updates
[crypto.git] / doc / draft-riikonen-silc-ke-auth-01.nroff
1 .pl 10.0i
2 .po 0
3 .ll 7.2i
4 .lt 7.2i
5 .nr LL 7.2i
6 .nr LT 7.2i
7 .ds LF Riikonen
8 .ds RF FORMFEED[Page %]
9 .ds CF
10 .ds LH INTERNET-DRAFT
11 .ds RH 13 September 2000
12 .ds CH
13 .na
14 .hy 0
15 .in 0
16 .nf
17 Network Working Group                                      P. Riikonen
18 Internet-Draft
19 draft-riikonen-silc-ke-auth-01.txt                   13 September 2000
20 Expires: 13 May 2001
21
22 .in 3
23
24 .ce 2
25 SILC Key Exchange and Authentication Protocols
26 <draft-riikonen-silc-ke-auth-01.txt>
27
28 .ti 0
29 Status of this Memo
30
31 This document is an Internet-Draft and is in full conformance with
32 all provisions of Section 10 of RFC 2026.  Internet-Drafts are
33 working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its
34 areas, and its working groups.  Note that other groups may also
35 distribute working documents as Internet-Drafts.
36
37 Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six months
38 and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents at any
39 time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts as reference
40 material or to cite them other than as "work in progress."
41
42 The list of current Internet-Drafts can be accessed at
43 http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt
44
45 The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
46 http://www.ietf.org/shadow.html
47
48 The distribution of this memo is unlimited.
49
50
51 .ti 0
52 Abstract
53
54 This memo describes two protocols used in the Secure Internet Live
55 Conferencing (SILC) protocol specified in the Secure Internet Live
56 Conferencing, Protocol Specification internet-draft [SILC1].  The
57 SILC Key Exchange (SKE) protocol provides secure key exchange between
58 two parties resulting into shared secret key material.  The protocol
59 is based on Diffie Hellman key exchange algorithm and its functionality
60 is derived from several key exchange protocols.  SKE uses best parts
61 of the SSH2 Key Exchange protocol, Station-To-Station (STS) protocol
62 and the OAKLEY Key Determination protocol [OAKLEY].
63
64 The SILC Connection Authentication protocol provides user level
65 authentication used when creating connections in SILC network.  The
66 protocol is transparent to the authentication data which means that it
67 can be used to authenticate the user with, for example, passphrase
68 (pre-shared- secret) or public key (and certificate).
69
70
71
72 .ti 0
73 Table of Contents
74
75 .nf
76 1 Introduction ..................................................  2
77 2 SILC Key Exchange Protocol ....................................  3
78   2.1 Key Exchange Payloads .....................................  3
79       2.1.1 Key Exchange Start Payload ..........................  4
80       2.1.2 Key Exchange 1 Payload ..............................  7
81       2.1.3 Key Exchange 2 Payload ..............................  9
82   2.2 Key Exchange Procedure .................................... 10
83   2.3 Processing the Key Material ............................... 12
84   2.4 SILC Key Exchange Groups .................................. 13
85       2.4.1 diffie-hellman-group1 ............................... 13
86       2.4.2 diffie-hellman-group2 ............................... 14
87   2.5 Key Exchange Status Types ................................. 14
88 3 SILC Connection Authentication Protocol ....................... 16
89   3.1 Connection Auth Payload ................................... 17
90   3.2 Connection Authentication Types ........................... 18
91       3.2.1 Passphrase Authentication ........................... 18
92       3.2.2 Public Key Authentication ........................... 18
93   3.3 Connection Authentication Status Types .................... 19
94 4 Security Considerations ....................................... 19
95 5 References .................................................... 19
96 6 Author's Address .............................................. 20
97
98
99 .ti 0
100 List of Figures
101
102 .nf
103 Figure 1:  Key Exchange Start Payload
104 Figure 2:  Key Exchange 1 Payload
105 Figure 3:  Key Exchange 2 Payload
106 Figure 4:  Connection Auth Payload
107
108
109 .ti 0
110 1 Introduction
111
112 This memo describes two protocols used in the Secure Internet Live
113 Conferencing (SILC) protocol specified in the Secure Internet Live
114 Conferencing, Protocol Specification internet-draft [SILC1].  The
115 SILC Key Exchange (SKE) protocol provides secure key exchange between
116 two parties resulting into shared secret key material.  The protocol
117 is based on Diffie Hellman key exchange algorithm and its functionality
118 is derived from several key exchange protocols.  SKE uses best parts
119 of the SSH2 Key Exchange protocol, Station-To-Station (STS) protocol
120 and the OAKLEY Key Determination protocol.
121
122 The SILC Connection Authentication protocol provides user level
123 authentication used when creating connections in SILC network.  The
124 protocol is transparent to the authentication data which means that it
125 can be used to authenticate the user with, for example, passphrase
126 (pre-shared- secret) or public key (and certificate).
127
128 The basis of secure SILC session requires strong and secure key exchange
129 protocol and authentication.  The authentication protocol is entirely
130 secured and no authentication data is ever sent in the network without
131 encrypting and authenticating it first.  Thus, authentication protocol
132 may be used only after the key exchange protocol has been successfully
133 completed.
134
135 This document refers constantly to other SILC protocol specification
136 Internet Drafts that are a must read for those who wants to understand
137 the function of these protocols.  The most important references are
138 the Secure Internet Live Conferencing, Protocol Specification [SILC1]
139 and SILC Packet Protocol [SILC2] Internet Drafts.
140
141 The protocol is intended to be used with the SILC protocol thus it
142 does not define own framework that could be used.  The framework is
143 provided by the SILC protocol.
144
145
146 .ti 0
147 2 SILC Key Exchange Protocol
148
149 SILC Key Exchange Protocol (SKE) is used to exchange shared secret
150 between connecting entities.  The result of this protocol is a key
151 material used to secure the communication channel.  The protocol uses
152 Diffie-Hellman key exchange algorithm and its functionality is derived
153 from several key exchange protocols.  SKE uses best parts of the SSH2
154 Key Exchange protocol, Station-To-Station (STS) protocol and the OAKLEY
155 Key Determination protocol.  The protocol does not claim any conformance
156 to any of these protocols, they were merely used as a reference when
157 designing this protocol.
158
159 The purpose of SILC Key Exchange protocol is to create session keys to
160 be used in current SILC session.  The keys are valid only for some period
161 of time (usually an hour) or at most until the session ends.  These keys
162 are used to protect packets like commands, command replies and other
163 communication between two entities.  If connection is server to server
164 connection, the keys are used to protect all traffic between those
165 servers.  In client connections usually all the packets are protected
166 with this key except channel messages; channels has their own keys and 
167 they are not exchanged with this protocol.
168
169
170 .ti 0
171 2.1 Key Exchange Payloads
172
173 During the key exchange procedure public data is sent between initiator
174 and responder.  This data is later used in the key exchange procedure.
175 There are several payloads used in the key exchange.  As for all SILC
176 packets, SILC Packet Header, described in [SILC2], is at the start of all
177 packets, the same is done with these payloads as well.  All fields in
178 all payloads are always in MSB (most significant byte first) order.
179 Following descriptions of these payloads.
180
181
182 .ti 0
183 2.1.1 Key Exchange Start Payload
184
185 Key exchange between two entities always begins with a
186 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet containing Key Exchange Start Payload.
187 Initiator sends the Key Exchange Start Payload to the responder filled with
188 all security properties it supports.  The responders then checks whether
189 it supports the security properties.
190
191 It then sends a Key Exchange Start Payload to the initiator filled with
192 security properties it selected from the original payload.  The payload sent
193 by responder must include only one chosen property per list.
194
195 The Key Exchange Start Payload is used to tell connecting entities what
196 security properties and algorithms should be used in the communication.
197 If perfect forward secrecy (PFS) is not desired (PFS is undefined by
198 default) Key Exchange Start Payload is sent only once per session, thus,
199 for example, re-keying will not cause sending of a new payload.  If PFS
200 is desired, re-keying will always cause new key exchange thus causes
201 sending of a new Key Exchange Start Payload.
202
203 When performing first key exchange this payload is never encrypted, as
204 there are no existing keys to encrypt it with.  If performing re-keying
205 (PFS was selected) this payload is encrypted with the existing key and
206 encryption algorithm.
207
208 A cookie is also sent in this payload.  A cookie is used to uniform the
209 payload so that none of the key exchange parties can determine this
210 payload before hand.  The cookie must be returned to the original sender
211 by the responder.
212
213 Following diagram represents the Key Exchange Start Payload.  The lists
214 mentioned below are always comma (`,') separated and the list must
215 not include spaces (` ').
216
217
218
219
220
221
222
223 .in 5
224 .nf
225                      1                   2                   3
226  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
227 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
228 |   RESERVED    |     Flags     |         Payload Length        |
229 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
230 |                                                               |
231 +                                                               +  
232 |                                                               |
233 +                            Cookie                             +
234 |                                                               |
235 +                                                               +
236 |                                                               |
237 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
238 |     Version String Length     |                               |
239 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
240 |                                                               |
241 ~                         Version String                        ~
242 |                                                               |
243 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
244 |   Key Exchange Grp Length     |                               |
245 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
246 |                                                               |
247 ~                      Key Exchange Groups                      ~
248 |                                                               |
249 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
250 |        PKCS Alg Length        |                               |
251 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
252 |                                                               |
253 ~                         PKCS Algorithms                       ~
254 |                                                               |
255 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
256 |     Encryption Alg Length     |                               |
257 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
258 |                                                               |
259 ~                      Encryption Algorithms                    ~
260 |                                                               |
261 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
262 |       Hash Alg Length         |                               |
263 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
264 |                                                               |
265 ~                        Hash Algorithms                        ~
266 |                                                               |
267 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
268 |    Compression Alg Length     |                               |
269 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
270 |                                                               |
271 ~                     Compression Algorithms                    ~
272 |                                                               |
273 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
274 .in 3
275
276 .ce
277 Figure 1:  Key Exchange Start Payload
278
279
280
281 .in 6
282 o RESERVED (1 byte) - Reserved field.  Sender fills this with
283   zeroes (0).
284
285 o Flags (1 byte) - Indicates flags to be used in the key
286   exchange.  Several flags can be set at once by ORing the
287   flags together.  Following flags are reserved for this field.
288
289      No flags              0x00
290
291        In this case the field is ignored.
292
293      No Reply              0x01
294
295        If set the receiver of the payload does not reply to 
296        the packet.
297
298      PFS                   0x02
299
300        Perfect Forward Secrecy (PFS) to be used in the
301        key exchange protocol.  If not set, re-keying
302        is performed using the old key.  When PFS is used, 
303        re-keying and creating new keys for any particular 
304        purpose will cause new key exchange.
305
306        Rest of the flags are reserved for the future and
307        must not be set.
308
309 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Key Exchange
310   Start payload, not including any other field.
311
312 o Cookie (16 bytes) - Cookie that uniforms this payload so
313   that each of the party cannot determine the payload before
314   hand.
315
316 o Version String Length (2 bytes) - The length of the Version
317   String field, not including any other field.
318
319 o Version String (variable length) - Indicates the version of
320   the sender of this payload.  Initiator sets this when sending
321   the payload and responder sets this when it replies by sending
322   this payload.  See [SILC1] for definition of the version
323   string format.
324
325 o Key Exchange Grp Length (2 bytes) - The length of the
326   key exchange group list, not including any other field.
327
328 o Key Exchange Group (variable length) - The list of
329   key exchange groups.  See the section 2.1.2 SILC Key Exchange
330   Groups for definitions of these groups.
331
332 o PKCS Alg Length (2 bytes) - The length of the PKCS algorithms
333   list, not including any other field.
334
335 o PKCS Algorithms (variable length) - The list of PKCS 
336   algorithms.
337
338 o Encryption Alg Length (2 bytes) - The length of the encryption
339   algorithms list, not including any other field.
340
341 o Encryption Algorithms (variable length) - The list of
342   encryption algorithms.
343
344 o Hash Alg Length (2 bytes) - The length of the Hash algorithms
345   list, not including any other field.
346
347 o Hash Algorithms (variable length) - The list of Hash algorithms.
348
349 o Compression Alg Length (2 bytes) - The length of the
350   compression algorithms list, not including any other field.
351
352 o Compression Algorithms (variable length) - The list of 
353   compression algorithms.
354 .in 3
355
356
357 .ti 0
358 2.1.2 Key Exchange 1 Payload
359
360 Key Exchange 1 Payload is used to deliver computed public data from 
361 initiator to responder.  This data is used to compute the shared secret,
362 later by all parties.  Key Exchange 1 Payload is only sent after the 
363 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet and the Key Exchange Start Payload has
364 been processed by all the parties.
365
366 This payload sends the initiator's public key to the responder.  Responder
367 may need the public key in which case it should be checked to be trusted
368 by the responder.
369  
370 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 packet.
371 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
372 represent the Key Exchange 1 Payload.
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389 .in 5
390 .nf
391                      1                   2                   3
392  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
393 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
394 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
395 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
396 |                                                               |
397 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
398 |                                                               |
399 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
400 |      Public Data Length       |                               |
401 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
402 |                                                               |
403 ~                 Public Data (e = g ^ x mod p)                 ~
404 |                                                               |
405 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
406 .in 3
407
408 .ce
409 Figure 2:  Key Exchange 1 Payload
410
411
412 .in 6
413 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
414   (or certificate) field, not including any other field.
415
416 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
417   type.  This field indicates the type of the public key in 
418   the packet.  Following types are defined:
419
420      1    SILC style public key (mandatory)
421      2    SSH2 style public key (optional)
422      3    X.509 Version 3 certificate (optional)
423      4    OpenPGP certificate (optional)
424      5    SPKI certificate (optional)
425
426   The only required type to support is type number 1.  See 
427   [SILC1] for the SILC public key specification.  See
428   SSH public key specification in [SSH-TRANS].  See X.509v3
429   certificate specification in [PKIX-Part1].  See OpenPGP
430   certificate specification in [PGP].  See SPKI certificate
431   specification in [SPKI].  If this field includes zero (0)
432   or unsupported type number the protocol must be aborted
433   sending SILC_PACKET_FAILURE message.
434
435 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
436   data computed by the responder, not including any other
437   field.
438
439 o Public Data (variable length) - The public data to be
440   sent to the responder.  See section 2.2 Key Exchange 
441   Procedure for detailed description how this field is
442   computed.  This value is binary encoded.
443 .in 3
444
445
446 .ti 0
447 2.1.3 Key Exchange 2 Payload
448
449 Key Exchange 2 Payload is used to deliver public key, computed public
450 data and signature from responder to initiator.  Initiator uses these
451 public parts of the key exchange protocol to compute the shared secret.
452
453 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_2 packet.
454 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
455 represent the Key Exchange 2 Payload.
456
457
458
459 .in 5
460 .nf
461                      1                   2                   3
462  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
463 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
464 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
465 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
466 |                                                               |
467 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
468 |                                                               |
469 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
470 |       Public Data Length      |                               |
471 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
472 |                                                               |
473 ~                 Public Data (f = g ^ y mod p)                 ~
474 |                                                               |
475 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
476 |        Signature Length       |                               |
477 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
478 |                                                               |
479 ~                        Signature Data                         ~
480 |                                                               |
481 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
482 .in 3
483
484 .ce
485 Figure 3:  Key Exchange 2 Payload
486
487
488
489 .in 6
490 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
491   (or certificate) field, not including any other field.
492
493 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
494   type.  This field indicates the type of the public key in 
495   the packet.  See previous sections for defined public key
496   types.
497
498 o Public Key of the host (variable length) - The public
499   key of the sender (or its certificate).  This is verified
500   by the receiver of the packet.  The type of this field
501   is indicated by previous Public Key Type field.
502
503 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
504   data computed by the responder, not including any other
505   field.
506
507 o Public Data (variable length) - The public data computed
508   by the responder.  See section 2.2 Key Exchange Procedure
509   for detailed description how this field is computed.  This
510   value is binary encoded.
511
512 o Signature Length (2 bytes) - The length of the signature,
513   not including any other field.
514
515 o Signature Data (variable length) - The signature signed
516   by the responder.  The receiver of this signature must
517   verify it.  The verification is done using the public
518   key received in this same payload.  See section 2.2
519   Key Exchange Procedure for detailed description how
520   to produce the signature.
521
522
523 .ti 0
524 2.2 Key Exchange Procedure
525
526 The key exchange begins by sending SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet with
527 Key Exchange Start Payload to select the security properties to be used
528 in the key exchange and later in the  communication.
529
530 After Key Exchange Start Payload has been processed by both of the
531 parties the protocol proceeds as follows:
532
533
534 Setup:  p is a large and public safe prime.  This is one of the
535         Diffie Hellman groups.  q is order of subgroup (largest
536         prime factor of p).  g is a generator and is defined
537         along with the Diffie Hellman group.
538
539     1.  Initiator generates a random number x, where 1 < x < q, 
540         and computes e = g ^ x mod p.  The result e is then 
541         encoded into Key Exchange 1 Payload and sent
542         to the responder.
543
544
545     2.  Responder generates a random number y, where 1 < y < q,
546         and computes f = g ^ y mod p.  It then computes the
547         shared secret KEY = e ^ y mod p, and, a hash value 
548         HASH = hash(Key Exchange Start Payload data | Host public 
549         key (or certificate) | e | f | KEY).  It then signs
550         the HASH value with its private key resulting a signature
551         SIGN.  
552
553         It then encodes its public key (or certificate), f and 
554         SIGN into Key Exchange 2 Payload and sends it to the 
555         initiator.
556
557
558     3.  Initiator verifies that the public key provided in
559         the payload is authentic, or if certificates are used
560         it verifies the certificate.  Initiator may accept
561         the public key without verifying it, however, doing
562         so may result to insecure key exchange (accepting the
563         public key without verifying may be desirable for 
564         practical reasons on many environments.  For long term
565         use this is never desirable, in which case certificates
566         would be the preferred method to use).
567
568         Initiator then computes the shared secret KEY = 
569         f ^ x mod p, and, a hash value HASH in the same way as
570         responder did in phase 2.  It then verifies the 
571         signature SIGN from the payload with the hash value
572         HASH using the received public key.
573
574
575 If any of these phases is to fail SILC_PACKET_FAILURE is sent to
576 indicate that the key exchange protocol failed.  Any other packets must
577 not be sent or accepted during the key exchange except the
578 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_*, SILC_PACKET_DISCONNECT, SILC_PACKET_FAILURE
579 and/or SILC_PACKET_SUCCESS packets.
580
581 The result of this protocol is a shared secret key material KEY and
582 a hash value HASH.  The key material itself is not fit to be used as 
583 a key, it needs to be processed further to derive the actual keys to be
584 used.  The key material is also used to produce other security parameters
585 later used in the communication.  See section 2.3 Processing the Key
586 Material for detailed description how to process the key material.
587
588 After the keys are processed the protocol is ended by sending the
589 SILC_PACKET_SUCCESS packet.  Both entities send this packet to 
590 each other.  After this both parties will start using the new keys.
591
592
593
594 .ti 0
595 2.3 Processing the Key Material
596
597 Key Exchange protocol produces secret shared key material KEY.  This
598 key material is used to derive the actual keys used in the encryption
599 of the communication channel.  The key material is also used to derive
600 other security parameters used in the communication.  Key Exchange
601 protocol produces a hash value HASH as well.  This is used in the key
602 deriving process as a session identifier.
603
604 Keys are derived from the key material as follows:
605
606 .in 6
607 Sending Initial Vector (IV)     = hash(0 | KEY | HASH)
608 Receiving Initial Vector (IV)   = hash(1 | KEY | HASH)
609 Sending Encryption Key          = hash(2 | KEY | HASH)
610 Receiving Encryption Key        = hash(3 | KEY | HASH)
611 HMAC Key                        = hash(4 | KEY | HASH)
612 .in 3
613
614
615 The Initial Vector (IV) is used in the encryption when doing for
616 example CBC mode.  As many bytes as needed are taken from the start of
617 the hash output for IV.  Sending IV is for sending key and receiving IV
618 is for receiving key.  For receiving party, the receiving IV is actually
619 sender's sending IV, and, the sending IV is actually sender's receiving
620 IV.  Initiator uses IV's as they are (sending IV for sending and
621 receiving IV for receiving).
622
623 The Encryption Keys are derived as well from the hash().  If the hash()
624 output is too short for the encryption algorithm more key material is
625 produced in following manner:
626
627 .in 6
628 K1 = hash(2 | KEY | HASH)
629 K2 = hash(KEY | K1)
630 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
631
632 Sending Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
633
634
635 K1 = hash(3 | KEY | HASH)
636 K2 = hash(KEY | K1)
637 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
638
639 Receiving Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
640 .in 3
641
642
643 The key is distributed by hashing the previous hash with the original
644 key material.  The final key is a concatenation of the hash values.
645 For Receiving Encryption Key the procedure is equivalent.  Sending key
646 is used only for encrypting data to be sent.  The receiving key is used
647 only to decrypt received data.  For receiving party, the receive key is
648 actually sender's sending key, and, the sending key is actually sender's
649 receiving key.  Initiator uses generated keys as they are (sending key
650 for sending and receiving key for sending).
651
652 The HMAC key is used to create MAC values to packets in the communication
653 channel.  As many bytes as needed are taken from the start of the hash
654 output.
655
656 These procedures are performed by all parties of the key exchange
657 protocol.  This must be done before the protocol has been ended by
658 sending the SILC_PACKET_SUCCESS packet.
659
660
661 .ti 0
662 2.4 SILC Key Exchange Groups
663
664 Following groups may be used in the SILC Key Exchange protocol.  The 
665 first group diffie-hellman-group1 is mandatory, other groups maybe 
666 negotiated to be used in the connection with Key Exchange Start Payload
667 and SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet.  However, the first group must be
668 proposed in the Key Exchange Start Payload regardless of any other
669 requested group (however, it does not have to be the first on the list).
670
671
672 .ti 0
673 2.4.1 diffie-hellman-group1
674
675 The length of this group is 1024 bits.  This is mandatory group.
676 The prime is 2^1024 - 2^960 - 1 + 2^64 * { [2^894 pi] + 129093 }.
677
678 Its decimal value is
679
680 .in 6
681 179769313486231590770839156793787453197860296048756011706444
682 423684197180216158519368947833795864925541502180565485980503
683 646440548199239100050792877003355816639229553136239076508735
684 759914822574862575007425302077447712589550957937778424442426
685 617334727629299387668709205606050270810842907692932019128194
686 467627007
687 .in 3
688
689 Its hexadecimal value is
690
691 .in 6
692 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
693 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
694 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
695 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
696 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE65381
697 FFFFFFFF FFFFFFFF
698 .in 3
699
700
701 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
702 (p - 1) / 2.
703
704 This group was taken from the OAKLEY specification.
705
706
707 .ti 0
708 2.4.2 diffie-hellman-group2
709
710 The length of this group is 1536 bits.  This is optional group.
711 The prime is 2^1536 - 2^1472 - 1 + 2^64 * { [2^1406 pi] + 741804 }.
712
713 Its decimal value is
714
715 .in 6
716 241031242692103258855207602219756607485695054850245994265411
717 694195810883168261222889009385826134161467322714147790401219
718 650364895705058263194273070680500922306273474534107340669624
719 601458936165977404102716924945320037872943417032584377865919
720 814376319377685986952408894019557734611984354530154704374720
721 774996976375008430892633929555996888245787241299381012913029
722 459299994792636526405928464720973038494721168143446471443848
723 8520940127459844288859336526896320919633919
724 .in 3
725
726 Its hexadecimal value is
727
728 .in 6
729 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
730 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
731 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
732 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
733 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE45B3D
734 C2007CB8 A163BF05 98DA4836 1C55D39A 69163FA8 FD24CF5F
735 83655D23 DCA3AD96 1C62F356 208552BB 9ED52907 7096966D
736 670C354E 4ABC9804 F1746C08 CA237327 FFFFFFFF FFFFFFFF
737 .in 3
738
739 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
740 (p - 1) / 2.
741
742 This group was taken from the OAKLEY specification.
743
744
745 .ti 0
746 2.5 Key Exchange Status Types
747
748 This section defines all key exchange protocol status types that may be
749 returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets to
750 indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
751 status types to human readable error message.  All types except the
752 SILC_SKE_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
753 Following status types are defined:
754
755 .in 6
756 0   SILC_SKE_STATUS_OK
757
758     Protocol were exeucted succesfully.
759
760
761 1   SILC_SKE_STATUS_ERROR
762
763     Unknown error occured.  No specific error type is defined.
764
765
766 2   SILC_SKE_STATUS_BAD_PAYLOAD
767
768     Provided KE payload were malformed or included bad fields.
769
770
771 3   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_GROUP
772
773     None of the provided groups were supported.
774
775
776 4   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_CIPHER
777
778     None of the provided ciphers were supported.
779
780
781 5   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PKCS
782
783     None of the provided public key algorithms were supported.
784
785
786 6   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HASH_FUNCTION
787
788     None of the provided hash functions were supported.
789
790
791 7   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PUBLIC_KEY
792
793     Provided public key type is not supported.
794
795
796 8   SILC_SKE_STATUS_INCORRECT_SIGNATURE
797
798     Provided signature was incorrect.
799 .in 3
800
801
802
803
804
805 .ti 0
806 3 SILC Connection Authentication Protocol
807
808 Purpose of Connection Authentication protocol is to authenticate the
809 connecting party with server.  Usually connecting party is client but
810 server may connect to server as well.  Its other purpose is to provide
811 information for the server about which type of connection this is.
812 The type defines whether this is client, server or router connection.
813 Server uses this information to create the ID for the connection.  After
814 the authentication protocol has been successfully completed 
815 SILC_PACKET_NEW_ID must be sent to the connecting party by the server.
816 See section New ID Payload in [SILC2] for detailed description for this
817 packet's payload.
818
819 Server must verify the authentication data received and if it is to fail
820 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
821 If everything checks out fine the protocol is ended by server by sending
822 SILC_PACKET_SUCCESS packet.
823
824 The protocol is executed after the SILC Key Exchange protocol.  It must
825 not be executed in any other time.  As it is performed after key exchange
826 protocol all traffic in the connection authentication protocol is
827 encrypted with the exchanged keys.
828
829 The protocol is started by the connecting party by sending
830 SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet with Connection Auth Payload,
831 described in the next section.  This payload must include the
832 authentication data.  Authentication data is set according
833 authentication method that must be known by both parties. If connecting
834 party does not know what is the mandatory authentication method it must
835 request it from the server by sending SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH_REQUEST
836 packet.  This packet is not part of this protocol and is described in
837 section Connection Auth Request Payload in [SILC2].  However, if
838 connecting party already knows the mandatory authentication method
839 sending the request is not necessary.
840
841 See [SILC1] and section Connection Auth Request Payload in [SILC2] also
842 for the list of different authentication methods.  Authentication method
843 may also be NONE, in which case the server does not require
844 authentication at all.  However, in this case the protocol still must be
845 executed; the authentication data just is empty indicating no
846 authentication is required.
847
848 If authentication method is passphrase the authentication data is
849 plaintext passphrase.  As the payload is entirely encrypted it is safe
850 to have plaintext passphrase.  3.2.1 Passphrase Authentication for
851 more information.
852
853
854 If authentication method is public key authentication the authentication
855 data is signature of the hash value HASH plus Key Exchange Start Payload,
856 established by the SILC Key Exchange protocol.  This signature must then
857 be verified by the server.  See section 3.2.2 Public Key Authentication
858 for more information.
859
860 The connecting party of this protocol must wait after successful execution
861 of this protocol for the SILC_PACKET_NEW_ID packet where it will receive
862 the ID it will be using in the SILC network.  Connecting party cannot
863 start normal SILC session (sending messages or commands) until it has
864 received its ID.  The ID's are always created by the server except
865 for server to server connection where servers create their own ID's.
866
867
868
869 .ti 0
870 3.1 Connection Auth Payload
871
872 Client sends this payload to authenticate itself to the server.  Server
873 connecting to another server also sends this payload.  Server receiving
874 this payload must verify all the data in it and if something is to fail
875 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
876
877 The payload may only be sent with SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet.
878 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
879 represent the Connection Auth Payload.
880
881
882 .in 5
883 .nf
884                      1                   2                   3
885  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
886 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
887 |        Payload Length         |        Connection Type        |
888 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
889 |                                                               |
890 ~                     Authentication Data                       ~
891 |                                                               |
892 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
893 .in 3
894  
895 .ce
896 Figure 4:  Connection Auth Payload
897
898
899 .in 6
900 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Connection 
901   Auth Payload.
902
903 o Connection Type (2 bytes) - Indicates the type of the 
904   connection.  See section Connection Auth Request Payload
905   in [SILC2] for the list of connection types.  This field must 
906   include valid connection type or the packet must be discarded 
907   and authentication must be failed. 
908
909 o Authentication Data (variable length) - The actual 
910   authentication data.  Contents of this depends on the 
911   authentication method known by both parties.  If no
912   authentication is required this field does not exist.
913 .in 3
914
915
916 .ti 0
917 3.2 Connection Authentication Types
918
919 SILC supports two authentication types to be used in the connection
920 authentication protocol; passphrase or public key based authentication.
921 Following sections defines the authentication methods.  See [SILC2]
922 for defined numerical authentication method types.
923
924
925 .ti 0
926 3.2.1 Passphrase Authentication
927
928 Passphrase authentication or pre-shared-key base authentication is 
929 simply an authentication where the party that wants to authenticate 
930 itself to the other end sends the passphrase that is required by
931 the other end, for example server.
932
933 If the passphrase matches with the one in the server's end the
934 authentication is successful.  Otherwise SILC_PACKET_FAILURE must be
935 sent to the sender and the protocol execution fails.
936
937 This is required authentication method to be supported by all SILC
938 implementations.
939
940
941 .ti 0
942 3.2.2 Public Key Authentication
943
944 Public key authentication may be used if passphrase based authentication
945 is not desired.  The public key authentication works by sending a
946 signature as authentication data to the other end, say, server.  The
947 server must then verify the signature by the public key of the sender,
948 which the server has received earlier in SKE protocol.
949
950 The signature is computed using the private key of the sender by signing
951 the HASH value provided by the SKE protocol previously, and the Key
952 Exchange Start Payload from SKE protocol that was sent to the server.
953 The server must verify the data, thus it must keep the HASH and the
954 Key Exchange Start Payload saved during SKE and authentication protocols.
955
956 If the verified signature matches the sent signature, the authentication
957 were successful and SILC_PACKET_SUCCESS is sent.  If it failed the protocol
958 execution is stopped and SILC_PACKET_FAILURE is sent.
959
960 This is required authentication method to be supported by all SILC
961 implementations.
962
963
964 .ti 0
965 3.3 Connection Authentication Status Types
966
967 This section defines all connection authentication status types that
968 may be returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets
969 to indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
970 status types to human readable error message.  All types except the
971 SILC_AUTH_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
972 Following status types are defined:
973
974 0   SILC_AUTH_OK
975
976     Protocol was executed succesfully.
977
978
979 1   SILC_AUTH_FAILED
980
981     Authentication failed.
982
983
984 .ti 0
985 4 Security Considerations
986
987 Security is central to the design of this protocol, and these security
988 considerations permeate the specification.
989
990
991 .ti 0
992 5 References
993
994 [SILC1]      Riikonen, P., "Secure Internet Live Conferencing (SILC),
995              Protocol Specification", Internet Draft, June 2000.
996
997 [SILC2]      Riikonen, P., "SILC Packet Protocol", Internet Draft,
998              June 2000.
999
1000 [IRC]        Oikarinen, J., and Reed D., "Internet Relay Chat Protocol",
1001              RFC 1459, May 1993.
1002
1003 [SSH-TRANS]  Ylonen, T., et al, "SSH Transport Layer Protocol", 
1004              Internet Draft.
1005
1006 [PGP]        Callas, J., et al, "OpenPGP Message Format", RFC 2440,
1007              November 1998.
1008
1009 [SPKI]       Ellison C., et al, "SPKI Certificate Theory", RFC 2693,
1010              September 1999.
1011
1012 [PKIX-Part1] Housley, R., et al, "Internet X.509 Public Key 
1013              Infrastructure, Certificate and CRL Profile", RFC 2459,
1014              January 1999.
1015
1016 [Schneier]   Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition",
1017              John Wiley & Sons, New York, NY, 1996.
1018
1019 [Menezes]    Menezes, A., et al, "Handbook of Applied Cryptography",
1020              CRC Press 1997.
1021
1022 [OAKLEY]     Orman, H., "The OAKLEY Key Determination Protocol",
1023              RFC 2412, November 1998.
1024
1025 [ISAKMP]     Maughan D., et al, "Internet Security Association and
1026              Key Management Protocol (ISAKMP)", RFC 2408, November
1027              1998.
1028
1029 [IKE]        Harkins D., and Carrel D., "The Internet Key Exhange
1030              (IKE)", RFC 2409, November 1998.
1031
1032 [HMAC]       Krawczyk, H., "HMAC: Keyed-Hashing for Message
1033              Authentication", RFC 2104, February 1997.
1034
1035
1036 .ti 0
1037 6 Author's Address
1038
1039 .nf
1040 Pekka Riikonen
1041 Kasarmikatu 11 A4
1042 70110 Kuopio
1043 Finland
1044
1045 EMail: priikone@poseidon.pspt.fi
1046
1047 This Internet-Draft expires 13 May 2001 
1048