313     bytes of the bit stream, and then adjust the least significant bit
314     of each byte to ensure that each byte has odd parity.
315
316 3.1.2. Algorithm Identifiers
317
318     PKINIT does not define, but does permit, the algorithm identifiers
319     listed below.
320
321 3.1.2.1. Signature Algorithm Identifiers
322
323     The following signature algorithm identifiers specified in [11] and
324     in [15] shall be used with PKINIT:
325
326     id-dsa-with-sha1       (DSA with SHA1)
327     md5WithRSAEncryption   (RSA with MD5)
328     sha-1WithRSAEncryption (RSA with SHA1)
329
330 3.1.2.2 Diffie-Hellman Key Agreement Algorithm Identifier
331
332     The following algorithm identifier shall be used within the
333     SubjectPublicKeyInfo data structure: dhpublicnumber
334
335     This identifier and the associated algorithm parameters are
336     specified in RFC 2459 [15].
337
338 3.1.2.3. Algorithm Identifiers for RSA Encryption
339
340     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
341     structure, for encrypting the temporary key with a public key:
342
343         rsaEncryption (RSA encryption, PKCS#1 v1.5)
344         id-RSAES-OAEP (RSA encryption, PKCS#1 v2.0)
345
346     Both of the above RSA encryption schemes are specified in [16].
347     Currently, only PKCS#1 v1.5 is specified by CMS [11], although the
348     CMS specification says that it will likely include PKCS#1 v2.0 in
349     the future.  (PKCS#1 v2.0 addresses adaptive chosen ciphertext
350     vulnerability discovered in PKCS#1 v1.5.)
351
352 3.1.2.4. Algorithm Identifiers for Encryption with Secret Keys
353
354     These algorithm identifiers are used inside the EnvelopedData data
355     structure in the PKINIT Reply, for encrypting the reply key with the
356     temporary key:
357         des-ede3-cbc (3-key 3-DES, CBC mode)
358         rc2-cbc      (RC2, CBC mode)
359
360     The full definition of the above algorithm identifiers and their
361     corresponding parameters (an IV for block chaining) is provided in
362     the CMS specification [11].
363
364 3.2.  Public Key Authentication
365
366     Implementation of the changes in this section is REQUIRED for
367     compliance with PKINIT.
368
369 3.2.1.  Client Request
370
371     Public keys may be signed by some certification authority (CA), or
372     they may be maintained by the KDC in which case the KDC is the
373     trusted authority.  Note that the latter mode does not require the
374     use of certificates.
375
376     The initial authentication request is sent as per RFC 1510, except
377     that a preauthentication field containing data signed by the user's
378     private key accompanies the request:
379
380     PA-PK-AS-REQ ::= SEQUENCE {
381                                 -- PA TYPE 14
382         signedAuthPack          [0] SignedData
383                                     -- Defined in CMS [11];
384                                     -- AuthPack (below) defines the
385                                     -- data that is signed.
386         trustedCertifiers       [1] SEQUENCE OF TrustedCas OPTIONAL,
387                                     -- This is a list of CAs that the
388                                     -- client trusts and that certify
389                                     -- KDCs.
390         kdcCert                 [2] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
391                                     -- As defined in CMS [11];
392                                     -- specifies a particular KDC
393                                     -- certificate if the client
394                                     -- already has it.
395         encryptionCert          [3] IssuerAndSerialNumber OPTIONAL
396                                     -- For example, this may be the
397                                     -- client's Diffie-Hellman
398                                     -- certificate, or it may be the
399                                     -- client's RSA encryption
400                                     -- certificate.
401     }
402
403     TrustedCas ::= CHOICE {
404         principalName         [0] KerberosName,
405                                   -- as defined below
406         caName                [1] Name
407                                   -- fully qualified X.500 name
408                                   -- as defined by X.509
409         issuerAndSerial       [2] IssuerAndSerialNumber
410                                   -- Since a CA may have a number of
411                                   -- certificates, only one of which
412                                   -- a client trusts
413     }
414
415     Usage of SignedData:
416
417         The SignedData data type is specified in the Cryptographic
418         Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the
419         IETF.  The following describes how to fill in the fields of
420         this data:
421
422         1.  The encapContentInfo field must contain the PKAuthenticator
423             and, optionally, the client's Diffie Hellman public value.
424
425             a.  The eContentType field shall contain the OID value for
426                 pkdata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1) security (5)
427                 kerberosv5 (2) pkinit (3) pkdata (1)
428
429             b.  The eContent field is data of the type AuthPack (below).
430
431         2.  The signerInfos field contains the signature of AuthPack.
432
433         3.  The Certificates field, when non-empty, contains the client's
434             certificate chain.  If present, the KDC uses the public key
435             from the client's certificate to verify the signature in the
436             request.  Note that the client may pass different certificate
437             chains that are used for signing or for encrypting.  Thus,
438             the KDC may utilize a different client certificate for
439             signature verification than the one it uses to encrypt the
440             reply to the client.  For example, the client may place a
441             Diffie-Hellman certificate in this field in order to convey
442             its static Diffie Hellman certificate to the KDC to enable
443             static-ephemeral Diffie-Hellman mode for the reply; in this
444             case, the client does NOT place its public value in the
445             AuthPack (defined below).  As another example, the client may
446             place an RSA encryption certificate in this field.  However,
447             there must always be (at least) a signature certificate.
448
449     AuthPack ::= SEQUENCE {
450         pkAuthenticator         [0] PKAuthenticator,
451         clientPublicValue       [1] SubjectPublicKeyInfo OPTIONAL
452                                     -- if client is using Diffie-Hellman
453                                     -- (ephemeral-ephemeral only)
454     }
455
456     PKAuthenticator ::= SEQUENCE {
457         kdcName                 [0] PrincipalName,
458         kdcRealm                [1] Realm,
459         cusec                   [2] INTEGER,
460                                     -- for replay prevention as in RFC1510
461         ctime                   [3] KerberosTime,
462                                     -- for replay prevention as in RFC1510
463         nonce                   [4] INTEGER
464     }
465
466     SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
467         algorithm                   AlgorithmIdentifier,
468                                     -- dhKeyAgreement
469         subjectPublicKey            BIT STRING
470                                     -- for DH, equals
471                                     -- public exponent (INTEGER encoded
472                                     -- as payload of BIT STRING)
473     }   -- as specified by the X.509 recommendation [10]
474
475     AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
476         algorithm                   ALGORITHM.&id,
477         parameters                  ALGORITHM.&type
478     }   -- as specified by the X.509 recommendation [10]
479
480     If the client passes an issuer and serial number in the request,
481     the KDC is requested to use the referred-to certificate.  If none
482     exists, then the KDC returns an error of type
483     KDC_ERR_CERTIFICATE_MISMATCH.  It also returns this error if, on the
484     other hand, the client does not pass any trustedCertifiers,
485     believing that it has the KDC's certificate, but the KDC has more
486     than one certificate.  The KDC should include information in the
487     KRB-ERROR message that indicates the KDC certificate(s) that a
488     client may utilize.  This data is specified in the e-data, which
489     is defined in RFC 1510 revisions as a SEQUENCE of TypedData:
490
491     TypedData ::=  SEQUENCE {
492                     data-type      [0] INTEGER,
493                     data-value     [1] OCTET STRING,
494     } -- per Kerberos RFC 1510 revisions
495
496     where:
497     data-type = TD-PKINIT-CMS-CERTIFICATES = 101
498     data-value = CertificateSet // as specified by CMS [11]
499
500     The PKAuthenticator carries information to foil replay attacks, and
501     to bind the request and response.  The PKAuthenticator is signed
502     with the client's signature key.
503
504 3.2.2.  KDC Response
505
506     Upon receipt of the AS_REQ with PA-PK-AS-REQ pre-authentication
507     type, the KDC attempts to verify the user's certificate chain
508     (userCert), if one is provided in the request.  This is done by
509     verifying the certification path against the KDC's policy of
510     legitimate certifiers.  This may be based on a certification
511     hierarchy, or it may be simply a list of recognized certifiers in a
512     system like PGP.
513
514     If the client's certificate chain contains no certificate signed by
515     a CA trusted by the KDC, then the KDC sends back an error message
516     of type KDC_ERR_CANT_VERIFY_CERTIFICATE.  The accompanying e-data
517     is a SEQUENCE of one TypedData (with type TD-TRUSTED-CERTIFIERS=104)
518     whose data-value is an OCTET STRING which is the DER encoding of
519
520         TrustedCertifiers ::= SEQUENCE OF PrincipalName
521                               -- X.500 name encoded as a principal name
522                               -- see Section 3.1
523
524     If while verifying a certificate chain the KDC determines that the
525     signature on one of the certificates in the CertificateSet from
526     the signedAuthPack fails verification, then the KDC returns an
527     error of type KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE.  The accompanying
528     e-data is a SEQUENCE of one TypedData (with type
529     TD-CERTIFICATE-INDEX=105) whose data-value is an OCTET STRING
530     which is the DER encoding of the index into the CertificateSet
531     ordered as sent by the client.
532
533         CertificateIndex  ::= INTEGER
534                               -- 0 = 1st certificate,
535                               --     (in order of encoding)
536                               -- 1 = 2nd certificate, etc
537
538     The KDC may also check whether any of the certificates in the
539     client's chain has been revoked.  If one of the certificates has
540     been revoked, then the KDC returns an error of type
541     KDC_ERR_REVOKED_CERTIFICATE; if such a query reveals that
542     the certificate's revocation status is unknown or not
543     available, then if required by policy, the KDC returns the
544     appropriate error of type KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNKNOWN or
545     KDC_ERR_REVOCATION_STATUS_UNAVAILABLE.  In any of these three
546     cases, the affected certificate is identified by the accompanying
547     e-data, which contains a CertificateIndex as described for
548     KDC_ERR_INVALID_CERTIFICATE.
549
550     If the certificate chain can be verified, but the name of the
551     client in the certificate does not match the client's name in the
552     request, then the KDC returns an error of type
553     KDC_ERR_CLIENT_NAME_MISMATCH.  There is no accompanying e-data
554     field in this case.
555
556     Finally, if the certificate chain is verified, but the KDC's name
557     or realm as given in the PKAuthenticator does not match the KDC's
558     actual principal name, then the KDC returns an error of type
559     KDC_ERR_KDC_NAME_MISMATCH.  The accompanying e-data field is again
560     a SEQUENCE of one TypedData (with type TD-KRB-PRINCIPAL=102 or
561     TD-KRB-REALM=103 as appropriate) whose data-value is an OCTET
562     STRING whose data-value is the DER encoding of a PrincipalName or
563     Realm as defined in RFC 1510 revisions.
564
565     Even if all succeeds, the KDC may--for policy reasons--decide not
566     to trust the client.  In this case, the KDC returns an error message
567     of type KDC_ERR_CLIENT_NOT_TRUSTED.  One specific case of this is
568     the presence or absence of an Enhanced Key Usage (EKU) OID within
569     the certificate extensions.  The rules regarding acceptability of
570     an EKU sequence (or the absence of any sequence) are a matter of
571     local policy.  For the benefit of implementers, we define a PKINIT
572     EKU OID as the following: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
573     security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkekuoid (2).
574
575     If a trust relationship exists, the KDC then verifies the client's
576     signature on AuthPack.  If that fails, the KDC returns an error
577     message of type KDC_ERR_INVALID_SIG.  Otherwise, the KDC uses the
578     timestamp (ctime and cusec) in the PKAuthenticator to assure that
579     the request is not a replay.  The KDC also verifies that its name
580     is specified in the PKAuthenticator.
581
582     If the clientPublicValue field is filled in, indicating that the
583     client wishes to use Diffie-Hellman key agreement, then the KDC
584     checks to see that the parameters satisfy its policy.  If they do
585     not (e.g., the prime size is insufficient for the expected
586     encryption type), then the KDC sends back an error message of type
587     KDC_ERR_KEY_TOO_WEAK.  Otherwise, it generates its own public and
588     private values for the response.
589
590     The KDC also checks that the timestamp in the PKAuthenticator is
591     within the allowable window and that the principal name and realm
592     are correct.  If the local (server) time and the client time in the
593     authenticator differ by more than the allowable clock skew, then the
594     KDC returns an error message of type KRB_AP_ERR_SKEW as defined in 1510.
595
596     Assuming no errors, the KDC replies as per RFC 1510, except as
597     follows.  The user's name in the ticket is determined by the
598     following decision algorithm:
599
600         1.  If the KDC has a mapping from the name in the certificate
601             to a Kerberos name, then use that name.
602             Else
603         2.  If the certificate contains the SubjectAltName extention
604             and the local KDC policy defines a mapping from the
605             SubjectAltName to a Kerberos name, then use that name.
606             Else
607         3.  Use the name as represented in the certificate, mapping
608             mapping as necessary (e.g., as per RFC 2253 for X.500
609             names).  In this case the realm in the ticket shall be the
610             name of the certifier that issued the user's certificate.
611
612     Note that a principal name may be carried in the subject alt name
613     field of a certificate. This name may be mapped to a principal
614     record in a security database based on local policy, for example
615     the subject alt name may be kerberos/principal@realm format.  In
616     this case the realm name is not that of the CA but that of the
617     local realm doing the mapping (or some realm name chosen by that
618     realm).
619
620     If a non-KDC X.509 certificate contains the principal name within
621     the subjectAltName version 3 extension , that name may utilize
622     KerberosName as defined below, or, in the case of an S/MIME
623     certificate [17], may utilize the email address.  If the KDC
624     is presented with an S/MIME certificate, then the email address
625     within subjectAltName will be interpreted as a principal and realm
626     separated by the "@" sign, or as a name that needs to be
627     canonicalized.  If the resulting name does not correspond to a
628     registered principal name, then the principal name is formed as
629     defined in section 3.1.
630
631     The trustedCertifiers field contains a list of certification
632     authorities trusted by the client, in the case that the client does
633     not possess the KDC's public key certificate.  If the KDC has no
634     certificate signed by any of the trustedCertifiers, then it returns
635     an error of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED.
636
637     KDCs should try to (in order of preference):
638     1. Use the KDC certificate identified by the serialNumber included
639        in the client's request.
640     2. Use a certificate issued to the KDC by the client's CA (if in the
641        middle of a CA key roll-over, use the KDC cert issued under same
642        CA key as user cert used to verify request).
643     3. Use a certificate issued to the KDC by one of the client's
644        trustedCertifier(s);
645     If the KDC is unable to comply with any of these options, then the
646     KDC returns an error message of type KDC_ERR_KDC_NOT_TRUSTED to the
647     client.
648
649     The KDC encrypts the reply not with the user's long-term key, but
650     with the Diffie Hellman derived key or a random key generated
651     for this particular response which is carried in the padata field of
652     the TGS-REP message.
653
654     PA-PK-AS-REP ::= CHOICE {
655                             -- PA TYPE 15
656         dhSignedData       [0] SignedData,
657                             -- Defined in CMS and used only with
658                             -- Diffie-Hellman key exchange (if the
659                             -- client public value was present in the
660                             -- request).
661                             -- This choice MUST be supported
662                             -- by compliant implementations.
663         encKeyPack         [1] EnvelopedData,
664                             -- Defined in CMS
665                             -- The temporary key is encrypted
666                             -- using the client public key
667                             -- key
668                             -- SignedReplyKeyPack, encrypted
669                             -- with the temporary key, is also
670                             -- included.
671     }
672
673     Usage of SignedData:
674
675         When the Diffie-Hellman option is used, dhSignedData in
676         PA-PK-AS-REP provides authenticated Diffie-Hellman parameters
677         of the KDC.  The reply key used to encrypt part of the KDC reply
678         message is derived from the Diffie-Hellman exchange:
679
680         1.  Both the KDC and the client calculate a secret value
681             (g^ab mod p), where a is the client's private exponent and
682             b is the KDC's private exponent.
683
684         2.  Both the KDC and the client take the first N bits of this
685             secret value and convert it into a reply key.  N depends on
686             the reply key type.
687
688         3.  If the reply key is DES, N=64 bits, where some of the bits
689             are replaced with parity bits, according to FIPS PUB 74.
690
691         4.  If the reply key is (3-key) 3-DES, N=192 bits, where some
692             of the bits are replaced with parity bits, according to
693             FIPS PUB 74.
694
695         5.  The encapContentInfo field must contain the KdcDHKeyInfo as
696             defined below.
697
698             a.  The eContentType field shall contain the OID value for
699                 pkdata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1) security (5)
700                 kerberosv5 (2) pkinit (3) pkdata (1)
701
702             b.  The eContent field is data of the type KdcDHKeyInfo
703                 (below).
704
705         6.  The certificates field must contain the certificates
706             necessary for the client to establish trust in the KDC's
707             certificate based on the list of trusted certifiers sent by
708             the client in the PA-PK-AS-REQ.  This field may be empty if
709             the client did not send to the KDC a list of trusted
710             certifiers (the trustedCertifiers field was empty, meaning
711             that the client already possesses the KDC's certificate).
712
713         7.  The signerInfos field is a SET that must contain at least
714             one member, since it contains the actual signature.
715
716     KdcDHKeyInfo ::= SEQUENCE {
717                               -- used only when utilizing Diffie-Hellman
718       nonce                 [0] INTEGER,
719                                 -- binds responce to the request
720       subjectPublicKey      [2] BIT STRING
721                                 -- Equals public exponent (g^a mod p)
722                                 -- INTEGER encoded as payload of
723                                 -- BIT STRING
724     }
725
726     Usage of EnvelopedData:
727
728         The EnvelopedData data type is specified in the Cryptographic
729         Message Syntax, a product of the S/MIME working group of the
730         IETF.  It contains a temporary key encrypted with the PKINIT
731         client's public key.  It also contains a signed and encrypted
732         reply key.
733
734         1.  The originatorInfo field is not required, since that
735             information may be presented in the signedData structure
736             that is encrypted within the encryptedContentInfo field.
737
738         2.  The optional unprotectedAttrs field is not required for
739             PKINIT.
740
741         3.  The recipientInfos field is a SET which must contain exactly
742             one member of the KeyTransRecipientInfo type for encryption
743             with an RSA public key.
744
745             a.  The encryptedKey field (in KeyTransRecipientInfo)
746                 contains the temporary key which is encrypted with the
747                 PKINIT client's public key.
748
749         4.  The encryptedContentInfo field contains the signed and
750             encrypted reply key.
751
752             a.  The contentType field shall contain the OID value for
753                 id-signedData: iso (1) member-body (2) us (840)
754                 rsadsi (113549) pkcs (1) pkcs7 (7) signedData (2)
755
756             b.  The encryptedContent field is encrypted data of the CMS
757                 type signedData as specified below.
758
759                 i.  The encapContentInfo field must contains the
760                     ReplyKeyPack.
761
762                     * The eContentType field shall contain the OID value
763                       for pkdata: iso (1) org (3) dod (6) internet (1)
764                       security (5) kerberosv5 (2) pkinit (3) pkdata (1)
765
766                     * The eContent field is data of the type ReplyKeyPack
767                       (below).
768
769                 ii.  The certificates field must contain the certificates
770                      necessary for the client to establish trust in the
771                      KDC's certificate based on the list of trusted
772                      certifiers sent by the client in the PA-PK-AS-REQ.
773                      This field may be empty if the client did not send
774                      to the KDC a list of trusted certifiers (the
775                      trustedCertifiers field was empty, meaning that the
776                      client already possesses the KDC's certificate).
777
778                 iii.  The signerInfos field is a SET that must contain at
779                       least one member, since it contains the actual
780                       signature.
781
782     ReplyKeyPack ::= SEQUENCE {
783                               -- not used for Diffie-Hellman
784         replyKey             [0] EncryptionKey,
785                                  -- used to encrypt main reply
786                                  -- ENCTYPE is at least as strong as
787                                  -- ENCTYPE of session key
788         nonce                [1] INTEGER,
789                                  -- binds response to the request
790                                  -- must be same as the nonce
791                                  -- passed in the PKAuthenticator
792     }
793
794     Since each certifier in the certification path of a user's
795     certificate is equivalent to a separate Kerberos realm, the name
796     of each certifier in the certificate chain must be added to the
797     transited field of the ticket.  The format of these realm names is
798     defined in Section 3.1 of this document.  If applicable, the
799     transit-policy-checked flag should be set in the issued ticket.
800
801     The KDC's certificate(s) must bind the public key(s) of the KDC to
802     a name derivable from the name of the realm for that KDC.  X.509
803     certificates shall contain the principal name of the KDC
804     (defined in section 8.2 of RFC 1510) as the SubjectAltName version
805     3 extension. Below is the definition of this version 3 extension,
806     as specified by the X.509 standard:
807
808         subjectAltName EXTENSION ::= {
809             SYNTAX GeneralNames
810             IDENTIFIED BY id-ce-subjectAltName
811         }
812
813         GeneralNames ::= SEQUENCE SIZE(1..MAX) OF GeneralName
814
815         GeneralName ::= CHOICE {
816             otherName       [0] OtherName,
817             ...
818         }
819
820         OtherName ::= SEQUENCE {
821             type-id         OBJECT IDENTIFIER,
822             value           [0] EXPLICIT ANY DEFINED BY type-id
823         }
824
825     For the purpose of specifying a Kerberos principal name, the value
826     in OtherName shall be a KerberosName as defined in RFC 1510, but with
827     the PrincipalName replaced by CertPrincipalName as mentioned in
828     Section 3.1:
829
830         KerberosName ::= SEQUENCE {
831             realm           [0] Realm,
832             principalName   [1] CertPrincipalName  -- defined above
833         }
834
835     This specific syntax is identified within subjectAltName by setting
836     the type-id in OtherName to krb5PrincipalName, where (from the
837     Kerberos specification) we have
838
839         krb5 OBJECT IDENTIFIER ::= { iso (1)
840                                      org (3)
841                                      dod (6)
842                                      internet (1)
843                                      security (5)
844                                      kerberosv5 (2) }
845
846         krb5PrincipalName OBJECT IDENTIFIER ::= { krb5 2 }
847
848     (This specification may also be used to specify a Kerberos name
849     within the user's certificate.)  The KDC's certificate may be signed
850     directly by a CA, or there may be intermediaries if the server resides
851     within a large organization, or it may be unsigned if the client
852     indicates possession (and trust) of the KDC's certificate.
853
854     The client then extracts the random key used to encrypt the main
855     reply.  This random key (in encPaReply) is encrypted with either the
856     client's public key or with a key derived from the DH values
857     exchanged between the client and the KDC.  The client uses this
858     random key to decrypt the main reply, and subsequently proceeds as
859     described in RFC 1510.
860
861 3.2.3. Required Algorithms
862
863     Not all of the algorithms in the PKINIT protocol specification have
864     to be implemented in order to comply with the proposed standard.
865     Below is a list of the required algorithms:
866
867     * Diffie-Hellman public/private key pairs
868         * utilizing Diffie-Hellman ephemeral-ephemeral mode
869     * SHA1 digest and DSA for signatures
870     * 3-key triple DES keys derived from the Diffie-Hellman Exchange
871     * 3-key triple DES Temporary and Reply keys
872
873 4.  Logistics and Policy
874
875     This section describes a way to define the policy on the use of
876     PKINIT for each principal and request.
877
878     The KDC is not required to contain a database record for users
879     who use public key authentication.  However, if these users are
880     registered with the KDC, it is recommended that the database record
881     for these users be modified to an additional flag in the attributes
882     field to indicate that the user should authenticate using PKINIT.
883     If this flag is set and a request message does not contain the
884     PKINIT preauthentication field, then the KDC sends back as error of
885     type KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED indicating that a preauthentication
886     field of type PA-PK-AS-REQ must be included in the request.
887
888 5.  Security Considerations
889
890     PKINIT raises a few security considerations, which we will address
891     in this section.
892
893     First of all, PKINIT introduces a new trust model, where KDCs do not
894     (necessarily) certify the identity of those for whom they issue
895     tickets.  PKINIT does allow KDCs to act as their own CAs, in the
896     limited capacity of self-signing their certificates, but one of the
897     additional benefits is to align Kerberos authentication with a global
898     public key infrastructure.  Anyone using PKINIT in this way must be
899     aware of how the certification infrastructure they are linking to
900     works.
901
902     Secondly, PKINIT also introduces the possibility of interactions
903     between different cryptosystems, which may be of widely varying
904     strengths.  Many systems, for instance, allow the use of 512-bit
905     public keys.  Using such keys to wrap data encrypted under strong
906     conventional cryptosystems, such as triple-DES, is inappropriate;
907     it adds a weak link to a strong one at extra cost.  Implementors
908     and administrators should take care to avoid such wasteful and
909     deceptive interactions.
910
911     Lastly, PKINIT calls for randomly generated keys for conventional
912     cryptosystems.  Many such systems contain systematically "weak"
913     keys.  PKINIT implementations MUST avoid use of these keys, either
914     by discarding those keys when they are generated, or by fixing them
915     in some way (e.g., by XORing them with a given mask).  These
916     precautions vary from system to system; it is not our intention to
917     give an explicit recipe for them here.
918
919 6.  Transport Issues
920
921     Certificate chains can potentially grow quite large and span several
922     UDP packets; this in turn increases the probability that a Kerberos
923     message involving PKINIT extensions will be broken in transit.  In
924     light of the possibility that the Kerberos specification will
925     require KDCs to accept requests using TCP as a transport mechanism,
926     we make the same recommendation with respect to the PKINIT
927     extensions as well.
928
929 7.  Bibliography
930
931     [1] J. Kohl, C. Neuman.  The Kerberos Network Authentication Service
932     (V5).  Request for Comments 1510.
933
934     [2] B.C. Neuman, Theodore Ts'o. Kerberos: An Authentication Service
935     for Computer Networks, IEEE Communications, 32(9):33-38.  September
936     1994.
937
938     [3] B. Tung, T. Ryutov, C. Neuman, G. Tsudik, B. Sommerfeld,
939     A. Medvinsky, M. Hur.  Public Key Cryptography for Cross-Realm
940     Authentication in Kerberos.  draft-ietf-cat-kerberos-pk-cross-04.txt
941
942     [4] A. Medvinsky, J. Cargille, M. Hur.  Anonymous Credentials in
943     Kerberos.  draft-ietf-cat-kerberos-anoncred-00.txt
944
945     [5] Ari Medvinsky, M. Hur, Alexander Medvinsky, B. Clifford Neuman.
946     Public Key Utilizing Tickets for Application Servers (PKTAPP).
947     draft-ietf-cat-pktapp-02.txt
948
949     [6] M. Sirbu, J. Chuang.  Distributed Authentication in Kerberos
950     Using Public Key Cryptography.  Symposium On Network and Distributed
951     System Security, 1997.
952
953     [7] B. Cox, J.D. Tygar, M. Sirbu.  NetBill Security and Transaction
954     Protocol.  In Proceedings of the USENIX Workshop on Electronic
955     Commerce, July 1995.
956
957     [8] T. Dierks, C. Allen.  The TLS Protocol, Version 1.0
958     Request for Comments 2246, January 1999.
959
960     [9] B.C. Neuman, Proxy-Based Authorization and Accounting for
961     Distributed Systems.  In Proceedings of the 13th International
962     Conference on Distributed Computing Systems, May 1993.
963
964     [10] ITU-T (formerly CCITT) Information technology - Open Systems
965     Interconnection - The Directory: Authentication Framework
966     Recommendation X.509 ISO/IEC 9594-8
967
968     [11] R. Housley. Cryptographic Message Syntax.
969     draft-ietf-smime-cms-13.txt, April 1999, approved for publication
970     as RFC.
971
972     [12] PKCS #7: Cryptographic Message Syntax Standard,
973     An RSA Laboratories Technical Note Version 1.5
974     Revised November 1, 1993
975
976     [13] R. Rivest, MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data
977     Security, Inc. A Description of the RC2(r) Encryption Algorithm
978     March 1998.
979     Request for Comments 2268.
980
981     [14] M. Wahl, S. Kille, T. Howes. Lightweight Directory Access
982     Protocol (v3): UTF-8 String Representation of Distinguished Names.
983     Request for Comments 2253.
984
985     [15] R. Housley, W. Ford, W. Polk, D. Solo. Internet X.509 Public
986     Key Infrastructure, Certificate and CRL Profile, January 1999.
987     Request for Comments 2459.
988
989     [16] B. Kaliski, J. Staddon. PKCS #1: RSA Cryptography
990     Specifications, October 1998.  Request for Comments 2437.
991
992     [17] S. Dusse, P. Hoffman, B. Ramsdell, J. Weinstein.  S/MIME
993     Version 2 Certificate Handling, March 1998.  Request for
994     Comments 2312.
995
996     [18] M. Wahl, T. Howes, S. Kille.  Lightweight Directory Access
997     Protocol (v3), December 1997.  Request for Comments 2251.
998
999     [19] ITU-T (formerly CCITT) Information Processing Systems - Open
1000     Systems Interconnection - Specification of Abstract Syntax Notation
1001     One (ASN.1) Rec. X.680 ISO/IEC 8824-1
1002
1003 8.  Acknowledgements
1004
1005     Some of the ideas on which this proposal is based arose during
1006     discussions over several years between members of the SAAG, the IETF
1007     CAT working group, and the PSRG, regarding integration of Kerberos
1008     and SPX.  Some ideas have also been drawn from the DASS system.
1009     These changes are by no means endorsed by these groups.  This is an
1010     attempt to revive some of the goals of those groups, and this
1011     proposal approaches those goals primarily from the Kerberos
1012     perspective.  Lastly, comments from groups working on similar ideas
1013     in DCE have been invaluable.
1014
1015 9.  Expiration Date
1016
1017     This draft expires September 15, 2000.
1018
1019 10. Authors
1020
1021     Brian Tung
1022     Clifford Neuman
1023     USC Information Sciences Institute
1024     4676 Admiralty Way Suite 1001
1025     Marina del Rey CA 90292-6695
1026     Phone: +1 310 822 1511
1027     E-mail: {brian, bcn}@isi.edu
1028
1029     Matthew Hur
1030     CyberSafe Corporation
1031     1605 NW Sammamish Road
1032     Issaquah WA 98027-5378
1033     Phone: +1 425 391 6000
1034     E-mail: matt.hur@cybersafe.com
1035
1036     Ari Medvinsky
1037     Keen.com, Inc.
1038     150 Independence Drive
1039     Menlo Park CA 94025
1040     Phone: +1 650 289 3134
1041     E-mail: ari@keen.com
1042
1043     Sasha Medvinsky
1044     Motorola
1045     6450 Sequence Drive
1046     San Diego, CA 92121
1047     Phone +1 619 404 2825
1048     E-mail: smedvinsky@gi.com
1049
1050     John Wray
1051     Iris Associates, Inc.
1052     5 Technology Park Dr.
1053     Westford, MA 01886
1054     E-mail: John_Wray@iris.com
1055
1056     Jonathan Trostle
1057     170 W. Tasman Dr.
1058     San Jose, CA 95134
1059     E-mail: jtrostle@cisco.com