updates.
[silc.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 6 October 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                      6 October 2000
20 Expires: 6 Jun 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
224 .in 5
225 .nf
226                      1                   2                   3
227  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
228 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
229 |   RESERVED    |     Flags     |         Payload Length        |
230 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
231 |                                                               |
232 +                                                               +  
233 |                                                               |
234 +                            Cookie                             +
235 |                                                               |
236 +                                                               +
237 |                                                               |
238 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
239 |     Version String Length     |                               |
240 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
241 |                                                               |
242 ~                         Version String                        ~
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 |         HMAC Length           |                               |
270 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
271 |                                                               |
272 ~                             HMACs                             ~
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 algorithm
352   list, not including any other field.
353
354 o Hash Algorithms (variable length) - The list of Hash
355   algorithms.  The hash algorithms are mainly used in the
356   SKE protocol.
357
358 o HMAC Length (2 bytes) - The length of the HMAC list, not
359   including any other field.
360
361 o HMACs (variable length) - The list of HMACs.  The HMAC's
362   are used to compute the Message Authentication Codes (MAC)
363   of the SILC packets.
364
365 o Compression Alg Length (2 bytes) - The length of the
366   compression algorithms list, not including any other field.
367
368 o Compression Algorithms (variable length) - The list of 
369   compression algorithms.
370 .in 3
371
372
373 .ti 0
374 2.1.2 Key Exchange 1 Payload
375
376 Key Exchange 1 Payload is used to deliver computed public data from 
377 initiator to responder.  This data is used to compute the shared secret,
378 later by all parties.  Key Exchange 1 Payload is only sent after the 
379 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet and the Key Exchange Start Payload has
380 been processed by all the parties.
381
382 This payload sends the initiator's public key to the responder.  Responder
383 may need the public key in which case it should be checked to be trusted
384 by the responder.
385  
386 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 packet.
387 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
388 represent the Key Exchange 1 Payload.
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405 .in 5
406 .nf
407                      1                   2                   3
408  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
409 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
410 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
411 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
412 |                                                               |
413 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
414 |                                                               |
415 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
416 |      Public Data Length       |                               |
417 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
418 |                                                               |
419 ~                 Public Data (e = g ^ x mod p)                 ~
420 |                                                               |
421 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
422 .in 3
423
424 .ce
425 Figure 2:  Key Exchange 1 Payload
426
427
428 .in 6
429 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
430   (or certificate) field, not including any other field.
431
432 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
433   type.  This field indicates the type of the public key in 
434   the packet.  Following types are defined:
435
436      1    SILC style public key (mandatory)
437      2    SSH2 style public key (optional)
438      3    X.509 Version 3 certificate (optional)
439      4    OpenPGP certificate (optional)
440      5    SPKI certificate (optional)
441
442   The only required type to support is type number 1.  See 
443   [SILC1] for the SILC public key specification.  See
444   SSH public key specification in [SSH-TRANS].  See X.509v3
445   certificate specification in [PKIX-Part1].  See OpenPGP
446   certificate specification in [PGP].  See SPKI certificate
447   specification in [SPKI].  If this field includes zero (0)
448   or unsupported type number the protocol must be aborted
449   sending SILC_PACKET_FAILURE message and the connection should
450   be closed immediately.
451
452 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
453   data computed by the responder, not including any other
454   field.
455
456 o Public Data (variable length) - The public data to be
457   sent to the responder.  See section 2.2 Key Exchange 
458   Procedure for detailed description how this field is
459   computed.  This value is binary encoded.
460 .in 3
461
462
463 .ti 0
464 2.1.3 Key Exchange 2 Payload
465
466 Key Exchange 2 Payload is used to deliver public key, computed public
467 data and signature from responder to initiator.  Initiator uses these
468 public parts of the key exchange protocol to compute the shared secret.
469
470 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_2 packet.
471 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
472 represent the Key Exchange 2 Payload.
473
474
475
476 .in 5
477 .nf
478                      1                   2                   3
479  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
480 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
481 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
482 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
483 |                                                               |
484 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
485 |                                                               |
486 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
487 |       Public Data Length      |                               |
488 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
489 |                                                               |
490 ~                 Public Data (f = g ^ y mod p)                 ~
491 |                                                               |
492 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
493 |        Signature Length       |                               |
494 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
495 |                                                               |
496 ~                        Signature Data                         ~
497 |                                                               |
498 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
499 .in 3
500
501 .ce
502 Figure 3:  Key Exchange 2 Payload
503
504
505
506 .in 6
507 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
508   (or certificate) field, not including any other field.
509
510 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
511   type.  This field indicates the type of the public key in 
512   the packet.  See previous sections for defined public key
513   types.
514
515 o Public Key of the host (variable length) - The public
516   key of the sender (or its certificate).  This is verified
517   by the receiver of the packet.  The type of this field
518   is indicated by previous Public Key Type field.
519
520 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
521   data computed by the responder, not including any other
522   field.
523
524 o Public Data (variable length) - The public data computed
525   by the responder.  See section 2.2 Key Exchange Procedure
526   for detailed description how this field is computed.  This
527   value is binary encoded.
528
529 o Signature Length (2 bytes) - The length of the signature,
530   not including any other field.
531
532 o Signature Data (variable length) - The signature signed
533   by the responder.  The receiver of this signature must
534   verify it.  The verification is done using the public
535   key received in this same payload.  See section 2.2
536   Key Exchange Procedure for detailed description how
537   to produce the signature.
538
539
540 .ti 0
541 2.2 Key Exchange Procedure
542
543 The key exchange begins by sending SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet with
544 Key Exchange Start Payload to select the security properties to be used
545 in the key exchange and later in the  communication.
546
547 After Key Exchange Start Payload has been processed by both of the
548 parties the protocol proceeds as follows:
549
550
551 Setup:  p is a large and public safe prime.  This is one of the
552         Diffie Hellman groups.  q is order of subgroup (largest
553         prime factor of p).  g is a generator and is defined
554         along with the Diffie Hellman group.
555
556     1.  Initiator generates a random number x, where 1 < x < q, 
557         and computes e = g ^ x mod p.  The result e is then 
558         encoded into Key Exchange 1 Payload and sent
559         to the responder.
560
561
562     2.  Responder generates a random number y, where 1 < y < q,
563         and computes f = g ^ y mod p.  It then computes the
564         shared secret KEY = e ^ y mod p, and, a hash value 
565         HASH = hash(Key Exchange Start Payload data | Host public 
566         key (or certificate) | e | f | KEY).  It then signs
567         the HASH value with its private key resulting a signature
568         SIGN.  
569
570         It then encodes its public key (or certificate), f and 
571         SIGN into Key Exchange 2 Payload and sends it to the 
572         initiator.
573
574
575     3.  Initiator verifies that the public key provided in
576         the payload is authentic, or if certificates are used
577         it verifies the certificate.  Initiator may accept
578         the public key without verifying it, however, doing
579         so may result to insecure key exchange (accepting the
580         public key without verifying may be desirable for 
581         practical reasons on many environments.  For long term
582         use this is never desirable, in which case certificates
583         would be the preferred method to use).
584
585         Initiator then computes the shared secret KEY = 
586         f ^ x mod p, and, a hash value HASH in the same way as
587         responder did in phase 2.  It then verifies the 
588         signature SIGN from the payload with the hash value
589         HASH using the received public key.
590
591
592 If any of these phases is to fail SILC_PACKET_FAILURE is sent to
593 indicate that the key exchange protocol has failed, and the connection
594 should be closed immediately.  Any other packets must not be sent or
595 accepted during the key exchange except the SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_*,
596 SILC_PACKET_FAILURE and SILC_PACKET_SUCCESS packets.
597
598 The result of this protocol is a shared secret key material KEY and
599 a hash value HASH.  The key material itself is not fit to be used as 
600 a key, it needs to be processed further to derive the actual keys to be
601 used.  The key material is also used to produce other security parameters
602 later used in the communication.  See section 2.3 Processing the Key
603 Material for detailed description how to process the key material.
604
605 After the keys are processed the protocol is ended by sending the
606 SILC_PACKET_SUCCESS packet.  Both entities send this packet to 
607 each other.  After this both parties will start using the new keys.
608
609
610
611
612 .ti 0
613 2.3 Processing the Key Material
614
615 Key Exchange protocol produces secret shared key material KEY.  This
616 key material is used to derive the actual keys used in the encryption
617 of the communication channel.  The key material is also used to derive
618 other security parameters used in the communication.  Key Exchange
619 protocol produces a hash value HASH as well.  This is used in the key
620 deriving process as a session identifier.
621
622 Keys are derived from the key material as follows:
623
624 .in 6
625 Sending Initial Vector (IV)     = hash(0 | KEY | HASH)
626 Receiving Initial Vector (IV)   = hash(1 | KEY | HASH)
627 Sending Encryption Key          = hash(2 | KEY | HASH)
628 Receiving Encryption Key        = hash(3 | KEY | HASH)
629 HMAC Key                        = hash(4 | KEY | HASH)
630 .in 3
631
632
633 The Initial Vector (IV) is used in the encryption when doing for
634 example CBC mode.  As many bytes as needed are taken from the start of
635 the hash output for IV.  Sending IV is for sending key and receiving IV
636 is for receiving key.  For receiving party, the receiving IV is actually
637 sender's sending IV, and, the sending IV is actually sender's receiving
638 IV.  Initiator uses IV's as they are (sending IV for sending and
639 receiving IV for receiving).
640
641 The Encryption Keys are derived as well from the hash().  If the hash()
642 output is too short for the encryption algorithm more key material is
643 produced in following manner:
644
645 .in 6
646 K1 = hash(2 | KEY | HASH)
647 K2 = hash(KEY | K1)
648 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
649
650 Sending Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
651
652
653 K1 = hash(3 | KEY | HASH)
654 K2 = hash(KEY | K1)
655 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
656
657 Receiving Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
658 .in 3
659
660
661 The key is distributed by hashing the previous hash with the original
662 key material.  The final key is a concatenation of the hash values.
663 For Receiving Encryption Key the procedure is equivalent.  Sending key
664 is used only for encrypting data to be sent.  The receiving key is used
665 only to decrypt received data.  For receiving party, the receive key is
666 actually sender's sending key, and, the sending key is actually sender's
667 receiving key.  Initiator uses generated keys as they are (sending key
668 for sending and receiving key for sending).
669
670 The HMAC key is used to create MAC values to packets in the communication
671 channel.  As many bytes as needed are taken from the start of the hash
672 output.
673
674 These procedures are performed by all parties of the key exchange
675 protocol.  This must be done before the protocol has been ended by
676 sending the SILC_PACKET_SUCCESS packet.
677
678
679 .ti 0
680 2.4 SILC Key Exchange Groups
681
682 Following groups may be used in the SILC Key Exchange protocol.  The 
683 first group diffie-hellman-group1 is mandatory, other groups maybe 
684 negotiated to be used in the connection with Key Exchange Start Payload
685 and SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet.  However, the first group must be
686 proposed in the Key Exchange Start Payload regardless of any other
687 requested group (however, it does not have to be the first on the list).
688
689
690 .ti 0
691 2.4.1 diffie-hellman-group1
692
693 The length of this group is 1024 bits.  This is mandatory group.
694 The prime is 2^1024 - 2^960 - 1 + 2^64 * { [2^894 pi] + 129093 }.
695
696 Its decimal value is
697
698 .in 6
699 179769313486231590770839156793787453197860296048756011706444
700 423684197180216158519368947833795864925541502180565485980503
701 646440548199239100050792877003355816639229553136239076508735
702 759914822574862575007425302077447712589550957937778424442426
703 617334727629299387668709205606050270810842907692932019128194
704 467627007
705 .in 3
706
707 Its hexadecimal value is
708
709 .in 6
710 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
711 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
712 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
713 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
714 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE65381
715 FFFFFFFF FFFFFFFF
716 .in 3
717
718
719 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
720 (p - 1) / 2.
721
722 This group was taken from the OAKLEY specification.
723
724
725 .ti 0
726 2.4.2 diffie-hellman-group2
727
728 The length of this group is 1536 bits.  This is optional group.
729 The prime is 2^1536 - 2^1472 - 1 + 2^64 * { [2^1406 pi] + 741804 }.
730
731 Its decimal value is
732
733 .in 6
734 241031242692103258855207602219756607485695054850245994265411
735 694195810883168261222889009385826134161467322714147790401219
736 650364895705058263194273070680500922306273474534107340669624
737 601458936165977404102716924945320037872943417032584377865919
738 814376319377685986952408894019557734611984354530154704374720
739 774996976375008430892633929555996888245787241299381012913029
740 459299994792636526405928464720973038494721168143446471443848
741 8520940127459844288859336526896320919633919
742 .in 3
743
744 Its hexadecimal value is
745
746 .in 6
747 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
748 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
749 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
750 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
751 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE45B3D
752 C2007CB8 A163BF05 98DA4836 1C55D39A 69163FA8 FD24CF5F
753 83655D23 DCA3AD96 1C62F356 208552BB 9ED52907 7096966D
754 670C354E 4ABC9804 F1746C08 CA237327 FFFFFFFF FFFFFFFF
755 .in 3
756
757 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
758 (p - 1) / 2.
759
760 This group was taken from the OAKLEY specification.
761
762
763 .ti 0
764 2.5 Key Exchange Status Types
765
766 This section defines all key exchange protocol status types that may be
767 returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets to
768 indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
769 status types to human readable error message.  All types except the
770 SILC_SKE_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
771 The length of status is 32 bits (4 bytes). Following status types are 
772 defined:
773
774 .in 6
775 0   SILC_SKE_STATUS_OK
776
777     Protocol were executed successfully.
778
779
780 1   SILC_SKE_STATUS_ERROR
781
782     Unknown error occured.  No specific error type is defined.
783
784
785 2   SILC_SKE_STATUS_BAD_PAYLOAD
786
787     Provided KE payload were malformed or included bad fields.
788
789
790 3   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_GROUP
791
792     None of the provided groups were supported.
793
794
795 4   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_CIPHER
796
797     None of the provided ciphers were supported.
798
799
800 5   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PKCS
801
802     None of the provided public key algorithms were supported.
803
804
805 6   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HASH_FUNCTION
806
807     None of the provided hash functions were supported.
808
809
810 7   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HMAC
811
812     None of the provided HMACs were supported.
813
814
815 8   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PUBLIC_KEY
816
817     Provided public key type is not supported.
818
819
820 9   SILC_SKE_STATUS_INCORRECT_SIGNATURE
821
822     Provided signature was incorrect.
823
824
825 10   SILC_SKE_STATUS_BAD_VERSION
826
827     Provided version string was not acceptable.
828 .in 3
829
830
831
832
833
834 .ti 0
835 3 SILC Connection Authentication Protocol
836
837 Purpose of Connection Authentication protocol is to authenticate the
838 connecting party with server.  Usually connecting party is client but
839 server may connect to server as well.  Its other purpose is to provide
840 information for the server about which type of connection this is.
841 The type defines whether this is client, server or router connection.
842 Server uses this information to create the ID for the connection.  After
843 the authentication protocol has been successfully completed 
844 SILC_PACKET_NEW_ID must be sent to the connecting party by the server.
845 See section New ID Payload in [SILC2] for detailed description for this
846 packet's payload.
847
848 Server must verify the authentication data received and if it is to fail
849 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
850 If everything checks out fine the protocol is ended by server by sending
851 SILC_PACKET_SUCCESS packet.
852
853 The protocol is executed after the SILC Key Exchange protocol.  It must
854 not be executed in any other time.  As it is performed after key exchange
855 protocol all traffic in the connection authentication protocol is
856 encrypted with the exchanged keys.
857
858 The protocol is started by the connecting party by sending
859 SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet with Connection Auth Payload,
860 described in the next section.  This payload must include the
861 authentication data.  Authentication data is set according
862 authentication method that must be known by both parties. If connecting
863 party does not know what is the mandatory authentication method it must
864 request it from the server by sending SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH_REQUEST
865 packet.  This packet is not part of this protocol and is described in
866 section Connection Auth Request Payload in [SILC2].  However, if
867 connecting party already knows the mandatory authentication method
868 sending the request is not necessary.
869
870 See [SILC1] and section Connection Auth Request Payload in [SILC2] also
871 for the list of different authentication methods.  Authentication method
872 may also be NONE, in which case the server does not require
873 authentication at all.  However, in this case the protocol still must be
874 executed; the authentication data just is empty indicating no
875 authentication is required.
876
877 If authentication method is passphrase the authentication data is
878 plaintext passphrase.  As the payload is entirely encrypted it is safe
879 to have plaintext passphrase.  3.2.1 Passphrase Authentication for
880 more information.
881
882
883 If authentication method is public key authentication the authentication
884 data is signature of the hash value HASH plus Key Exchange Start Payload,
885 established by the SILC Key Exchange protocol.  This signature must then
886 be verified by the server.  See section 3.2.2 Public Key Authentication
887 for more information.
888
889 The connecting party of this protocol must wait after successful execution
890 of this protocol for the SILC_PACKET_NEW_ID packet where it will receive
891 the ID it will be using in the SILC network.  Connecting party cannot
892 start normal SILC session (sending messages or commands) until it has
893 received its ID.  The ID's are always created by the server except
894 for server to server connection where servers create their own ID's.
895
896
897
898 .ti 0
899 3.1 Connection Auth Payload
900
901 Client sends this payload to authenticate itself to the server.  Server
902 connecting to another server also sends this payload.  Server receiving
903 this payload must verify all the data in it and if something is to fail
904 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
905
906 The payload may only be sent with SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet.
907 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
908 represent the Connection Auth Payload.
909
910
911 .in 5
912 .nf
913                      1                   2                   3
914  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
915 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
916 |        Payload Length         |        Connection Type        |
917 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
918 |                                                               |
919 ~                     Authentication Data                       ~
920 |                                                               |
921 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
922 .in 3
923  
924 .ce
925 Figure 4:  Connection Auth Payload
926
927
928 .in 6
929 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Connection 
930   Auth Payload.
931
932 o Connection Type (2 bytes) - Indicates the type of the 
933   connection.  See section Connection Auth Request Payload
934   in [SILC2] for the list of connection types.  This field must 
935   include valid connection type or the packet must be discarded 
936   and authentication must be failed. 
937
938 o Authentication Data (variable length) - The actual 
939   authentication data.  Contents of this depends on the 
940   authentication method known by both parties.  If no
941   authentication is required this field does not exist.
942 .in 3
943
944
945 .ti 0
946 3.2 Connection Authentication Types
947
948 SILC supports two authentication types to be used in the connection
949 authentication protocol; passphrase or public key based authentication.
950 Following sections defines the authentication methods.  See [SILC2]
951 for defined numerical authentication method types.
952
953
954 .ti 0
955 3.2.1 Passphrase Authentication
956
957 Passphrase authentication or pre-shared-key base authentication is 
958 simply an authentication where the party that wants to authenticate 
959 itself to the other end sends the passphrase that is required by
960 the other end, for example server.
961
962 If the passphrase matches with the one in the server's end the
963 authentication is successful.  Otherwise SILC_PACKET_FAILURE must be
964 sent to the sender and the protocol execution fails.
965
966 This is required authentication method to be supported by all SILC
967 implementations.
968
969
970 .ti 0
971 3.2.2 Public Key Authentication
972
973 Public key authentication may be used if passphrase based authentication
974 is not desired.  The public key authentication works by sending a
975 signature as authentication data to the other end, say, server.  The
976 server must then verify the signature by the public key of the sender,
977 which the server has received earlier in SKE protocol.
978
979 The signature is computed using the private key of the sender by signing
980 the HASH value provided by the SKE protocol previously, and the Key
981 Exchange Start Payload from SKE protocol that was sent to the server.
982 The server must verify the data, thus it must keep the HASH and the
983 Key Exchange Start Payload saved during SKE and authentication protocols.
984
985 If the verified signature matches the sent signature, the authentication
986 were successful and SILC_PACKET_SUCCESS is sent.  If it failed the protocol
987 execution is stopped and SILC_PACKET_FAILURE is sent.
988
989 This is required authentication method to be supported by all SILC
990 implementations.
991
992
993 .ti 0
994 3.3 Connection Authentication Status Types
995
996 This section defines all connection authentication status types that
997 may be returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets
998 to indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
999 status types to human readable error message.  All types except the
1000 SILC_AUTH_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
1001 The length of status is 32 bits (4 bytes). Following status types are 
1002 defined:
1003
1004 0   SILC_AUTH_OK
1005
1006     Protocol was executed successfully.
1007
1008
1009 1   SILC_AUTH_FAILED
1010
1011     Authentication failed.
1012
1013
1014 .ti 0
1015 4 Security Considerations
1016
1017 Security is central to the design of this protocol, and these security
1018 considerations permeate the specification.  Common security considerations
1019 such as keeping private keys truly private and using adequate lengths for 
1020 symmetric and asymmetric keys must be followed in order to maintain the   
1021 security of this protocol.
1022
1023
1024 .ti 0
1025 5 References
1026
1027 [SILC1]      Riikonen, P., "Secure Internet Live Conferencing (SILC),
1028              Protocol Specification", Internet Draft, June 2000.
1029
1030 [SILC2]      Riikonen, P., "SILC Packet Protocol", Internet Draft,
1031              June 2000.
1032
1033 [IRC]        Oikarinen, J., and Reed D., "Internet Relay Chat Protocol",
1034              RFC 1459, May 1993.
1035
1036 [IRC-ARCH]   Kalt, C., "Internet Relay Chat: Architecture", RFC 2810,
1037              April 2000.
1038
1039 [IRC-CHAN]   Kalt, C., "Internet Relay Chat: Channel Management", RFC
1040              2811, April 2000.
1041
1042 [IRC-CLIENT] Kalt, C., "Internet Relay Chat: Client Protocol", RFC
1043              2812, April 2000.
1044
1045 [IRC-SERVER] Kalt, C., "Internet Relay Chat: Server Protocol", RFC
1046              2813, April 2000.
1047
1048 [SSH-TRANS]  Ylonen, T., et al, "SSH Transport Layer Protocol", 
1049              Internet Draft.
1050
1051 [PGP]        Callas, J., et al, "OpenPGP Message Format", RFC 2440,
1052              November 1998.
1053
1054 [SPKI]       Ellison C., et al, "SPKI Certificate Theory", RFC 2693,
1055              September 1999.
1056
1057 [PKIX-Part1] Housley, R., et al, "Internet X.509 Public Key 
1058              Infrastructure, Certificate and CRL Profile", RFC 2459,
1059              January 1999.
1060
1061 [Schneier]   Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition",
1062              John Wiley & Sons, New York, NY, 1996.
1063
1064 [Menezes]    Menezes, A., et al, "Handbook of Applied Cryptography",
1065              CRC Press 1997.
1066
1067 [OAKLEY]     Orman, H., "The OAKLEY Key Determination Protocol",
1068              RFC 2412, November 1998.
1069
1070 [ISAKMP]     Maughan D., et al, "Internet Security Association and
1071              Key Management Protocol (ISAKMP)", RFC 2408, November
1072              1998.
1073
1074 [IKE]        Harkins D., and Carrel D., "The Internet Key Exchange
1075              (IKE)", RFC 2409, November 1998.
1076
1077 [HMAC]       Krawczyk, H., "HMAC: Keyed-Hashing for Message
1078              Authentication", RFC 2104, February 1997.
1079
1080 [PKCS1]      Kalinski, B., and Staddon, J., "PKCS #1 RSA Cryptography
1081              Specifications, Version 2.0", RFC 2437, October 1998.
1082
1083
1084 .ti 0
1085 6 Author's Address
1086
1087 .nf
1088 Pekka Riikonen
1089 Kasarmikatu 11 A4
1090 70110 Kuopio
1091 Finland
1092
1093 EMail: priikone@poseidon.pspt.fi
1094
1095 This Internet-Draft expires 6 Jun 2001 
1096