58c7444c3d21a2968a26e00c9909ff7201639c45
[runtime.git] / doc / draft-riikonen-silc-ke-auth-00.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 28 June 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-00.txt                        28 June 2000
20 Expires: 28 Jan 2001
21
22 .in 3
23
24 .ce 2
25 SILC Key Exchange and Authentication Protocols
26 <draft-riikonen-silc-ke-auth-00.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 When performing key exchange between client and server, the client sends
188 Key Exchange Start Payload to server filled with all security properties
189 that the client supports.  Server then checks if it supports the security
190 properties.
191
192 It then sends a Key Exchange Start Payload to client filled with security
193 properties it selected from the payload client originally sent.  The
194 payload sent by server must include only one chosen property per list.
195
196 When performing key exchange between server and server, the server who
197 is contacting sends the Key Exchange Start Payload with security property
198 list it supports to the other server.  The contacted party then chooses
199 the preferred properties same way as previously described.  It then
200 replies with the properties it wanted same way as previously described.
201
202 The Key Exchange Start Payload is used to tell connecting entities what
203 security properties and algorithms should be used in the communication.
204 If perfect forward secrecy (PFS) is not desired (PFS is undefined by
205 default) Key Exchange Start Payload is sent only once per session, thus,
206 for example, re-keying will not cause sending of a new payload.  If PFS
207 is desired, re-keying will always cause new key exchange thus causes
208 sending of a new Key Exchange Start Payload.
209
210 When performing first key exchange this payload is never encrypted, as
211 there are no existing keys to encrypt it with.  If performing re-keying
212 (PFS was selected) this payload is encrypted with the existing key and
213 encryption algorithm.
214
215 Cookie is also send in this payload.  Cookie is used to uniform the
216 payload so that none of the key exchange parties cannot determine this
217 payload before hand.  The cookie must be returned to the original sender
218 by the responder.
219
220 Following diagram represents the Key Exchange Start Payload.  The lists
221 mentioned below are always comma (`,') separated and the list must
222 not include spaces (` ').
223
224
225
226
227
228
229
230 .in 5
231 .nf
232                      1                   2                   3
233  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
234 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
235 |   RESERVED    |     Flags     |         Payload Length        |
236 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
237 |                                                               |
238 +                                                               +  
239 |                                                               |
240 +                            Cookie                             +
241 |                                                               |
242 +                                                               +
243 |                                                               |
244 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
245 |   Key Exchange Grp Length     |                               |
246 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
247 |                                                               |
248 ~                      Key Exchange Groups                      ~
249 |                                                               |
250 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
251 |        PKCS Alg Length        |                               |
252 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
253 |                                                               |
254 ~                         PKCS Algorithms                       ~
255 |                                                               |
256 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
257 |     Encryption Alg Length     |                               |
258 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
259 |                                                               |
260 ~                      Encryption Algorithms                    ~
261 |                                                               |
262 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
263 |       Hash Alg Length         |                               |
264 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
265 |                                                               |
266 ~                        Hash Algorithms                        ~
267 |                                                               |
268 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
269 |    Compression Alg Length     |                               |
270 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
271 |                                                               |
272 ~                     Compression Algorithms                    ~
273 |                                                               |
274 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
275 .in 3
276
277 .ce
278 Figure 1:  Key Exchange Start Payload
279
280
281
282 .in 6
283 o RESERVED (1 byte) - Reserved field.  Sender fills this with
284   zeroes (0).
285
286 o Flags (1 byte) - Indicates flags to be used in the key
287   exchange.  Several flags can be set at once by ORing the
288   flags together.  Following flags are reserved for this field.
289
290      No flags              0x00
291
292        In this case the field is ignored.
293
294      No Reply              0x01
295
296        If set the receiver of the payload does not reply to 
297        the packet.
298
299      PFS                   0x02
300
301        Perfect Forward Secrecy (PFS) to be used in the
302        key exchange protocol.  If not set, re-keying
303        is performed using the old key.  When PFS is used, 
304        re-keying and creating new keys for any particular 
305        purpose will cause new key exchange.
306
307        Rest of the flags are reserved for the future and
308        must not be set.
309
310 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Key Exchange
311   Start payload.
312
313 o Cookie (16 bytes) - Cookie that uniforms this payload so
314   that each of the party cannot determine the payload before
315   hand.
316
317 o Key Exchange Grp Length (2 bytes) - The length of the
318   key exchange group list, including this field as well.
319
320 o Key Exchange Group (variable length) - The list of
321   key exchange groups.  See the section 2.1.2 SILC Key Exchange
322   Groups for definitions of these groups.
323
324 o PKCS Alg Length (2 bytes) - The length of the PKCS algorithms
325   list, including this field as well.
326
327 o PKCS Algorithms (variable length) - The list of PKCS 
328   algorithms.
329
330 o Encryption Alg Length (2 bytes) - The length of the encryption
331   algorithms list, including this field as well.
332
333 o Encryption Algorithms (variable length) - The list of
334   encryption algorithms.
335
336 o Hash Alg Length (2 bytes) - The length of the Hash algorithms
337   list, including this field as well.
338
339 o Hash Algorithms (variable length) - The list of Hash algorithms.
340
341 o Compression Alg Length (2 bytes) - The length of the
342   compression algorithms list, including this field as well.
343
344 o Compression Algorithms (variable length) - The list of 
345   compression algorithms.
346 .in 3
347
348
349 .ti 0
350 2.1.2 Key Exchange 1 Payload
351
352 Key Exchange 1 Payload is used to deliver computed public data from 
353 initiator to responder.  This data is used to compute the shared secret,
354 later by all parties.  Key Exchange 1 Payload is only sent after the 
355 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet and the Key Exchange Start Payload has
356 been processed by all the parties.
357
358 This payload sends the initiator's public key to the responder.  Responder
359 may need the public key in which case it should be checked to be trusted
360 by the responder.
361  
362 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 packet.
363 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
364 represent the Key Exchange 1 Payload.
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381 .in 5
382 .nf
383                      1                   2                   3
384  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
385 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
386 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
387 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
388 |                                                               |
389 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
390 |                                                               |
391 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
392 |      Public Data Length       |                               |
393 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
394 |                                                               |
395 ~                 Public Data (e = g ^ x mod p)                 ~
396 |                                                               |
397 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
398 .in 3
399
400 .ce
401 Figure 2:  Key Exchange 1 Payload
402
403
404 .in 6
405 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the public key
406   (or certificate), including this field and public key type
407   field as well.
408
409 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
410   type.  This field indicates the type of the public key in 
411   the packet.  Following types are defined:
412
413      1    SILC style public key (mandatory)
414      2    SSH2 style public key (optional)
415      3    X.509 Version 3 certificate (optional)
416      4    OpenPGP certificate (optional)
417      5    SPKI certificate (optional)
418
419   The only required type to support is type number 1.  See 
420   [SILC1] for the SILC public key specification.  See
421   SSH public key specification in [SSH-TRANS].  See X.509v3
422   certificate specification in [PKIX-Part1].  See OpenPGP
423   certificate specification in [PGP].  See SPKI certificate
424   specification in [SPKI].  If this field includes zero (0)
425   or unsupported type number the protocol must be aborted
426   sending SILC_PACKET_FAILURE message.
427
428 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
429   data computed by the responder, including this field
430   as well.
431
432 o Public Data (variable length) - The public data to be
433   sent to the responder.  See section 2.2 Key Exchange 
434   Procedure for detailed description how this field is
435   computed.  This value is binary encoded.
436 .in 3
437
438
439 .ti 0
440 2.1.3 Key Exchange 2 Payload
441
442 Key Exchange 2 Payload is used to deliver public key, computed public
443 data and signature from responder to initiator.  Initiator uses these
444 public parts of the key exchange protocol to compute the shared secret.
445
446 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_2 packet.
447 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
448 represent the Key Exchange 2 Payload.
449
450
451
452 .in 5
453 .nf
454                      1                   2                   3
455  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
456 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
457 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
458 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
459 |                                                               |
460 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
461 |                                                               |
462 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
463 |       Public Data Length      |                               |
464 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
465 |                                                               |
466 ~                 Public Data (f = g ^ y mod p)                 ~
467 |                                                               |
468 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
469 |        Signature Length       |                               |
470 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
471 |                                                               |
472 ~                        Signature Data                         ~
473 |                                                               |
474 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
475 .in 3
476
477 .ce
478 Figure 3:  Key Exchange 2 Payload
479
480
481
482 .in 6
483 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the public key
484   (or certificate), including this field and public key type
485   field as well.
486
487 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
488   type.  This field indicates the type of the public key in 
489   the packet.  See previous sections for defined public key
490   types.
491
492 o Public Key of the host (variable length) - The public
493   key of the sender (or its certificate).  This is verified
494   by the receiver of the packet.  The type of this field
495   is indicated by previous Public Key Type field.
496
497 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
498   data computed by the responder, including this field
499   as well.
500
501 o Public Data (variable length) - The public data computed
502   by the responder.  See section 2.2 Key Exchange Procedure
503   for detailed description how this field is computed.  This
504   value is binary encoded.
505
506 o Signature Length (2 bytes) - The length of the signature,
507   including the length of this field as well.
508
509 o Signature Data (variable length) - The signature signed
510   by the responder.  The receiver of this signature must
511   verify it.  The verification is done using the public
512   key received in this same payload.  See section 2.2
513   Key Exchange Procedure for detailed description how
514   to produce the signature.
515
516
517 .ti 0
518 2.2 Key Exchange Procedure
519
520 The key exchange begins by sending SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet with
521 Key Exchange Start Payload to select the security properties to be used
522 in the key exchange and later in the  communication.
523
524 After Key Exchange Start Payload has been processed by both of the
525 parties the protocol proceeds as follows:
526
527
528 Setup:  p is a large and public safe prime.  This is one of the
529         Diffie Hellman groups.  q is order of subgroup (largest
530         prime factor of p).  g is a generator and is defined
531         along with the Diffie Hellman group.
532
533     1.  Initiator generates a random number x, where 1 < x < q, 
534         and computes e = g ^ x mod p.  The result e is then 
535         encoded into Key Exchange 1 Payload and sent
536         to the responder.
537
538
539     2.  Responder generates a random number y, where 1 < y < q,
540         and computes f = g ^ y mod p.  It then computes the
541         shared secret KEY = e ^ y mod p, and, a hash value 
542         HASH = hash(Key Exchange Start Payload data | Host public 
543         key (or certificate) | e | f | KEY).  It then signs
544         the HASH value with its private key resulting a signature
545         SIGN.  
546
547         It then encodes its public key (or certificate), f and 
548         SIGN into Key Exchange 2 Payload and sends it to the 
549         initiator.
550
551
552     3.  Initiator verifies that the public key provided in
553         the payload is authentic, or if certificates are used
554         it verifies the certificate.  Initiator may accept
555         the public key without verifying it, however, doing
556         so may result to insecure key exchange (accepting the
557         public key without verifying may be desirable for 
558         practical reasons on many environments.  For long term
559         use this is never desirable, in which case certificates
560         would be the preferred method to use).
561
562         Initiator then computes the shared secret KEY = 
563         f ^ x mod p, and, a hash value HASH in the same way as
564         responder did in phase 2.  It then verifies the 
565         signature SIGN from the payload with the hash value
566         HASH using the received public key.
567
568
569 If any of these phases is to fail SILC_PACKET_FAILURE is sent to
570 indicate that the key exchange protocol failed.  Any other packets must
571 not be sent or accepted during the key exchange except the
572 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_*, SILC_PACKET_DISCONNECT, SILC_PACKET_FAILURE
573 and/or SILC_PACKET_SUCCESS packets.
574
575 The result of this protocol is a shared secret key material KEY and
576 a hash value HASH.  The key material itself is not fit to be used as 
577 a key, it needs to be processed further to derive the actual keys to be
578 used.  The key material is also used to produce other security parameters
579 later used in the communication.  See section 2.3 Processing the Key
580 Material for detailed description how to process the key material.
581
582 After the keys are processed the protocol is ended by sending the
583 SILC_PACKET_SUCCESS packet.  Both entities send this packet to 
584 each other.  After this both parties will start using the new keys.
585
586
587
588 .ti 0
589 2.3 Processing the Key Material
590
591 Key Exchange protocol produces secret shared key material KEY.  This
592 key material is used to derive the actual keys used in the encryption
593 of the communication channel.  The key material is also used to derive
594 other security parameters used in the communication.  Key Exchange
595 protocol produces a hash value HASH as well.  This is used in the key
596 deriving process as a session identifier.
597
598 Keys are derived from the key material as follows:
599
600 .in 6
601 Sending Initial Vector (IV)     = hash(0 | KEY | HASH)
602 Receiving Initial Vector (IV)   = hash(1 | KEY | HASH)
603 Sending Encryption Key          = hash(2 | KEY | HASH)
604 Receiving Encryption Key        = hash(3 | KEY | HASH)
605 HMAC Key                        = hash(4 | KEY | HASH)
606 .in 3
607
608
609 The Initial Vector (IV) is used in the encryption when doing for
610 example CBC mode.  As many bytes as needed are taken from the start of
611 the hash output for IV.  Sending IV is for sending key and receiving IV
612 is for receiving key.  For receiving party, the receiving IV is actually
613 sender's sending IV, and, the sending IV is actually sender's receiving
614 IV.  Initiator uses IV's as they are (sending IV for sending and
615 receiving IV for receiving).
616
617 The Encryption Keys are derived as well from the hash().  If the hash()
618 output is too short for the encryption algorithm more key material is
619 produced in following manner:
620
621 .in 6
622 K1 = hash(2 | KEY | HASH)
623 K2 = hash(KEY | K1)
624 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
625
626 Sending Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
627
628
629 K1 = hash(3 | KEY | HASH)
630 K2 = hash(KEY | K1)
631 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
632
633 Receiving Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
634 .in 3
635
636
637 The key is distributed by hashing the previous hash with the original
638 key material.  The final key is a concatenation of the hash values.
639 For Receiving Encryption Key the procedure is equivalent.  Sending key
640 is used only for encrypting data to be sent.  The receiving key is used
641 only to decrypt received data.  For receiving party, the receive key is
642 actually sender's sending key, and, the sending key is actually sender's
643 receiving key.  Initiator uses generated keys as they are (sending key
644 for sending and receiving key for sending).
645
646 The HMAC key is used to create MAC values to packets in the communication
647 channel.  As many bytes as needed are taken from the start of the hash
648 output.
649
650 These procedures are performed by all parties of the key exchange
651 protocol.  This must be done before the protocol has been ended by
652 sending the SILC_PACKET_SUCCESS packet.
653
654
655 .ti 0
656 2.4 SILC Key Exchange Groups
657
658 Following groups may be used in the SILC Key Exchange protocol.  The 
659 first group diffie-hellman-group1 is mandatory, other groups maybe 
660 negotiated to be used in the connection with Key Exchange Start Payload
661 and SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet.  However, the first group must be
662 proposed in the Key Exchange Start Payload regardless of any other
663 requested group (however, it doesn't have to be the first on the list).
664
665
666 .ti 0
667 2.4.1 diffie-hellman-group1
668
669 The length of this group is 1024 bits.  This is mandatory group.
670 The prime is 2^1024 - 2^960 - 1 + 2^64 * { [2^894 pi] + 129093 }.
671
672 Its decimal value is
673
674 .in 6
675 179769313486231590770839156793787453197860296048756011706444
676 423684197180216158519368947833795864925541502180565485980503
677 646440548199239100050792877003355816639229553136239076508735
678 759914822574862575007425302077447712589550957937778424442426
679 617334727629299387668709205606050270810842907692932019128194
680 467627007
681 .in 3
682
683 Its hexadecimal value is
684
685 .in 6
686 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
687 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
688 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
689 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
690 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE65381
691 FFFFFFFF FFFFFFFF
692 .in 3
693
694
695 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
696 (p - 1) / 2.
697
698 This group was taken from the OAKLEY specification.
699
700
701 .ti 0
702 2.4.2 diffie-hellman-group2
703
704 The length of this group is 1536 bits.  This is optional group.
705 The prime is 2^1536 - 2^1472 - 1 + 2^64 * { [2^1406 pi] + 741804 }.
706
707 Its decimal value is
708
709 .in 6
710 241031242692103258855207602219756607485695054850245994265411
711 694195810883168261222889009385826134161467322714147790401219
712 650364895705058263194273070680500922306273474534107340669624
713 601458936165977404102716924945320037872943417032584377865919
714 814376319377685986952408894019557734611984354530154704374720
715 774996976375008430892633929555996888245787241299381012913029
716 459299994792636526405928464720973038494721168143446471443848
717 8520940127459844288859336526896320919633919
718 .in 3
719
720 Its hexadecimal value is
721
722 .in 6
723 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
724 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
725 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
726 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
727 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE45B3D
728 C2007CB8 A163BF05 98DA4836 1C55D39A 69163FA8 FD24CF5F
729 83655D23 DCA3AD96 1C62F356 208552BB 9ED52907 7096966D
730 670C354E 4ABC9804 F1746C08 CA237327 FFFFFFFF FFFFFFFF
731 .in 3
732
733 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
734 (p - 1) / 2.
735
736 This group was taken from the OAKLEY specification.
737
738
739 .ti 0
740 2.5 Key Exchange Status Types
741
742 This section defines all key exchange protocol status types that may be
743 returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets to
744 indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
745 status types to human readable error message.  All types except the
746 SILC_SKE_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
747 Following status types are defined:
748
749 .in 6
750 0   SILC_SKE_STATUS_OK
751
752     Protocol were exeucted succesfully.
753
754
755 1   SILC_SKE_STATUS_ERROR
756
757     Unknown error occured.  No specific error type is defined.
758
759
760 2   SILC_SKE_STATUS_BAD_PAYLOAD
761
762     Provided KE payload were malformed or included bad fields.
763
764
765 3   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_GROUP
766
767     None of the provided groups were supported.
768
769
770 4   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_CIPHER
771
772     None of the provided ciphers were supported.
773
774
775 5   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PKCS
776
777     None of the provided public key algorithms were supported.
778
779
780 6   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HASH_FUNCTION
781
782     None of the provided hash functions were supported.
783
784
785 7   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PUBLIC_KEY
786
787     Provided public key type is not supported.
788
789
790 8   SILC_SKE_STATUS_INCORRECT_SIGNATURE
791
792     Provided signature was incorrect.
793 .in 3
794
795
796
797
798
799 .ti 0
800 3 SILC Connection Authentication Protocol
801
802 Purpose of Connection Authentication protocol is to authenticate the
803 connecting party with server.  Usually connecting party is client but
804 server may connect to server as well.  Its other purpose is to provide
805 information for the server about which type of connection this is.
806 The type defines whether this is client, server or router connection.
807 Server uses this information to create the ID for the connection.  After
808 the authentication protocol has been successfully completed 
809 SILC_PACKET_NEW_ID must be sent to the connecting party by the server.
810 See section New ID Payload in [SILC2] for detailed description for this
811 packet's payload.
812
813 Server must verify the authentication data received and if it is to fail
814 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
815 If everything checks out fine the protocol is ended by server by sending
816 SILC_PACKET_SUCCESS packet.
817
818 The protocol is executed after the SILC Key Exchange protocol.  It must
819 not be executed in any other time.  As it is performed after key exchange
820 protocol all traffic in the connection authentication protocol is
821 encrypted with the exchanged keys.
822
823 The protocol is started by the connecting party by sending
824 SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet with Connection Auth Payload,
825 described in the next section.  This payload must include the
826 authentication data.  Authentication data is set according
827 authentication method that must be known by both parties. If connecting
828 party does not know what is the mandatory authentication method it must
829 request it from the server by sending SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH_REQUEST
830 packet.  This packet is not part of this protocol and is described in
831 section Connection Auth Request Payload in [SILC2].  However, if
832 connecting party already knows the mandatory authentication method
833 sending the request is not necessary.
834
835 See [SILC1] and section Connection Auth Request Payload in [SILC2] also
836 for the list of different authentication methods.  Authentication method
837 may also be NONE, in which case the server does not require
838 authentication at all.  However, in this case the protocol still must be
839 executed; the authentication data just is empty indicating no
840 authentication is required.
841
842 If authentication method is passphrase the authentication data is
843 plaintext passphrase.  As the payload is entirely encrypted it is safe
844 to have plaintext passphrase.  3.2.1 Passphrase Authentication for
845 more information.
846
847
848 If authentication method is public key authentication the authentication
849 data is signature of the hash value HASH plus Key Exchange Start Payload,
850 established by the SILC Key Exchange protocol.  This signature must then
851 be verified by the server.  See section 3.2.2 Public Key Authentication
852 for more information.
853
854 The connecting party of this protocol must wait after successful execution
855 of this protocol for the SILC_PACKET_NEW_ID packet where it will receive
856 the ID it will be using in the SILC network.  Connecting party cannot
857 start normal SILC session (sending messages or commands) until it has
858 received its ID.  The ID's are always created by the server except
859 for server to server connection where servers create their own ID's.
860
861
862
863 .ti 0
864 3.1 Connection Auth Payload
865
866 Client sends this payload to authenticate itself to the server.  Server
867 connecting to another server also sends this payload.  Server receiving
868 this payload must verify all the data in it and if something is to fail
869 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
870
871 The payload may only be sent with SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet.
872 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
873 represent the Connection Auth Payload.
874
875
876 .in 5
877 .nf
878                      1                   2                   3
879  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
880 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
881 |        Payload Length         |        Connection Type        |
882 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
883 |                                                               |
884 ~                     Authentication Data                       ~
885 |                                                               |
886 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
887 .in 3
888  
889 .ce
890 Figure 4:  Connection Auth Payload
891
892
893 .in 6
894 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Connection 
895   Auth Payload.
896
897 o Connection Type (2 bytes) - Indicates the type of the 
898   connection.  See section Connection Auth Request Payload
899   in [SILC2] for the list of connection types.  This field must 
900   include valid connection type or the packet must be discarded 
901   and authentication must be failed. 
902
903 o Authentication Data (variable length) - The actual 
904   authentication data.  Contents of this depends on the 
905   authentication method known by both parties.  If no
906   authentication is required this field does not exist.
907 .in 3
908
909
910 .ti 0
911 3.2 Connection Authentication Types
912
913 SILC supports two authentication types to be used in the connection
914 authentication protocol; passphrase or public key based authentication.
915 Following sections defines the authentication methods.  See [SILC2]
916 for defined numerical authentication method types.
917
918
919 .ti 0
920 3.2.1 Passphrase Authentication
921
922 Passphrase authentication or pre-shared-key base authentication is 
923 simply an authentication where the party that wants to authenticate 
924 itself to the other end sends the passphrase that is required by
925 the other end, for example server.
926
927 If the passphrase matches with the one in the server's end the
928 authentication is successful.  Otherwise SILC_PACKET_FAILURE must be
929 sent to the sender and the protocol execution fails.
930
931 This is required authentication method to be supported by all SILC
932 implementations.
933
934
935 .ti 0
936 3.2.2 Public Key Authentication
937
938 Public key authentication may be used if passphrase based authentication
939 is not desired.  The public key authentication works by sending a
940 signature as authentication data to the other end, say, server.  The
941 server must then verify the signature by the public key of the sender,
942 which the server has received earlier in SKE protocol.
943
944 The signature is computed using the private key of the sender by signing
945 the HASH value provided by the SKE protocol previously, and the Key
946 Exchange Start Payload from SKE protocol that was sent to the server.
947 The server must verify the data, thus it must keep the HASH and the
948 Key Exchange Start Payload saved during SKE and authentication protocols.
949
950 If the verified signature matches the sent signature, the authentication
951 were successful and SILC_PACKET_SUCCESS is sent.  If it failed the protocol
952 execution is stopped and SILC_PACKET_FAILURE is sent.
953
954 This is required authentication method to be supported by all SILC
955 implementations.
956
957
958 .ti 0
959 3.3 Connection Authentication Status Types
960
961 This section defines all connection authentication status types that
962 may be returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets
963 to indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
964 status types to human readable error message.  All types except the
965 SILC_AUTH_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
966 Following status types are defined:
967
968 0   SILC_AUTH_OK
969
970     Protocol was executed succesfully.
971
972
973 1   SILC_AUTH_FAILED
974
975     Authentication failed.
976
977
978 .ti 0
979 4 Security Considerations
980
981 Security is central to the design of this protocol, and these security
982 considerations permeate the specification.
983
984
985 .ti 0
986 5 References
987
988 [SILC1]      Riikonen, P., "Secure Internet Live Conferencing (SILC),
989              Protocol Specification", Internet Draft, June 2000.
990
991 [SILC2]      Riikonen, P., "SILC Packet Protocol", Internet Draft,
992              June 2000.
993
994 [IRC]        Oikarinen, J., and Reed D., "Internet Relay Chat Protocol",
995              RFC 1459, May 1993.
996
997 [SSH-TRANS]  Ylonen, T., et al, "SSH Transport Layer Protocol", 
998              Internet Draft.
999
1000 [PGP]        Callas, J., et al, "OpenPGP Message Format", RFC 2440,
1001              November 1998.
1002
1003 [SPKI]       Ellison C., et al, "SPKI Certificate Theory", RFC 2693,
1004              September 1999.
1005
1006 [PKIX-Part1] Housley, R., et al, "Internet X.509 Public Key 
1007              Infrastructure, Certificate and CRL Profile", RFC 2459,
1008              January 1999.
1009
1010 [Schneier]   Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition",
1011              John Wiley & Sons, New York, NY, 1996.
1012
1013 [Menezes]    Menezes, A., et al, "Handbook of Applied Cryptography",
1014              CRC Press 1997.
1015
1016 [OAKLEY]     Orman, H., "The OAKLEY Key Determination Protocol",
1017              RFC 2412, November 1998.
1018
1019 [ISAKMP]     Maughan D., et al, "Internet Security Association and
1020              Key Management Protocol (ISAKMP)", RFC 2408, November
1021              1998.
1022
1023 [IKE]        Harkins D., and Carrel D., "The Internet Key Exhange
1024              (IKE)", RFC 2409, November 1998.
1025
1026 [HMAC]       Krawczyk, H., "HMAC: Keyed-Hashing for Message
1027              Authentication", RFC 2104, February 1997.
1028
1029
1030 .ti 0
1031 6 Author's Address
1032
1033 .nf
1034 Pekka Riikonen
1035 Kasarmikatu 11 A4
1036 70110 Kuopio
1037 Finland
1038
1039 EMail: priikone@poseidon.pspt.fi
1040
1041 This Internet-Draft expires 28 Jan 2001 
1042