A LOT updates. Cannot separate. :)
[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 |    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, not including any other field.
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 Version String Length (2 bytes) - The length of the Version
318   String field, not including any other field.
319
320 o Version String (variable length) - Indicates the version of
321   the sender of this payload.  Initiator sets this when sending
322   the payload and responder sets this when it replies by sending
323   this payload.  See [SILC1] for definition of the version
324   string format.
325
326 o Key Exchange Grp Length (2 bytes) - The length of the
327   key exchange group list, not including any other field.
328
329 o Key Exchange Group (variable length) - The list of
330   key exchange groups.  See the section 2.1.2 SILC Key Exchange
331   Groups for definitions of these groups.
332
333 o PKCS Alg Length (2 bytes) - The length of the PKCS algorithms
334   list, not including any other field.
335
336 o PKCS Algorithms (variable length) - The list of PKCS 
337   algorithms.
338
339 o Encryption Alg Length (2 bytes) - The length of the encryption
340   algorithms list, not including any other field.
341
342 o Encryption Algorithms (variable length) - The list of
343   encryption algorithms.
344
345 o Hash Alg Length (2 bytes) - The length of the Hash algorithms
346   list, not including any other field.
347
348 o Hash Algorithms (variable length) - The list of Hash algorithms.
349
350 o Compression Alg Length (2 bytes) - The length of the
351   compression algorithms list, not including any other field.
352
353 o Compression Algorithms (variable length) - The list of 
354   compression algorithms.
355 .in 3
356
357
358 .ti 0
359 2.1.2 Key Exchange 1 Payload
360
361 Key Exchange 1 Payload is used to deliver computed public data from 
362 initiator to responder.  This data is used to compute the shared secret,
363 later by all parties.  Key Exchange 1 Payload is only sent after the 
364 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet and the Key Exchange Start Payload has
365 been processed by all the parties.
366
367 This payload sends the initiator's public key to the responder.  Responder
368 may need the public key in which case it should be checked to be trusted
369 by the responder.
370  
371 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 packet.
372 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
373 represent the Key Exchange 1 Payload.
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390 .in 5
391 .nf
392                      1                   2                   3
393  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
394 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
395 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
396 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
397 |                                                               |
398 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
399 |                                                               |
400 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
401 |      Public Data Length       |                               |
402 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
403 |                                                               |
404 ~                 Public Data (e = g ^ x mod p)                 ~
405 |                                                               |
406 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
407 .in 3
408
409 .ce
410 Figure 2:  Key Exchange 1 Payload
411
412
413 .in 6
414 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
415   (or certificate) field, not including any other field.
416
417 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
418   type.  This field indicates the type of the public key in 
419   the packet.  Following types are defined:
420
421      1    SILC style public key (mandatory)
422      2    SSH2 style public key (optional)
423      3    X.509 Version 3 certificate (optional)
424      4    OpenPGP certificate (optional)
425      5    SPKI certificate (optional)
426
427   The only required type to support is type number 1.  See 
428   [SILC1] for the SILC public key specification.  See
429   SSH public key specification in [SSH-TRANS].  See X.509v3
430   certificate specification in [PKIX-Part1].  See OpenPGP
431   certificate specification in [PGP].  See SPKI certificate
432   specification in [SPKI].  If this field includes zero (0)
433   or unsupported type number the protocol must be aborted
434   sending SILC_PACKET_FAILURE message.
435
436 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
437   data computed by the responder, not including any other
438   field.
439
440 o Public Data (variable length) - The public data to be
441   sent to the responder.  See section 2.2 Key Exchange 
442   Procedure for detailed description how this field is
443   computed.  This value is binary encoded.
444 .in 3
445
446
447 .ti 0
448 2.1.3 Key Exchange 2 Payload
449
450 Key Exchange 2 Payload is used to deliver public key, computed public
451 data and signature from responder to initiator.  Initiator uses these
452 public parts of the key exchange protocol to compute the shared secret.
453
454 The payload may only be sent with SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_2 packet.
455 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
456 represent the Key Exchange 2 Payload.
457
458
459
460 .in 5
461 .nf
462                      1                   2                   3
463  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
464 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
465 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
466 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
467 |                                                               |
468 ~            Public Key of the Host (or certificate)            ~
469 |                                                               |
470 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
471 |       Public Data Length      |                               |
472 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
473 |                                                               |
474 ~                 Public Data (f = g ^ y mod p)                 ~
475 |                                                               |
476 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
477 |        Signature Length       |                               |
478 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
479 |                                                               |
480 ~                        Signature Data                         ~
481 |                                                               |
482 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
483 .in 3
484
485 .ce
486 Figure 3:  Key Exchange 2 Payload
487
488
489
490 .in 6
491 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
492   (or certificate) field, not including any other field.
493
494 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
495   type.  This field indicates the type of the public key in 
496   the packet.  See previous sections for defined public key
497   types.
498
499 o Public Key of the host (variable length) - The public
500   key of the sender (or its certificate).  This is verified
501   by the receiver of the packet.  The type of this field
502   is indicated by previous Public Key Type field.
503
504 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the public
505   data computed by the responder, not including any other
506   field.
507
508 o Public Data (variable length) - The public data computed
509   by the responder.  See section 2.2 Key Exchange Procedure
510   for detailed description how this field is computed.  This
511   value is binary encoded.
512
513 o Signature Length (2 bytes) - The length of the signature,
514   not including any other field.
515
516 o Signature Data (variable length) - The signature signed
517   by the responder.  The receiver of this signature must
518   verify it.  The verification is done using the public
519   key received in this same payload.  See section 2.2
520   Key Exchange Procedure for detailed description how
521   to produce the signature.
522
523
524 .ti 0
525 2.2 Key Exchange Procedure
526
527 The key exchange begins by sending SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet with
528 Key Exchange Start Payload to select the security properties to be used
529 in the key exchange and later in the  communication.
530
531 After Key Exchange Start Payload has been processed by both of the
532 parties the protocol proceeds as follows:
533
534
535 Setup:  p is a large and public safe prime.  This is one of the
536         Diffie Hellman groups.  q is order of subgroup (largest
537         prime factor of p).  g is a generator and is defined
538         along with the Diffie Hellman group.
539
540     1.  Initiator generates a random number x, where 1 < x < q, 
541         and computes e = g ^ x mod p.  The result e is then 
542         encoded into Key Exchange 1 Payload and sent
543         to the responder.
544
545
546     2.  Responder generates a random number y, where 1 < y < q,
547         and computes f = g ^ y mod p.  It then computes the
548         shared secret KEY = e ^ y mod p, and, a hash value 
549         HASH = hash(Key Exchange Start Payload data | Host public 
550         key (or certificate) | e | f | KEY).  It then signs
551         the HASH value with its private key resulting a signature
552         SIGN.  
553
554         It then encodes its public key (or certificate), f and 
555         SIGN into Key Exchange 2 Payload and sends it to the 
556         initiator.
557
558
559     3.  Initiator verifies that the public key provided in
560         the payload is authentic, or if certificates are used
561         it verifies the certificate.  Initiator may accept
562         the public key without verifying it, however, doing
563         so may result to insecure key exchange (accepting the
564         public key without verifying may be desirable for 
565         practical reasons on many environments.  For long term
566         use this is never desirable, in which case certificates
567         would be the preferred method to use).
568
569         Initiator then computes the shared secret KEY = 
570         f ^ x mod p, and, a hash value HASH in the same way as
571         responder did in phase 2.  It then verifies the 
572         signature SIGN from the payload with the hash value
573         HASH using the received public key.
574
575
576 If any of these phases is to fail SILC_PACKET_FAILURE is sent to
577 indicate that the key exchange protocol failed.  Any other packets must
578 not be sent or accepted during the key exchange except the
579 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_*, SILC_PACKET_DISCONNECT, SILC_PACKET_FAILURE
580 and/or SILC_PACKET_SUCCESS packets.
581
582 The result of this protocol is a shared secret key material KEY and
583 a hash value HASH.  The key material itself is not fit to be used as 
584 a key, it needs to be processed further to derive the actual keys to be
585 used.  The key material is also used to produce other security parameters
586 later used in the communication.  See section 2.3 Processing the Key
587 Material for detailed description how to process the key material.
588
589 After the keys are processed the protocol is ended by sending the
590 SILC_PACKET_SUCCESS packet.  Both entities send this packet to 
591 each other.  After this both parties will start using the new keys.
592
593
594
595
596 .ti 0
597 2.3 Processing the Key Material
598
599 Key Exchange protocol produces secret shared key material KEY.  This
600 key material is used to derive the actual keys used in the encryption
601 of the communication channel.  The key material is also used to derive
602 other security parameters used in the communication.  Key Exchange
603 protocol produces a hash value HASH as well.  This is used in the key
604 deriving process as a session identifier.
605
606 Keys are derived from the key material as follows:
607
608 .in 6
609 Sending Initial Vector (IV)     = hash(0 | KEY | HASH)
610 Receiving Initial Vector (IV)   = hash(1 | KEY | HASH)
611 Sending Encryption Key          = hash(2 | KEY | HASH)
612 Receiving Encryption Key        = hash(3 | KEY | HASH)
613 HMAC Key                        = hash(4 | KEY | HASH)
614 .in 3
615
616
617 The Initial Vector (IV) is used in the encryption when doing for
618 example CBC mode.  As many bytes as needed are taken from the start of
619 the hash output for IV.  Sending IV is for sending key and receiving IV
620 is for receiving key.  For receiving party, the receiving IV is actually
621 sender's sending IV, and, the sending IV is actually sender's receiving
622 IV.  Initiator uses IV's as they are (sending IV for sending and
623 receiving IV for receiving).
624
625 The Encryption Keys are derived as well from the hash().  If the hash()
626 output is too short for the encryption algorithm more key material is
627 produced in following manner:
628
629 .in 6
630 K1 = hash(2 | KEY | HASH)
631 K2 = hash(KEY | K1)
632 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
633
634 Sending Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
635
636
637 K1 = hash(3 | KEY | HASH)
638 K2 = hash(KEY | K1)
639 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
640
641 Receiving Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
642 .in 3
643
644
645 The key is distributed by hashing the previous hash with the original
646 key material.  The final key is a concatenation of the hash values.
647 For Receiving Encryption Key the procedure is equivalent.  Sending key
648 is used only for encrypting data to be sent.  The receiving key is used
649 only to decrypt received data.  For receiving party, the receive key is
650 actually sender's sending key, and, the sending key is actually sender's
651 receiving key.  Initiator uses generated keys as they are (sending key
652 for sending and receiving key for sending).
653
654 The HMAC key is used to create MAC values to packets in the communication
655 channel.  As many bytes as needed are taken from the start of the hash
656 output.
657
658 These procedures are performed by all parties of the key exchange
659 protocol.  This must be done before the protocol has been ended by
660 sending the SILC_PACKET_SUCCESS packet.
661
662
663 .ti 0
664 2.4 SILC Key Exchange Groups
665
666 Following groups may be used in the SILC Key Exchange protocol.  The 
667 first group diffie-hellman-group1 is mandatory, other groups maybe 
668 negotiated to be used in the connection with Key Exchange Start Payload
669 and SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet.  However, the first group must be
670 proposed in the Key Exchange Start Payload regardless of any other
671 requested group (however, it does not have to be the first on the list).
672
673
674 .ti 0
675 2.4.1 diffie-hellman-group1
676
677 The length of this group is 1024 bits.  This is mandatory group.
678 The prime is 2^1024 - 2^960 - 1 + 2^64 * { [2^894 pi] + 129093 }.
679
680 Its decimal value is
681
682 .in 6
683 179769313486231590770839156793787453197860296048756011706444
684 423684197180216158519368947833795864925541502180565485980503
685 646440548199239100050792877003355816639229553136239076508735
686 759914822574862575007425302077447712589550957937778424442426
687 617334727629299387668709205606050270810842907692932019128194
688 467627007
689 .in 3
690
691 Its hexadecimal value is
692
693 .in 6
694 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
695 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
696 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
697 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
698 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE65381
699 FFFFFFFF FFFFFFFF
700 .in 3
701
702
703 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
704 (p - 1) / 2.
705
706 This group was taken from the OAKLEY specification.
707
708
709 .ti 0
710 2.4.2 diffie-hellman-group2
711
712 The length of this group is 1536 bits.  This is optional group.
713 The prime is 2^1536 - 2^1472 - 1 + 2^64 * { [2^1406 pi] + 741804 }.
714
715 Its decimal value is
716
717 .in 6
718 241031242692103258855207602219756607485695054850245994265411
719 694195810883168261222889009385826134161467322714147790401219
720 650364895705058263194273070680500922306273474534107340669624
721 601458936165977404102716924945320037872943417032584377865919
722 814376319377685986952408894019557734611984354530154704374720
723 774996976375008430892633929555996888245787241299381012913029
724 459299994792636526405928464720973038494721168143446471443848
725 8520940127459844288859336526896320919633919
726 .in 3
727
728 Its hexadecimal value is
729
730 .in 6
731 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
732 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
733 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
734 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
735 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE45B3D
736 C2007CB8 A163BF05 98DA4836 1C55D39A 69163FA8 FD24CF5F
737 83655D23 DCA3AD96 1C62F356 208552BB 9ED52907 7096966D
738 670C354E 4ABC9804 F1746C08 CA237327 FFFFFFFF FFFFFFFF
739 .in 3
740
741 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
742 (p - 1) / 2.
743
744 This group was taken from the OAKLEY specification.
745
746
747 .ti 0
748 2.5 Key Exchange Status Types
749
750 This section defines all key exchange protocol status types that may be
751 returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets to
752 indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
753 status types to human readable error message.  All types except the
754 SILC_SKE_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
755 The length of status is 32 bits (4 bytes). Following status types are 
756 defined:
757
758 .in 6
759 0   SILC_SKE_STATUS_OK
760
761     Protocol were executed successfully.
762
763
764 1   SILC_SKE_STATUS_ERROR
765
766     Unknown error occured.  No specific error type is defined.
767
768
769 2   SILC_SKE_STATUS_BAD_PAYLOAD
770
771     Provided KE payload were malformed or included bad fields.
772
773
774 3   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_GROUP
775
776     None of the provided groups were supported.
777
778
779 4   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_CIPHER
780
781     None of the provided ciphers were supported.
782
783
784 5   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PKCS
785
786     None of the provided public key algorithms were supported.
787
788
789 6   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HASH_FUNCTION
790
791     None of the provided hash functions were supported.
792
793
794 7   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PUBLIC_KEY
795
796     Provided public key type is not supported.
797
798
799 8   SILC_SKE_STATUS_INCORRECT_SIGNATURE
800
801     Provided signature was incorrect.
802
803
804 9   SILC_SKE_STATUS_BAD_VERSION
805
806     Provided version string was not acceptable.
807 .in 3
808
809
810
811
812
813 .ti 0
814 3 SILC Connection Authentication Protocol
815
816 Purpose of Connection Authentication protocol is to authenticate the
817 connecting party with server.  Usually connecting party is client but
818 server may connect to server as well.  Its other purpose is to provide
819 information for the server about which type of connection this is.
820 The type defines whether this is client, server or router connection.
821 Server uses this information to create the ID for the connection.  After
822 the authentication protocol has been successfully completed 
823 SILC_PACKET_NEW_ID must be sent to the connecting party by the server.
824 See section New ID Payload in [SILC2] for detailed description for this
825 packet's payload.
826
827 Server must verify the authentication data received and if it is to fail
828 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
829 If everything checks out fine the protocol is ended by server by sending
830 SILC_PACKET_SUCCESS packet.
831
832 The protocol is executed after the SILC Key Exchange protocol.  It must
833 not be executed in any other time.  As it is performed after key exchange
834 protocol all traffic in the connection authentication protocol is
835 encrypted with the exchanged keys.
836
837 The protocol is started by the connecting party by sending
838 SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet with Connection Auth Payload,
839 described in the next section.  This payload must include the
840 authentication data.  Authentication data is set according
841 authentication method that must be known by both parties. If connecting
842 party does not know what is the mandatory authentication method it must
843 request it from the server by sending SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH_REQUEST
844 packet.  This packet is not part of this protocol and is described in
845 section Connection Auth Request Payload in [SILC2].  However, if
846 connecting party already knows the mandatory authentication method
847 sending the request is not necessary.
848
849 See [SILC1] and section Connection Auth Request Payload in [SILC2] also
850 for the list of different authentication methods.  Authentication method
851 may also be NONE, in which case the server does not require
852 authentication at all.  However, in this case the protocol still must be
853 executed; the authentication data just is empty indicating no
854 authentication is required.
855
856 If authentication method is passphrase the authentication data is
857 plaintext passphrase.  As the payload is entirely encrypted it is safe
858 to have plaintext passphrase.  3.2.1 Passphrase Authentication for
859 more information.
860
861
862 If authentication method is public key authentication the authentication
863 data is signature of the hash value HASH plus Key Exchange Start Payload,
864 established by the SILC Key Exchange protocol.  This signature must then
865 be verified by the server.  See section 3.2.2 Public Key Authentication
866 for more information.
867
868 The connecting party of this protocol must wait after successful execution
869 of this protocol for the SILC_PACKET_NEW_ID packet where it will receive
870 the ID it will be using in the SILC network.  Connecting party cannot
871 start normal SILC session (sending messages or commands) until it has
872 received its ID.  The ID's are always created by the server except
873 for server to server connection where servers create their own ID's.
874
875
876
877 .ti 0
878 3.1 Connection Auth Payload
879
880 Client sends this payload to authenticate itself to the server.  Server
881 connecting to another server also sends this payload.  Server receiving
882 this payload must verify all the data in it and if something is to fail
883 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
884
885 The payload may only be sent with SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet.
886 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
887 represent the Connection Auth Payload.
888
889
890 .in 5
891 .nf
892                      1                   2                   3
893  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
894 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
895 |        Payload Length         |        Connection Type        |
896 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
897 |                                                               |
898 ~                     Authentication Data                       ~
899 |                                                               |
900 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
901 .in 3
902  
903 .ce
904 Figure 4:  Connection Auth Payload
905
906
907 .in 6
908 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Connection 
909   Auth Payload.
910
911 o Connection Type (2 bytes) - Indicates the type of the 
912   connection.  See section Connection Auth Request Payload
913   in [SILC2] for the list of connection types.  This field must 
914   include valid connection type or the packet must be discarded 
915   and authentication must be failed. 
916
917 o Authentication Data (variable length) - The actual 
918   authentication data.  Contents of this depends on the 
919   authentication method known by both parties.  If no
920   authentication is required this field does not exist.
921 .in 3
922
923
924 .ti 0
925 3.2 Connection Authentication Types
926
927 SILC supports two authentication types to be used in the connection
928 authentication protocol; passphrase or public key based authentication.
929 Following sections defines the authentication methods.  See [SILC2]
930 for defined numerical authentication method types.
931
932
933 .ti 0
934 3.2.1 Passphrase Authentication
935
936 Passphrase authentication or pre-shared-key base authentication is 
937 simply an authentication where the party that wants to authenticate 
938 itself to the other end sends the passphrase that is required by
939 the other end, for example server.
940
941 If the passphrase matches with the one in the server's end the
942 authentication is successful.  Otherwise SILC_PACKET_FAILURE must be
943 sent to the sender and the protocol execution fails.
944
945 This is required authentication method to be supported by all SILC
946 implementations.
947
948
949 .ti 0
950 3.2.2 Public Key Authentication
951
952 Public key authentication may be used if passphrase based authentication
953 is not desired.  The public key authentication works by sending a
954 signature as authentication data to the other end, say, server.  The
955 server must then verify the signature by the public key of the sender,
956 which the server has received earlier in SKE protocol.
957
958 The signature is computed using the private key of the sender by signing
959 the HASH value provided by the SKE protocol previously, and the Key
960 Exchange Start Payload from SKE protocol that was sent to the server.
961 The server must verify the data, thus it must keep the HASH and the
962 Key Exchange Start Payload saved during SKE and authentication protocols.
963
964 If the verified signature matches the sent signature, the authentication
965 were successful and SILC_PACKET_SUCCESS is sent.  If it failed the protocol
966 execution is stopped and SILC_PACKET_FAILURE is sent.
967
968 This is required authentication method to be supported by all SILC
969 implementations.
970
971
972 .ti 0
973 3.3 Connection Authentication Status Types
974
975 This section defines all connection authentication status types that
976 may be returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets
977 to indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
978 status types to human readable error message.  All types except the
979 SILC_AUTH_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
980 The length of status is 32 bits (4 bytes). Following status types are 
981 defined:
982
983 0   SILC_AUTH_OK
984
985     Protocol was executed successfully.
986
987
988 1   SILC_AUTH_FAILED
989
990     Authentication failed.
991
992
993 .ti 0
994 4 Security Considerations
995
996 Security is central to the design of this protocol, and these security
997 considerations permeate the specification.
998
999
1000 .ti 0
1001 5 References
1002
1003 [SILC1]      Riikonen, P., "Secure Internet Live Conferencing (SILC),
1004              Protocol Specification", Internet Draft, June 2000.
1005
1006 [SILC2]      Riikonen, P., "SILC Packet Protocol", Internet Draft,
1007              June 2000.
1008
1009 [IRC]        Oikarinen, J., and Reed D., "Internet Relay Chat Protocol",
1010              RFC 1459, May 1993.
1011
1012 [SSH-TRANS]  Ylonen, T., et al, "SSH Transport Layer Protocol", 
1013              Internet Draft.
1014
1015 [PGP]        Callas, J., et al, "OpenPGP Message Format", RFC 2440,
1016              November 1998.
1017
1018 [SPKI]       Ellison C., et al, "SPKI Certificate Theory", RFC 2693,
1019              September 1999.
1020
1021 [PKIX-Part1] Housley, R., et al, "Internet X.509 Public Key 
1022              Infrastructure, Certificate and CRL Profile", RFC 2459,
1023              January 1999.
1024
1025 [Schneier]   Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition",
1026              John Wiley & Sons, New York, NY, 1996.
1027
1028 [Menezes]    Menezes, A., et al, "Handbook of Applied Cryptography",
1029              CRC Press 1997.
1030
1031 [OAKLEY]     Orman, H., "The OAKLEY Key Determination Protocol",
1032              RFC 2412, November 1998.
1033
1034 [ISAKMP]     Maughan D., et al, "Internet Security Association and
1035              Key Management Protocol (ISAKMP)", RFC 2408, November
1036              1998.
1037
1038 [IKE]        Harkins D., and Carrel D., "The Internet Key Exchange
1039              (IKE)", RFC 2409, November 1998.
1040
1041 [HMAC]       Krawczyk, H., "HMAC: Keyed-Hashing for Message
1042              Authentication", RFC 2104, February 1997.
1043
1044
1045 .ti 0
1046 6 Author's Address
1047
1048 .nf
1049 Pekka Riikonen
1050 Kasarmikatu 11 A4
1051 70110 Kuopio
1052 Finland
1053
1054 EMail: priikone@poseidon.pspt.fi
1055
1056 This Internet-Draft expires 6 Jun 2001 
1057