Merge commit 'origin/silc.1.1.branch'
[silc.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 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-00.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-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 |     Version String Length     |                               |
246 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
247 |                                                               |
248 ~                         Version String                        ~
249 |                                                               |
250 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
251 |   Key Exchange Grp Length     |                               |
252 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
253 |                                                               |
254 ~                      Key Exchange Groups                      ~
255 |                                                               |
256 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
257 |        PKCS Alg Length        |                               |
258 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
259 |                                                               |
260 ~                         PKCS Algorithms                       ~
261 |                                                               |
262 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
263 |     Encryption Alg Length     |                               |
264 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
265 |                                                               |
266 ~                      Encryption Algorithms                    ~
267 |                                                               |
268 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
269 |       Hash Alg Length         |                               |
270 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
271 |                                                               |
272 ~                        Hash Algorithms                        ~
273 |                                                               |
274 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
275 |    Compression Alg Length     |                               |
276 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
277 |                                                               |
278 ~                     Compression Algorithms                    ~
279 |                                                               |
280 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
281 .in 3
282
283 .ce
284 Figure 1:  Key Exchange Start Payload
285
286
287
288 .in 6
289 o RESERVED (1 byte) - Reserved field.  Sender fills this with
290   zeroes (0).
291
292 o Flags (1 byte) - Indicates flags to be used in the key
293   exchange.  Several flags can be set at once by ORing the
294   flags together.  Following flags are reserved for this field.
295
296      No flags              0x00
297
298        In this case the field is ignored.
299
300      No Reply              0x01
301
302        If set the receiver of the payload does not reply to 
303        the packet.
304
305      PFS                   0x02
306
307        Perfect Forward Secrecy (PFS) to be used in the
308        key exchange protocol.  If not set, re-keying
309        is performed using the old key.  When PFS is used, 
310        re-keying and creating new keys for any particular 
311        purpose will cause new key exchange.
312
313        Rest of the flags are reserved for the future and
314        must not be set.
315
316 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Key Exchange
317   Start payload, not including any other field.
318
319 o Cookie (16 bytes) - Cookie that uniforms this payload so
320   that each of the party cannot determine the payload before
321   hand.
322
323 o Version String Length (2 bytes) - The length of the Version
324   String field, not including any other field.
325
326 o Version String (variable length) - Indicates the version of
327   the sender of this payload.  Initiator sets this when sending
328   the payload and responder sets this when it replies by sending
329   this payload.  See [SILC1] for definition of the version
330   string format.
331
332 o Key Exchange Grp Length (2 bytes) - The length of the
333   key exchange group list, not including any other field.
334
335 o Key Exchange Group (variable length) - The list of
336   key exchange groups.  See the section 2.1.2 SILC Key Exchange
337   Groups for definitions of these groups.
338
339 o PKCS Alg Length (2 bytes) - The length of the PKCS algorithms
340   list, not including any other field.
341
342 o PKCS Algorithms (variable length) - The list of PKCS 
343   algorithms.
344
345 o Encryption Alg Length (2 bytes) - The length of the encryption
346   algorithms list, not including any other field.
347
348 o Encryption Algorithms (variable length) - The list of
349   encryption algorithms.
350
351 o Hash Alg Length (2 bytes) - The length of the Hash algorithms
352   list, not including any other field.
353
354 o Hash Algorithms (variable length) - The list of Hash algorithms.
355
356 o Compression Alg Length (2 bytes) - The length of the
357   compression algorithms list, not including any other field.
358
359 o Compression Algorithms (variable length) - The list of 
360   compression algorithms.
361 .in 3
362
363
364 .ti 0
365 2.1.2 Key Exchange 1 Payload
366
367 Key Exchange 1 Payload is used to deliver computed public data from 
368 initiator to responder.  This data is used to compute the shared secret,
369 later by all parties.  Key Exchange 1 Payload is only sent after the 
370 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet and the Key Exchange Start Payload has
371 been processed by all the parties.
372
373 This payload sends the initiator's public key to the responder.  Responder
374 may need the public key in which case it should be checked to be trusted
375 by the responder.
376  
377 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 packet.
378 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
379 represent the Key Exchange 1 Payload.
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396 .in 5
397 .nf
398                      1                   2                   3
399  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
400 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
401 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
402 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
403 |                                                               |
404 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
405 |                                                               |
406 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
407 |      Public Data Length       |                               |
408 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
409 |                                                               |
410 ~                 Public Data (e = g ^ x mod p)                 ~
411 |                                                               |
412 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
413 .in 3
414
415 .ce
416 Figure 2:  Key Exchange 1 Payload
417
418
419 .in 6
420 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
421   (or certificate) field, not including any other field.
422
423 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
424   type.  This field indicates the type of the public key in 
425   the packet.  Following types are defined:
426
427      1    SILC style public key (mandatory)
428      2    SSH2 style public key (optional)
429      3    X.509 Version 3 certificate (optional)
430      4    OpenPGP certificate (optional)
431      5    SPKI certificate (optional)
432
433   The only required type to support is type number 1.  See 
434   [SILC1] for the SILC public key specification.  See
435   SSH public key specification in [SSH-TRANS].  See X.509v3
436   certificate specification in [PKIX-Part1].  See OpenPGP
437   certificate specification in [PGP].  See SPKI certificate
438   specification in [SPKI].  If this field includes zero (0)
439   or unsupported type number the protocol must be aborted
440   sending SILC_PACKET_FAILURE message.
441
442 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
443   data computed by the responder, not including any other
444   field.
445
446 o Public Data (variable length) - The public data to be
447   sent to the responder.  See section 2.2 Key Exchange 
448   Procedure for detailed description how this field is
449   computed.  This value is binary encoded.
450 .in 3
451
452
453 .ti 0
454 2.1.3 Key Exchange 2 Payload
455
456 Key Exchange 2 Payload is used to deliver public key, computed public
457 data and signature from responder to initiator.  Initiator uses these
458 public parts of the key exchange protocol to compute the shared secret.
459
460 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_2 packet.
461 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
462 represent the Key Exchange 2 Payload.
463
464
465
466 .in 5
467 .nf
468                      1                   2                   3
469  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
470 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
471 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
472 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
473 |                                                               |
474 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
475 |                                                               |
476 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
477 |       Public Data Length      |                               |
478 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
479 |                                                               |
480 ~                 Public Data (f = g ^ y mod p)                 ~
481 |                                                               |
482 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
483 |        Signature Length       |                               |
484 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
485 |                                                               |
486 ~                        Signature Data                         ~
487 |                                                               |
488 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
489 .in 3
490
491 .ce
492 Figure 3:  Key Exchange 2 Payload
493
494
495
496 .in 6
497 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
498   (or certificate) field, not including any other field.
499
500 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
501   type.  This field indicates the type of the public key in 
502   the packet.  See previous sections for defined public key
503   types.
504
505 o Public Key of the host (variable length) - The public
506   key of the sender (or its certificate).  This is verified
507   by the receiver of the packet.  The type of this field
508   is indicated by previous Public Key Type field.
509
510 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
511   data computed by the responder, not including any other
512   field.
513
514 o Public Data (variable length) - The public data computed
515   by the responder.  See section 2.2 Key Exchange Procedure
516   for detailed description how this field is computed.  This
517   value is binary encoded.
518
519 o Signature Length (2 bytes) - The length of the signature,
520   not including any other field.
521
522 o Signature Data (variable length) - The signature signed
523   by the responder.  The receiver of this signature must
524   verify it.  The verification is done using the public
525   key received in this same payload.  See section 2.2
526   Key Exchange Procedure for detailed description how
527   to produce the signature.
528
529
530 .ti 0
531 2.2 Key Exchange Procedure
532
533 The key exchange begins by sending SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet with
534 Key Exchange Start Payload to select the security properties to be used
535 in the key exchange and later in the  communication.
536
537 After Key Exchange Start Payload has been processed by both of the
538 parties the protocol proceeds as follows:
539
540
541 Setup:  p is a large and public safe prime.  This is one of the
542         Diffie Hellman groups.  q is order of subgroup (largest
543         prime factor of p).  g is a generator and is defined
544         along with the Diffie Hellman group.
545
546     1.  Initiator generates a random number x, where 1 < x < q, 
547         and computes e = g ^ x mod p.  The result e is then 
548         encoded into Key Exchange 1 Payload and sent
549         to the responder.
550
551
552     2.  Responder generates a random number y, where 1 < y < q,
553         and computes f = g ^ y mod p.  It then computes the
554         shared secret KEY = e ^ y mod p, and, a hash value 
555         HASH = hash(Key Exchange Start Payload data | Host public 
556         key (or certificate) | e | f | KEY).  It then signs
557         the HASH value with its private key resulting a signature
558         SIGN.  
559
560         It then encodes its public key (or certificate), f and 
561         SIGN into Key Exchange 2 Payload and sends it to the 
562         initiator.
563
564
565     3.  Initiator verifies that the public key provided in
566         the payload is authentic, or if certificates are used
567         it verifies the certificate.  Initiator may accept
568         the public key without verifying it, however, doing
569         so may result to insecure key exchange (accepting the
570         public key without verifying may be desirable for 
571         practical reasons on many environments.  For long term
572         use this is never desirable, in which case certificates
573         would be the preferred method to use).
574
575         Initiator then computes the shared secret KEY = 
576         f ^ x mod p, and, a hash value HASH in the same way as
577         responder did in phase 2.  It then verifies the 
578         signature SIGN from the payload with the hash value
579         HASH using the received public key.
580
581
582 If any of these phases is to fail SILC_PACKET_FAILURE is sent to
583 indicate that the key exchange protocol failed.  Any other packets must
584 not be sent or accepted during the key exchange except the
585 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_*, SILC_PACKET_DISCONNECT, SILC_PACKET_FAILURE
586 and/or SILC_PACKET_SUCCESS packets.
587
588 The result of this protocol is a shared secret key material KEY and
589 a hash value HASH.  The key material itself is not fit to be used as 
590 a key, it needs to be processed further to derive the actual keys to be
591 used.  The key material is also used to produce other security parameters
592 later used in the communication.  See section 2.3 Processing the Key
593 Material for detailed description how to process the key material.
594
595 After the keys are processed the protocol is ended by sending the
596 SILC_PACKET_SUCCESS packet.  Both entities send this packet to 
597 each other.  After this both parties will start using the new keys.
598
599
600
601 .ti 0
602 2.3 Processing the Key Material
603
604 Key Exchange protocol produces secret shared key material KEY.  This
605 key material is used to derive the actual keys used in the encryption
606 of the communication channel.  The key material is also used to derive
607 other security parameters used in the communication.  Key Exchange
608 protocol produces a hash value HASH as well.  This is used in the key
609 deriving process as a session identifier.
610
611 Keys are derived from the key material as follows:
612
613 .in 6
614 Sending Initial Vector (IV)     = hash(0 | KEY | HASH)
615 Receiving Initial Vector (IV)   = hash(1 | KEY | HASH)
616 Sending Encryption Key          = hash(2 | KEY | HASH)
617 Receiving Encryption Key        = hash(3 | KEY | HASH)
618 HMAC Key                        = hash(4 | KEY | HASH)
619 .in 3
620
621
622 The Initial Vector (IV) is used in the encryption when doing for
623 example CBC mode.  As many bytes as needed are taken from the start of
624 the hash output for IV.  Sending IV is for sending key and receiving IV
625 is for receiving key.  For receiving party, the receiving IV is actually
626 sender's sending IV, and, the sending IV is actually sender's receiving
627 IV.  Initiator uses IV's as they are (sending IV for sending and
628 receiving IV for receiving).
629
630 The Encryption Keys are derived as well from the hash().  If the hash()
631 output is too short for the encryption algorithm more key material is
632 produced in following manner:
633
634 .in 6
635 K1 = hash(2 | KEY | HASH)
636 K2 = hash(KEY | K1)
637 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
638
639 Sending Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
640
641
642 K1 = hash(3 | KEY | HASH)
643 K2 = hash(KEY | K1)
644 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
645
646 Receiving Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
647 .in 3
648
649
650 The key is distributed by hashing the previous hash with the original
651 key material.  The final key is a concatenation of the hash values.
652 For Receiving Encryption Key the procedure is equivalent.  Sending key
653 is used only for encrypting data to be sent.  The receiving key is used
654 only to decrypt received data.  For receiving party, the receive key is
655 actually sender's sending key, and, the sending key is actually sender's
656 receiving key.  Initiator uses generated keys as they are (sending key
657 for sending and receiving key for sending).
658
659 The HMAC key is used to create MAC values to packets in the communication
660 channel.  As many bytes as needed are taken from the start of the hash
661 output.
662
663 These procedures are performed by all parties of the key exchange
664 protocol.  This must be done before the protocol has been ended by
665 sending the SILC_PACKET_SUCCESS packet.
666
667
668 .ti 0
669 2.4 SILC Key Exchange Groups
670
671 Following groups may be used in the SILC Key Exchange protocol.  The 
672 first group diffie-hellman-group1 is mandatory, other groups maybe 
673 negotiated to be used in the connection with Key Exchange Start Payload
674 and SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet.  However, the first group must be
675 proposed in the Key Exchange Start Payload regardless of any other
676 requested group (however, it doesn't have to be the first on the list).
677
678
679 .ti 0
680 2.4.1 diffie-hellman-group1
681
682 The length of this group is 1024 bits.  This is mandatory group.
683 The prime is 2^1024 - 2^960 - 1 + 2^64 * { [2^894 pi] + 129093 }.
684
685 Its decimal value is
686
687 .in 6
688 179769313486231590770839156793787453197860296048756011706444
689 423684197180216158519368947833795864925541502180565485980503
690 646440548199239100050792877003355816639229553136239076508735
691 759914822574862575007425302077447712589550957937778424442426
692 617334727629299387668709205606050270810842907692932019128194
693 467627007
694 .in 3
695
696 Its hexadecimal value is
697
698 .in 6
699 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
700 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
701 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
702 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
703 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE65381
704 FFFFFFFF FFFFFFFF
705 .in 3
706
707
708 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
709 (p - 1) / 2.
710
711 This group was taken from the OAKLEY specification.
712
713
714 .ti 0
715 2.4.2 diffie-hellman-group2
716
717 The length of this group is 1536 bits.  This is optional group.
718 The prime is 2^1536 - 2^1472 - 1 + 2^64 * { [2^1406 pi] + 741804 }.
719
720 Its decimal value is
721
722 .in 6
723 241031242692103258855207602219756607485695054850245994265411
724 694195810883168261222889009385826134161467322714147790401219
725 650364895705058263194273070680500922306273474534107340669624
726 601458936165977404102716924945320037872943417032584377865919
727 814376319377685986952408894019557734611984354530154704374720
728 774996976375008430892633929555996888245787241299381012913029
729 459299994792636526405928464720973038494721168143446471443848
730 8520940127459844288859336526896320919633919
731 .in 3
732
733 Its hexadecimal value is
734
735 .in 6
736 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
737 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
738 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
739 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
740 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE45B3D
741 C2007CB8 A163BF05 98DA4836 1C55D39A 69163FA8 FD24CF5F
742 83655D23 DCA3AD96 1C62F356 208552BB 9ED52907 7096966D
743 670C354E 4ABC9804 F1746C08 CA237327 FFFFFFFF FFFFFFFF
744 .in 3
745
746 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
747 (p - 1) / 2.
748
749 This group was taken from the OAKLEY specification.
750
751
752 .ti 0
753 2.5 Key Exchange Status Types
754
755 This section defines all key exchange protocol status types that may be
756 returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets to
757 indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
758 status types to human readable error message.  All types except the
759 SILC_SKE_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
760 Following status types are defined:
761
762 .in 6
763 0   SILC_SKE_STATUS_OK
764
765     Protocol were exeucted succesfully.
766
767
768 1   SILC_SKE_STATUS_ERROR
769
770     Unknown error occured.  No specific error type is defined.
771
772
773 2   SILC_SKE_STATUS_BAD_PAYLOAD
774
775     Provided KE payload were malformed or included bad fields.
776
777
778 3   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_GROUP
779
780     None of the provided groups were supported.
781
782
783 4   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_CIPHER
784
785     None of the provided ciphers were supported.
786
787
788 5   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PKCS
789
790     None of the provided public key algorithms were supported.
791
792
793 6   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HASH_FUNCTION
794
795     None of the provided hash functions were supported.
796
797
798 7   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PUBLIC_KEY
799
800     Provided public key type is not supported.
801
802
803 8   SILC_SKE_STATUS_INCORRECT_SIGNATURE
804
805     Provided signature was incorrect.
806 .in 3
807
808
809
810
811
812 .ti 0
813 3 SILC Connection Authentication Protocol
814
815 Purpose of Connection Authentication protocol is to authenticate the
816 connecting party with server.  Usually connecting party is client but
817 server may connect to server as well.  Its other purpose is to provide
818 information for the server about which type of connection this is.
819 The type defines whether this is client, server or router connection.
820 Server uses this information to create the ID for the connection.  After
821 the authentication protocol has been successfully completed 
822 SILC_PACKET_NEW_ID must be sent to the connecting party by the server.
823 See section New ID Payload in [SILC2] for detailed description for this
824 packet's payload.
825
826 Server must verify the authentication data received and if it is to fail
827 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
828 If everything checks out fine the protocol is ended by server by sending
829 SILC_PACKET_SUCCESS packet.
830
831 The protocol is executed after the SILC Key Exchange protocol.  It must
832 not be executed in any other time.  As it is performed after key exchange
833 protocol all traffic in the connection authentication protocol is
834 encrypted with the exchanged keys.
835
836 The protocol is started by the connecting party by sending
837 SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet with Connection Auth Payload,
838 described in the next section.  This payload must include the
839 authentication data.  Authentication data is set according
840 authentication method that must be known by both parties. If connecting
841 party does not know what is the mandatory authentication method it must
842 request it from the server by sending SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH_REQUEST
843 packet.  This packet is not part of this protocol and is described in
844 section Connection Auth Request Payload in [SILC2].  However, if
845 connecting party already knows the mandatory authentication method
846 sending the request is not necessary.
847
848 See [SILC1] and section Connection Auth Request Payload in [SILC2] also
849 for the list of different authentication methods.  Authentication method
850 may also be NONE, in which case the server does not require
851 authentication at all.  However, in this case the protocol still must be
852 executed; the authentication data just is empty indicating no
853 authentication is required.
854
855 If authentication method is passphrase the authentication data is
856 plaintext passphrase.  As the payload is entirely encrypted it is safe
857 to have plaintext passphrase.  3.2.1 Passphrase Authentication for
858 more information.
859
860
861 If authentication method is public key authentication the authentication
862 data is signature of the hash value HASH plus Key Exchange Start Payload,
863 established by the SILC Key Exchange protocol.  This signature must then
864 be verified by the server.  See section 3.2.2 Public Key Authentication
865 for more information.
866
867 The connecting party of this protocol must wait after successful execution
868 of this protocol for the SILC_PACKET_NEW_ID packet where it will receive
869 the ID it will be using in the SILC network.  Connecting party cannot
870 start normal SILC session (sending messages or commands) until it has
871 received its ID.  The ID's are always created by the server except
872 for server to server connection where servers create their own ID's.
873
874
875
876 .ti 0
877 3.1 Connection Auth Payload
878
879 Client sends this payload to authenticate itself to the server.  Server
880 connecting to another server also sends this payload.  Server receiving
881 this payload must verify all the data in it and if something is to fail
882 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
883
884 The payload may only be sent with SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet.
885 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
886 represent the Connection Auth Payload.
887
888
889 .in 5
890 .nf
891                      1                   2                   3
892  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
893 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
894 |        Payload Length         |        Connection Type        |
895 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
896 |                                                               |
897 ~                     Authentication Data                       ~
898 |                                                               |
899 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
900 .in 3
901  
902 .ce
903 Figure 4:  Connection Auth Payload
904
905
906 .in 6
907 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Connection 
908   Auth Payload.
909
910 o Connection Type (2 bytes) - Indicates the type of the 
911   connection.  See section Connection Auth Request Payload
912   in [SILC2] for the list of connection types.  This field must 
913   include valid connection type or the packet must be discarded 
914   and authentication must be failed. 
915
916 o Authentication Data (variable length) - The actual 
917   authentication data.  Contents of this depends on the 
918   authentication method known by both parties.  If no
919   authentication is required this field does not exist.
920 .in 3
921
922
923 .ti 0
924 3.2 Connection Authentication Types
925
926 SILC supports two authentication types to be used in the connection
927 authentication protocol; passphrase or public key based authentication.
928 Following sections defines the authentication methods.  See [SILC2]
929 for defined numerical authentication method types.
930
931
932 .ti 0
933 3.2.1 Passphrase Authentication
934
935 Passphrase authentication or pre-shared-key base authentication is 
936 simply an authentication where the party that wants to authenticate 
937 itself to the other end sends the passphrase that is required by
938 the other end, for example server.
939
940 If the passphrase matches with the one in the server's end the
941 authentication is successful.  Otherwise SILC_PACKET_FAILURE must be
942 sent to the sender and the protocol execution fails.
943
944 This is required authentication method to be supported by all SILC
945 implementations.
946
947
948 .ti 0
949 3.2.2 Public Key Authentication
950
951 Public key authentication may be used if passphrase based authentication
952 is not desired.  The public key authentication works by sending a
953 signature as authentication data to the other end, say, server.  The
954 server must then verify the signature by the public key of the sender,
955 which the server has received earlier in SKE protocol.
956
957 The signature is computed using the private key of the sender by signing
958 the HASH value provided by the SKE protocol previously, and the Key
959 Exchange Start Payload from SKE protocol that was sent to the server.
960 The server must verify the data, thus it must keep the HASH and the
961 Key Exchange Start Payload saved during SKE and authentication protocols.
962
963 If the verified signature matches the sent signature, the authentication
964 were successful and SILC_PACKET_SUCCESS is sent.  If it failed the protocol
965 execution is stopped and SILC_PACKET_FAILURE is sent.
966
967 This is required authentication method to be supported by all SILC
968 implementations.
969
970
971 .ti 0
972 3.3 Connection Authentication Status Types
973
974 This section defines all connection authentication status types that
975 may be returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets
976 to indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
977 status types to human readable error message.  All types except the
978 SILC_AUTH_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
979 Following status types are defined:
980
981 0   SILC_AUTH_OK
982
983     Protocol was executed succesfully.
984
985
986 1   SILC_AUTH_FAILED
987
988     Authentication failed.
989
990
991 .ti 0
992 4 Security Considerations
993
994 Security is central to the design of this protocol, and these security
995 considerations permeate the specification.
996
997
998 .ti 0
999 5 References
1000
1001 [SILC1]      Riikonen, P., "Secure Internet Live Conferencing (SILC),
1002              Protocol Specification", Internet Draft, June 2000.
1003
1004 [SILC2]      Riikonen, P., "SILC Packet Protocol", Internet Draft,
1005              June 2000.
1006
1007 [IRC]        Oikarinen, J., and Reed D., "Internet Relay Chat Protocol",
1008              RFC 1459, May 1993.
1009
1010 [SSH-TRANS]  Ylonen, T., et al, "SSH Transport Layer Protocol", 
1011              Internet Draft.
1012
1013 [PGP]        Callas, J., et al, "OpenPGP Message Format", RFC 2440,
1014              November 1998.
1015
1016 [SPKI]       Ellison C., et al, "SPKI Certificate Theory", RFC 2693,
1017              September 1999.
1018
1019 [PKIX-Part1] Housley, R., et al, "Internet X.509 Public Key 
1020              Infrastructure, Certificate and CRL Profile", RFC 2459,
1021              January 1999.
1022
1023 [Schneier]   Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition",
1024              John Wiley & Sons, New York, NY, 1996.
1025
1026 [Menezes]    Menezes, A., et al, "Handbook of Applied Cryptography",
1027              CRC Press 1997.
1028
1029 [OAKLEY]     Orman, H., "The OAKLEY Key Determination Protocol",
1030              RFC 2412, November 1998.
1031
1032 [ISAKMP]     Maughan D., et al, "Internet Security Association and
1033              Key Management Protocol (ISAKMP)", RFC 2408, November
1034              1998.
1035
1036 [IKE]        Harkins D., and Carrel D., "The Internet Key Exhange
1037              (IKE)", RFC 2409, November 1998.
1038
1039 [HMAC]       Krawczyk, H., "HMAC: Keyed-Hashing for Message
1040              Authentication", RFC 2104, February 1997.
1041
1042
1043 .ti 0
1044 6 Author's Address
1045
1046 .nf
1047 Pekka Riikonen
1048 Kasarmikatu 11 A4
1049 70110 Kuopio
1050 Finland
1051
1052 EMail: priikone@poseidon.pspt.fi
1053
1054 This Internet-Draft expires 13 May 2001 
1055