updates.
[silc.git] / doc / draft-riikonen-silc-ke-auth-02.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-02.txt                      XXXXXXXXXXXXXX
20 Expires: XXX
21
22 .in 3
23
24 .ce 2
25 SILC Key Exchange and Authentication Protocols
26 <draft-riikonen-silc-ke-auth-02.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 Payload ................................  7
81   2.2 Key Exchange Procedure .................................... 10
82   2.3 Processing the Key Material ............................... 12
83   2.4 SILC Key Exchange Groups .................................. 13
84       2.4.1 diffie-hellman-group1 ............................... 13
85       2.4.2 diffie-hellman-group2 ............................... 14
86   2.5 Key Exchange Status Types ................................. 14
87 3 SILC Connection Authentication Protocol ....................... 16
88   3.1 Connection Auth Payload ................................... 17
89   3.2 Connection Authentication Types ........................... 18
90       3.2.1 Passphrase Authentication ........................... 18
91       3.2.2 Public Key Authentication ........................... 18
92   3.3 Connection Authentication Status Types .................... 19
93 4 Security Considerations ....................................... 19
94 5 References .................................................... 19
95 6 Author's Address .............................................. 20
96
97
98 .ti 0
99 List of Figures
100
101 .nf
102 Figure 1:  Key Exchange Start Payload
103 Figure 2:  Key Exchange Payload
104 Figure 3:  Connection Auth Payload
105
106
107 .ti 0
108 1 Introduction
109
110 This memo describes two protocols used in the Secure Internet Live
111 Conferencing (SILC) protocol specified in the Secure Internet Live
112 Conferencing, Protocol Specification Internet-Draft [SILC1].  The
113 SILC Key Exchange (SKE) protocol provides secure key exchange between
114 two parties resulting into shared secret key material.  The protocol
115 is based on Diffie Hellman key exchange algorithm and its functionality
116 is derived from several key exchange protocols.  SKE uses best parts
117 of the SSH2 Key Exchange protocol, Station-To-Station (STS) protocol
118 and the OAKLEY Key Determination protocol.
119
120 The SILC Connection Authentication protocol provides user level
121 authentication used when creating connections in SILC network.  The
122 protocol is transparent to the authentication data which means that it
123 can be used to authenticate the user with, for example, passphrase
124 (pre-shared- secret) or public key (and certificate).
125
126 The basis of secure SILC session requires strong and secure key exchange
127 protocol and authentication.  The authentication protocol is entirely
128 secured and no authentication data is ever sent in the network without
129 encrypting and authenticating it first.  Thus, authentication protocol
130 may be used only after the key exchange protocol has been successfully
131 completed.
132
133 This document refers constantly to other SILC protocol specification
134 Internet Drafts that are a must read for those who wants to understand
135 the function of these protocols.  The most important references are
136 the Secure Internet Live Conferencing, Protocol Specification [SILC1]
137 and SILC Packet Protocol [SILC2] Internet Drafts.
138
139 The protocol is intended to be used with the SILC protocol thus it
140 does not define own framework that could be used.  The framework is
141 provided by the SILC protocol.
142
143
144 .ti 0
145 2 SILC Key Exchange Protocol
146
147 SILC Key Exchange Protocol (SKE) is used to exchange shared secret
148 between connecting entities.  The result of this protocol is a key
149 material used to secure the communication channel.  The protocol uses
150 Diffie-Hellman key exchange algorithm and its functionality is derived
151 from several key exchange protocols.  SKE uses best parts of the SSH2
152 Key Exchange protocol, Station-To-Station (STS) protocol and the OAKLEY
153 Key Determination protocol.  The protocol does not claim any conformance
154 to any of these protocols, they were merely used as a reference when
155 designing this protocol.
156
157 The purpose of SILC Key Exchange protocol is to create session keys to
158 be used in current SILC session.  The keys are valid only for some period
159 of time (usually an hour) or at most until the session ends.  These keys
160 are used to protect packets like commands, command replies and other
161 communication between two entities.  If connection is server to server
162 connection, the keys are used to protect all traffic between those
163 servers.  In client connections usually all the packets are protected
164 with this key except channel messages; channels has their own keys and 
165 they are not exchanged with this protocol.
166
167 The Diffie-Hellman implementation used in the SILC should be compliant
168 to the PKCS #3.
169
170
171 .ti 0
172 2.1 Key Exchange Payloads
173
174 During the key exchange procedure public data is sent between initiator
175 and responder.  This data is later used in the key exchange procedure.
176 There are several payloads used in the key exchange.  As for all SILC
177 packets, SILC Packet Header, described in [SILC2], is at the start of all
178 packets, the same is done with these payloads as well.  All fields in
179 all payloads are always in MSB (most significant byte first) order.
180 Following descriptions of these payloads.
181
182
183 .ti 0
184 2.1.1 Key Exchange Start Payload
185
186 Key exchange between two entities always begins with the
187 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet containing Key Exchange Start Payload.
188 Initiator sends the Key Exchange Start Payload to the responder filled with
189 all security properties it supports.  The responders then checks whether
190 it supports the security properties.
191
192 It then sends a Key Exchange Start Payload to the initiator filled with
193 security properties it selected from the original payload.  The payload sent
194 by responder must include only one chosen property per list.
195
196 The Key Exchange Start Payload is used to tell connecting entities what
197 security properties and algorithms should be used in the communication.
198 If perfect forward secrecy (PFS) is not desired (PFS is undefined by
199 default) Key Exchange Start Payload is sent only once per session, thus,
200 for example, re-keying will not cause sending of a new payload.  If PFS
201 is desired, re-keying will always cause new key exchange thus causes
202 sending of a new Key Exchange Start Payload.
203
204 When performing first key exchange this payload is never encrypted, as
205 there are no existing keys to encrypt it with.  If performing re-keying
206 (PFS was selected) this payload is encrypted with the existing key and
207 encryption algorithm.
208
209 A cookie is also sent in this payload.  A cookie is used to uniform the
210 payload so that none of the key exchange parties can determine this
211 payload before hand.  The cookie must be returned to the original sender
212 by the responder.
213
214 Following diagram represents the Key Exchange Start Payload.  The lists
215 mentioned below are always comma (`,') separated and the list must
216 not include spaces (` ').
217
218
219
220
221
222
223
224
225 .in 5
226 .nf
227                      1                   2                   3
228  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
229 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
230 |   RESERVED    |     Flags     |         Payload Length        |
231 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
232 |                                                               |
233 +                                                               +  
234 |                                                               |
235 +                            Cookie                             +
236 |                                                               |
237 +                                                               +
238 |                                                               |
239 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
240 |     Version String Length     |                               |
241 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
242 |                                                               |
243 ~                         Version String                        ~
244 |                                                               |
245 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
246 |   Key Exchange Grp Length     |                               |
247 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
248 |                                                               |
249 ~                      Key Exchange Groups                      ~
250 |                                                               |
251 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
252 |        PKCS Alg Length        |                               |
253 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
254 |                                                               |
255 ~                         PKCS Algorithms                       ~
256 |                                                               |
257 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
258 |     Encryption Alg Length     |                               |
259 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
260 |                                                               |
261 ~                      Encryption Algorithms                    ~
262 |                                                               |
263 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
264 |       Hash Alg Length         |                               |
265 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
266 |                                                               |
267 ~                         Hash Algorithms                       ~
268 |                                                               |
269 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
270 |         HMAC Length           |                               |
271 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
272 |                                                               |
273 ~                             HMACs                             ~
274 |                                                               |
275 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
276 |    Compression Alg Length     |                               |
277 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
278 |                                                               |
279 ~                     Compression Algorithms                    ~
280 |                                                               |
281 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
282 .in 3
283
284 .ce
285 Figure 1:  Key Exchange Start Payload
286
287
288
289 .in 6
290 o RESERVED (1 byte) - Reserved field.  Sender fills this with
291   zeroes (0).
292
293 o Flags (1 byte) - Indicates flags to be used in the key
294   exchange.  Several flags can be set at once by ORing the
295   flags together.  Following flags are reserved for this field.
296
297      No flags                 0x00
298
299        In this case the field is ignored.
300
301      No Reply                 0x01
302
303        If set the receiver of the payload does not reply to 
304        the packet.
305
306      PFS                      0x02
307
308        Perfect Forward Secrecy (PFS) to be used in the
309        key exchange protocol.  If not set, re-keying
310        is performed using the old key.  When PFS is used, 
311        re-keying and creating new keys for any particular 
312        purpose will cause new key exchange.
313
314        Rest of the flags are reserved for the future and
315        must not be set.
316
317      Mutual Authentication    0x04
318
319        Both of the parties will perform authenetication
320        by providing signed data for the other party to
321        verify.  By default, only responder will provide
322        the signature data.  If this is set then the
323        inititator must also provide it.  Initiator may
324        set this but also responder may set this even if
325        initiator did not set it.
326
327 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Key Exchange
328   Start payload, not including any other field.
329
330 o Cookie (16 bytes) - Cookie that uniforms this payload so
331   that each of the party cannot determine the payload before
332   hand.
333
334 o Version String Length (2 bytes) - The length of the Version
335   String field, not including any other field.
336
337 o Version String (variable length) - Indicates the version of
338   the sender of this payload.  Initiator sets this when sending
339   the payload and responder sets this when it replies by sending
340   this payload.  See [SILC1] for definition of the version
341   string format.
342
343 o Key Exchange Grp Length (2 bytes) - The length of the
344   key exchange group list, not including any other field.
345
346 o Key Exchange Group (variable length) - The list of
347   key exchange groups.  See the section 2.1.2 SILC Key Exchange
348   Groups for definitions of these groups.
349
350 o PKCS Alg Length (2 bytes) - The length of the PKCS algorithms
351   list, not including any other field.
352
353 o PKCS Algorithms (variable length) - The list of PKCS 
354   algorithms.
355
356 o Encryption Alg Length (2 bytes) - The length of the encryption
357   algorithms list, not including any other field.
358
359 o Encryption Algorithms (variable length) - The list of
360   encryption algorithms.
361
362 o Hash Alg Length (2 bytes) - The length of the Hash algorithm
363   list, not including any other field.
364
365 o Hash Algorithms (variable length) - The list of Hash
366   algorithms.  The hash algorithms are mainly used in the
367   SKE protocol.
368
369 o HMAC Length (2 bytes) - The length of the HMAC list, not
370   including any other field.
371
372 o HMACs (variable length) - The list of HMACs.  The HMAC's
373   are used to compute the Message Authentication Codes (MAC)
374   of the SILC packets.
375
376 o Compression Alg Length (2 bytes) - The length of the
377   compression algorithms list, not including any other field.
378
379 o Compression Algorithms (variable length) - The list of 
380   compression algorithms.
381 .in 3
382
383
384 .ti 0
385 2.1.2 Key Exchange Payload
386
387 Key Exchange payload is used to deliver the public key (or certificate),
388 the computed Diffie-Hellman public value and possibly signature data
389 from one party to the other.  When initiator is using this payload
390 and the Mutual Authentication flag is not set then the initiator must
391 not provide the signature data.  If the flag is set then the initiator
392 must provide the signature data so that the responder may verify it.
393
394 The Mutual Authentication flag is usually used only if a separate
395 authentication protocol will not be executed for the initiator of the
396 prtocool.  This is case for example when the SKE is performed between
397 two SILC clients.  In normal case, where client is connecting to the
398 server or server is connecting to the router the Mutual Authentication
399 flag is not necessary.
400
401 This payload is sent inside SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 and inside
402 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_2 packet types.  The initiator uses the 
403 SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_1 and the responder the latter.
404
405 The following diagram represent the Key Exchange 1 Payload.
406
407
408 .in 5
409 .nf
410                      1                   2                   3
411  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
412 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
413 |       Public Key Length       |        Public Key Type        |
414 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
415 |                                                               |
416 ~            Public Key of the party (or certificate)           ~
417 |                                                               |
418 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
419 |       Public Data Length      |                               |
420 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
421 |                                                               |
422 ~                          Public Data                          ~
423 |                                                               |
424 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
425 |        Signature Length       |                               |
426 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
427 |                                                               |
428 ~                        Signature Data                         ~
429 |                                                               |
430 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
431 .in 3
432
433 .ce
434 Figure 2:  Key Exchange Payload
435
436
437 .in 6
438 o Public Key Length (2 bytes) - The length of the Public Key
439   (or certificate) field, not including any other field.
440
441 o Public Key Type (2 bytes) - The public key (or certificate) 
442   type.  This field indicates the type of the public key in 
443   the packet.  Following types are defined:
444
445      1    SILC style public key (mandatory)
446      2    SSH2 style public key (optional)
447      3    X.509 Version 3 certificate (optional)
448      4    OpenPGP certificate (optional)
449      5    SPKI certificate (optional)
450
451   The only required type to support is type number 1.  See 
452   [SILC1] for the SILC public key specification.  See
453   SSH public key specification in [SSH-TRANS].  See X.509v3
454   certificate specification in [PKIX-Part1].  See OpenPGP
455   certificate specification in [PGP].  See SPKI certificate
456   specification in [SPKI].  If this field includes zero (0)
457   or unsupported type number the protocol must be aborted
458   sending SILC_PACKET_FAILURE message and the connection should
459   be closed immediately.
460
461 o Public Data Length (2 bytes) - The length of the Public Data
462   field, not including any other field.
463
464 o Public Data (variable length) - The public data to be
465   sent to the receiver.  See section 2.2 Key Exchange 
466   Procedure for detailed description how this field is
467   computed.  This value is binary encoded.
468
469 o Signature Length (2 bytes) - The length of the signature,
470   not including any other field.
471
472 o Signature Data (variable length) - The signature signed
473   by the sender.  The receiver of this signature must
474   verify it.  The verification is done using the public
475   key received in this same payload.  See section 2.2
476   Key Exchange Procedure for detailed description how
477   to produce the signature.  If the Mutual Authentication
478   flag is not set then initiator must not provide this
479   field and the Signature Length field must be set to zero (0)
480   value.  If the flag is set then also the initiator must
481   provide this field.  The responder always provides this
482   field.
483 .in 3
484
485
486 .ti 0
487 2.2 Key Exchange Procedure
488
489 The key exchange begins by sending SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet with
490 Key Exchange Start Payload to select the security properties to be used
491 in the key exchange and later in the  communication.
492
493 After Key Exchange Start Payload has been processed by both of the
494 parties the protocol proceeds as follows:
495
496
497 Setup:  p is a large and public safe prime.  This is one of the
498         Diffie Hellman groups.  q is order of subgroup (largest
499         prime factor of p).  g is a generator and is defined
500         along with the Diffie Hellman group.
501
502     1.  Initiator generates a random number x, where 1 < x < q, 
503         and computes e = g ^ x mod p.  The result e is then 
504         encoded into Key Exchange Payload and sent to the
505         responder.
506
507         If the Mutual Authentication flag is set then initiator
508         must also produce signature data SIGN_i which the responder
509         will verify.  The initiator must compute a hash value
510         HASH_i = hash(Key Exchange Start Payload | public key
511         (or certificate) | e).  It then signs the HASH_i value with
512         its private key resulting a signature SIGN_i.
513
514     2.  Responder generates a random number y, where 1 < y < q,
515         and computes f = g ^ y mod p.  It then computes the
516         shared secret KEY = e ^ y mod p, and, a hash value 
517         HASH = hash(Key Exchange Start Payload data | public 
518         key (or certificate) | e | f | KEY).  It then signs
519         the HASH value with its private key resulting a signature
520         SIGN.  
521
522         It then encodes its public key (or certificate), f and 
523         SIGN into Key Exchange Payload and sends it to the 
524         initiator.
525
526         If the Mutual Authentication flag is set then the responder
527         should verify that the public key provided in the payload
528         is authentic, or if certificates are used it verifies the
529         certificate.  The responder may accept the public key without
530         verifying it, however, doing so may result to insecure key
531         exchange (accepting the public key without verifying may be
532         desirable for practical reasons on many environments.  For
533         long term use this is never desirable, in which case
534         certificates would be the preferred method to use).  It then
535         computes the HASH_i value the same way initiator did in the
536         phase 1.  It then verifies the signature SIGN_i from the
537         payload with the hash value HASH_i using the received public
538         key.
539
540     3.  Initiator verifies that the public key provided in
541         the payload is authentic, or if certificates are used
542         it verifies the certificate.  The initiator may accept
543         the public key without verifying it, however, doing
544         so may result to insecure key exchange (accepting the
545         public key without verifying may be desirable for 
546         practical reasons on many environments.  For long term
547         use this is never desirable, in which case certificates
548         would be the preferred method to use).
549
550         Initiator then computes the shared secret KEY = 
551         f ^ x mod p, and, a hash value HASH in the same way as
552         responder did in phase 2.  It then verifies the 
553         signature SIGN from the payload with the hash value
554         HASH using the received public key.
555
556
557 If any of these phases is to fail SILC_PACKET_FAILURE is sent to
558 indicate that the key exchange protocol has failed, and the connection
559 should be closed immediately.  Any other packets must not be sent or
560 accepted during the key exchange except the SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE_*,
561 SILC_PACKET_FAILURE and SILC_PACKET_SUCCESS packets.
562
563 The result of this protocol is a shared secret key material KEY and
564 a hash value HASH.  The key material itself is not fit to be used as 
565 a key, it needs to be processed further to derive the actual keys to be
566 used.  The key material is also used to produce other security parameters
567 later used in the communication.  See section 2.3 Processing the Key
568 Material for detailed description how to process the key material.
569
570 If the Mutual Authentication flag was set the protocol produces also
571 a hash value HASH_i.  This value, however, must be discarded.
572
573 After the keys are processed the protocol is ended by sending the
574 SILC_PACKET_SUCCESS packet.  Both entities send this packet to 
575 each other.  After this both parties will start using the new keys.
576
577
578
579
580 .ti 0
581 2.3 Processing the Key Material
582
583 Key Exchange protocol produces secret shared key material KEY.  This
584 key material is used to derive the actual keys used in the encryption
585 of the communication channel.  The key material is also used to derive
586 other security parameters used in the communication.  Key Exchange
587 protocol produces a hash value HASH as well.
588
589 Keys are derived from the key material as follows:
590
591 .in 6
592 Sending Initial Vector (IV)     = hash(0 | KEY | HASH)
593 Receiving Initial Vector (IV)   = hash(1 | KEY | HASH)
594 Sending Encryption Key          = hash(2 | KEY | HASH)
595 Receiving Encryption Key        = hash(3 | KEY | HASH)
596 HMAC Key                        = hash(4 | KEY | HASH)
597 .in 3
598
599
600 The Initial Vector (IV) is used in the encryption when doing for
601 example CBC mode.  As many bytes as needed are taken from the start of
602 the hash output for IV.  Sending IV is for sending key and receiving IV
603 is for receiving key.  For receiving party, the receiving IV is actually
604 sender's sending IV, and, the sending IV is actually sender's receiving
605 IV.  Initiator uses IV's as they are (sending IV for sending and
606 receiving IV for receiving).
607
608 The Encryption Keys are derived as well from the hash().  If the hash()
609 output is too short for the encryption algorithm more key material is
610 produced in following manner:
611
612 .in 6
613 K1 = hash(2 | KEY | HASH)
614 K2 = hash(KEY | K1)
615 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
616
617 Sending Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
618
619
620 K1 = hash(3 | KEY | HASH)
621 K2 = hash(KEY | K1)
622 K3 = hash(KEY | K1 | K2)  ...
623
624 Receiving Encryption Key = K1 | K2 | K3 ...
625 .in 3
626
627
628 The key is distributed by hashing the previous hash with the original
629 key material.  The final key is a concatenation of the hash values.
630 For Receiving Encryption Key the procedure is equivalent.  Sending key
631 is used only for encrypting data to be sent.  The receiving key is used
632 only to decrypt received data.  For receiving party, the receive key is
633 actually sender's sending key, and, the sending key is actually sender's
634 receiving key.  Initiator uses generated keys as they are (sending key
635 for sending and receiving key for sending).
636
637 The HMAC key is used to create MAC values to packets in the communication
638 channel.  As many bytes as needed are taken from the start of the hash
639 output.
640
641 These procedures are performed by all parties of the key exchange
642 protocol.  This must be done before the protocol has been ended by
643 sending the SILC_PACKET_SUCCESS packet.
644
645
646 .ti 0
647 2.4 SILC Key Exchange Groups
648
649 Following groups may be used in the SILC Key Exchange protocol.  The 
650 first group diffie-hellman-group1 is mandatory, other groups maybe 
651 negotiated to be used in the connection with Key Exchange Start Payload
652 and SILC_PACKET_KEY_EXCHANGE packet.  However, the first group must be
653 proposed in the Key Exchange Start Payload regardless of any other
654 requested group (however, it does not have to be the first on the list).
655
656
657 .ti 0
658 2.4.1 diffie-hellman-group1
659
660 The length of this group is 1024 bits.  This is mandatory group.
661 The prime is 2^1024 - 2^960 - 1 + 2^64 * { [2^894 pi] + 129093 }.
662
663 Its decimal value is
664
665 .in 6
666 179769313486231590770839156793787453197860296048756011706444
667 423684197180216158519368947833795864925541502180565485980503
668 646440548199239100050792877003355816639229553136239076508735
669 759914822574862575007425302077447712589550957937778424442426
670 617334727629299387668709205606050270810842907692932019128194
671 467627007
672 .in 3
673
674 Its hexadecimal value is
675
676 .in 6
677 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
678 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
679 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
680 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
681 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE65381
682 FFFFFFFF FFFFFFFF
683 .in 3
684
685
686 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
687 (p - 1) / 2.
688
689 This group was taken from the OAKLEY specification.
690
691
692 .ti 0
693 2.4.2 diffie-hellman-group2
694
695 The length of this group is 1536 bits.  This is optional group.
696 The prime is 2^1536 - 2^1472 - 1 + 2^64 * { [2^1406 pi] + 741804 }.
697
698 Its decimal value is
699
700 .in 6
701 241031242692103258855207602219756607485695054850245994265411
702 694195810883168261222889009385826134161467322714147790401219
703 650364895705058263194273070680500922306273474534107340669624
704 601458936165977404102716924945320037872943417032584377865919
705 814376319377685986952408894019557734611984354530154704374720
706 774996976375008430892633929555996888245787241299381012913029
707 459299994792636526405928464720973038494721168143446471443848
708 8520940127459844288859336526896320919633919
709 .in 3
710
711 Its hexadecimal value is
712
713 .in 6
714 FFFFFFFF FFFFFFFF C90FDAA2 2168C234 C4C6628B 80DC1CD1
715 29024E08 8A67CC74 020BBEA6 3B139B22 514A0879 8E3404DD
716 EF9519B3 CD3A431B 302B0A6D F25F1437 4FE1356D 6D51C245
717 E485B576 625E7EC6 F44C42E9 A637ED6B 0BFF5CB6 F406B7ED
718 EE386BFB 5A899FA5 AE9F2411 7C4B1FE6 49286651 ECE45B3D
719 C2007CB8 A163BF05 98DA4836 1C55D39A 69163FA8 FD24CF5F
720 83655D23 DCA3AD96 1C62F356 208552BB 9ED52907 7096966D
721 670C354E 4ABC9804 F1746C08 CA237327 FFFFFFFF FFFFFFFF
722 .in 3
723
724 The generator used with this prime is g = 2. The group order q is
725 (p - 1) / 2.
726
727 This group was taken from the OAKLEY specification.
728
729
730 .ti 0
731 2.5 Key Exchange Status Types
732
733 This section defines all key exchange protocol status types that may be
734 returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets to
735 indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
736 status types to human readable error message.  All types except the
737 SILC_SKE_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
738 The length of status is 32 bits (4 bytes). Following status types are 
739 defined:
740
741 .in 6
742 0   SILC_SKE_STATUS_OK
743
744     Protocol were executed successfully.
745
746
747 1   SILC_SKE_STATUS_ERROR
748
749     Unknown error occured.  No specific error type is defined.
750
751
752 2   SILC_SKE_STATUS_BAD_PAYLOAD
753
754     Provided KE payload were malformed or included bad fields.
755
756
757 3   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_GROUP
758
759     None of the provided groups were supported.
760
761
762 4   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_CIPHER
763
764     None of the provided ciphers were supported.
765
766
767 5   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PKCS
768
769     None of the provided public key algorithms were supported.
770
771
772 6   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HASH_FUNCTION
773
774     None of the provided hash functions were supported.
775
776
777 7   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_HMAC
778
779     None of the provided HMACs were supported.
780
781
782 8   SILC_SKE_STATUS_UNSUPPORTED_PUBLIC_KEY
783
784     Provided public key type is not supported.
785
786
787 9   SILC_SKE_STATUS_INCORRECT_SIGNATURE
788
789     Provided signature was incorrect.
790
791
792 10   SILC_SKE_STATUS_BAD_VERSION
793
794     Provided version string was not acceptable.
795 .in 3
796
797
798
799
800
801 .ti 0
802 3 SILC Connection Authentication Protocol
803
804 Purpose of Connection Authentication protocol is to authenticate the
805 connecting party with server.  Usually connecting party is client but
806 server may connect to server as well.  Its other purpose is to provide
807 information for the server about which type of connection this is.
808 The type defines whether this is client, server or router connection.
809 Server uses this information to create the ID for the connection.  After
810 the authentication protocol has been successfully completed 
811 SILC_PACKET_NEW_ID must be sent to the connecting party by the server.
812 See section New ID Payload in [SILC2] for detailed description for this
813 packet's payload.
814
815 Server must verify the authentication data received and if it is to fail
816 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
817 If everything checks out fine the protocol is ended by server by sending
818 SILC_PACKET_SUCCESS packet.
819
820 The protocol is executed after the SILC Key Exchange protocol.  It must
821 not be executed in any other time.  As it is performed after key exchange
822 protocol all traffic in the connection authentication protocol is
823 encrypted with the exchanged keys.
824
825 The protocol is started by the connecting party by sending
826 SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet with Connection Auth Payload,
827 described in the next section.  This payload must include the
828 authentication data.  Authentication data is set according
829 authentication method that must be known by both parties.  If connecting
830 party does not know what is the mandatory authentication method it may
831 request it from the server by sending SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH_REQUEST
832 packet.  This packet is not part of this protocol and is described in
833 section Connection Auth Request Payload in [SILC2].  However, if
834 connecting party already knows the mandatory authentication method
835 sending the request is not necessary.
836
837 See [SILC1] and section Connection Auth Request Payload in [SILC2] also
838 for the list of different authentication methods.  Authentication method
839 may also be NONE, in which case the server does not require
840 authentication at all.  However, in this case the protocol still must be
841 executed; the authentication data just is empty indicating no
842 authentication is required.
843
844 If authentication method is passphrase the authentication data is
845 plaintext passphrase.  As the payload is entirely encrypted it is safe
846 to have plaintext passphrase.  3.2.1 Passphrase Authentication for
847 more information.
848
849
850 If authentication method is public key authentication the authentication
851 data is signature of the hash value HASH plus Key Exchange Start Payload,
852 established by the SILC Key Exchange protocol.  This signature must then
853 be verified by the server.  See section 3.2.2 Public Key Authentication
854 for more information.
855
856 The connecting party of this protocol must wait after successful execution
857 of this protocol for the SILC_PACKET_NEW_ID packet where it will receive
858 the ID it will be using in the SILC network.  Connecting party cannot
859 start normal SILC session (sending messages or commands) until it has
860 received its ID.  The ID's are always created by the server except
861 for server to server connection where servers create their own ID's.
862
863
864
865 .ti 0
866 3.1 Connection Auth Payload
867
868 Client sends this payload to authenticate itself to the server.  Server
869 connecting to another server also sends this payload.  Server receiving
870 this payload must verify all the data in it and if something is to fail
871 the authentication must be failed by sending SILC_PACKET_FAILURE packet.
872
873 The payload may only be sent with SILC_PACKET_CONNECTION_AUTH packet.
874 It must not be sent in any other packet type.  Following diagram 
875 represent the Connection Auth Payload.
876
877
878 .in 5
879 .nf
880                      1                   2                   3
881  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
882 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
883 |        Payload Length         |        Connection Type        |
884 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
885 |                                                               |
886 ~                     Authentication Data                       ~
887 |                                                               |
888 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
889 .in 3
890  
891 .ce
892 Figure 3:  Connection Auth Payload
893
894
895 .in 6
896 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire Connection 
897   Auth Payload.
898
899 o Connection Type (2 bytes) - Indicates the type of the 
900   connection.  See section Connection Auth Request Payload
901   in [SILC2] for the list of connection types.  This field must 
902   include valid connection type or the packet must be discarded 
903   and authentication must be failed. 
904
905 o Authentication Data (variable length) - The actual 
906   authentication data.  Contents of this depends on the 
907   authentication method known by both parties.  If no
908   authentication is required this field does not exist.
909 .in 3
910
911
912 .ti 0
913 3.2 Connection Authentication Types
914
915 SILC supports two authentication types to be used in the connection
916 authentication protocol; passphrase or public key based authentication.
917 Following sections defines the authentication methods.  See [SILC2]
918 for defined numerical authentication method types.
919
920
921 .ti 0
922 3.2.1 Passphrase Authentication
923
924 Passphrase authentication or pre-shared-key base authentication is 
925 simply an authentication where the party that wants to authenticate 
926 itself to the other end sends the passphrase that is required by
927 the other end, for example server.
928
929 If the passphrase matches with the one in the server's end the
930 authentication is successful.  Otherwise SILC_PACKET_FAILURE must be
931 sent to the sender and the protocol execution fails.
932
933 This is required authentication method to be supported by all SILC
934 implementations.
935
936
937 .ti 0
938 3.2.2 Public Key Authentication
939
940 Public key authentication may be used if passphrase based authentication
941 is not desired.  The public key authentication works by sending a
942 signature as authentication data to the other end, say, server.  The
943 server must then verify the signature by the public key of the sender,
944 which the server has received earlier in SKE protocol.
945
946 The signature is computed using the private key of the sender by signing
947 the HASH value provided by the SKE protocol previously, and the Key
948 Exchange Start Payload from SKE protocol that was sent to the server.
949 The server must verify the data, thus it must keep the HASH and the
950 Key Exchange Start Payload saved during SKE and authentication protocols.
951
952 If the verified signature matches the sent signature, the authentication
953 were successful and SILC_PACKET_SUCCESS is sent.  If it failed the protocol
954 execution is stopped and SILC_PACKET_FAILURE is sent.
955
956 This is required authentication method to be supported by all SILC
957 implementations.
958
959
960 .ti 0
961 3.3 Connection Authentication Status Types
962
963 This section defines all connection authentication status types that
964 may be returned in the SILC_PACKET_SUCCESS or SILC_PACKET_FAILURE packets
965 to indicate the status of the protocol.  Implementations may map the
966 status types to human readable error message.  All types except the
967 SILC_AUTH_STATUS_OK type must be sent in SILC_PACKET_FAILURE packet.
968 The length of status is 32 bits (4 bytes). Following status types are 
969 defined:
970
971 0   SILC_AUTH_OK
972
973     Protocol was executed successfully.
974
975
976 1   SILC_AUTH_FAILED
977
978     Authentication failed.
979
980
981 .ti 0
982 4 Security Considerations
983
984 Security is central to the design of this protocol, and these security
985 considerations permeate the specification.  Common security considerations
986 such as keeping private keys truly private and using adequate lengths for 
987 symmetric and asymmetric keys must be followed in order to maintain the   
988 security of this protocol.
989
990
991 .ti 0
992 5 References
993
994 [SILC1]      Riikonen, P., "Secure Internet Live Conferencing (SILC),
995              Protocol Specification", Internet Draft, June 2000.
996
997 [SILC2]      Riikonen, P., "SILC Packet Protocol", Internet Draft,
998              June 2000.
999
1000 [IRC]        Oikarinen, J., and Reed D., "Internet Relay Chat Protocol",
1001              RFC 1459, May 1993.
1002
1003 [IRC-ARCH]   Kalt, C., "Internet Relay Chat: Architecture", RFC 2810,
1004              April 2000.
1005
1006 [IRC-CHAN]   Kalt, C., "Internet Relay Chat: Channel Management", RFC
1007              2811, April 2000.
1008
1009 [IRC-CLIENT] Kalt, C., "Internet Relay Chat: Client Protocol", RFC
1010              2812, April 2000.
1011
1012 [IRC-SERVER] Kalt, C., "Internet Relay Chat: Server Protocol", RFC
1013              2813, April 2000.
1014
1015 [SSH-TRANS]  Ylonen, T., et al, "SSH Transport Layer Protocol", 
1016              Internet Draft.
1017
1018 [PGP]        Callas, J., et al, "OpenPGP Message Format", RFC 2440,
1019              November 1998.
1020
1021 [SPKI]       Ellison C., et al, "SPKI Certificate Theory", RFC 2693,
1022              September 1999.
1023
1024 [PKIX-Part1] Housley, R., et al, "Internet X.509 Public Key 
1025              Infrastructure, Certificate and CRL Profile", RFC 2459,
1026              January 1999.
1027
1028 [Schneier]   Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition",
1029              John Wiley & Sons, New York, NY, 1996.
1030
1031 [Menezes]    Menezes, A., et al, "Handbook of Applied Cryptography",
1032              CRC Press 1997.
1033
1034 [OAKLEY]     Orman, H., "The OAKLEY Key Determination Protocol",
1035              RFC 2412, November 1998.
1036
1037 [ISAKMP]     Maughan D., et al, "Internet Security Association and
1038              Key Management Protocol (ISAKMP)", RFC 2408, November
1039              1998.
1040
1041 [IKE]        Harkins D., and Carrel D., "The Internet Key Exchange
1042              (IKE)", RFC 2409, November 1998.
1043
1044 [HMAC]       Krawczyk, H., "HMAC: Keyed-Hashing for Message
1045              Authentication", RFC 2104, February 1997.
1046
1047 [PKCS1]      Kalinski, B., and Staddon, J., "PKCS #1 RSA Cryptography
1048              Specifications, Version 2.0", RFC 2437, October 1998.
1049
1050
1051 .ti 0
1052 6 Author's Address
1053
1054 .nf
1055 Pekka Riikonen
1056 Kasarmikatu 11 A4
1057 70110 Kuopio
1058 Finland
1059
1060 EMail: priikone@poseidon.pspt.fi
1061
1062 This Internet-Draft expires 6 Jun 2001 
1063