7c5cf2502f921f70b4f421e52cea641a911f2ce3
[silc.git] / doc / draft-riikonen-silc-spec-06.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 XXX
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-spec-06.txt                              XXX
20 Expires: XXX
21
22 .in 3
23
24 .ce 3
25 Secure Internet Live Conferencing (SILC),
26 Protocol Specification
27 <draft-riikonen-silc-spec-06.txt>
28
29 .ti 0
30 Status of this Memo
31
32 This document is an Internet-Draft and is in full conformance with   
33 all provisions of Section 10 of RFC 2026.  Internet-Drafts are   
34 working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its   
35 areas, and its working groups.  Note that other groups may also   
36 distribute working documents as Internet-Drafts.   
37
38 Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six months   
39 and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents at any   
40 time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts as reference   
41 material or to cite them other than as "work in progress."   
42
43 The list of current Internet-Drafts can be accessed at   
44 http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt   
45
46 The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at   
47 http://www.ietf.org/shadow.html   
48
49 The distribution of this memo is unlimited.  
50
51
52 .ti 0
53 Abstract
54
55 This memo describes a Secure Internet Live Conferencing (SILC)
56 protocol which provides secure conferencing services over insecure
57 network channel.  SILC is IRC [IRC] like protocol, however, it is 
58 not equivalent to IRC and does not support IRC.  Strong cryptographic
59 methods are used to protect SILC packets inside the SILC network.
60 Three other Internet Drafts relates very closely to this memo;
61 SILC Packet Protocol [SILC2], SILC Key Exchange and Authentication
62 Protocols [SILC3] and SILC Commands [SILC4].
63
64
65
66
67
68
69 .ti 0
70 Table of Contents
71
72 .nf
73 1 Introduction ..................................................  3
74   1.1 Requirements Terminology ..................................  4
75 2 SILC Concepts .................................................  4
76   2.1 SILC Network Topology .....................................  4
77   2.2 Communication Inside a Cell ...............................  5
78   2.3 Communication in the Network ..............................  6
79   2.4 Channel Communication .....................................  7
80   2.5 Router Connections ........................................  7
81 3 SILC Specification ............................................  8
82   3.1 Client ....................................................  8
83       3.1.1 Client ID ...........................................  9
84   3.2 Server .................................................... 10
85       3.2.1 Server's Local ID List .............................. 10
86       3.2.2 Server ID ........................................... 11
87       3.2.3 SILC Server Ports ................................... 12
88   3.3 Router .................................................... 12
89       3.3.1 Router's Local ID List .............................. 13
90       3.3.2 Router's Global ID List ............................. 13
91       3.3.3 Router's Server ID .................................. 14
92   3.4 Channels .................................................. 14
93       3.4.1 Channel ID .......................................... 15
94   3.5 Operators ................................................. 16
95   3.6 SILC Commands ............................................. 16
96   3.7 SILC Packets .............................................. 17
97   3.8 Packet Encryption ......................................... 17
98       3.8.1 Determination of the Source and the Destination ..... 18
99       3.8.2 Client To Client .................................... 18
100       3.8.3 Client To Channel ................................... 20
101       3.8.4 Server To Server .................................... 20
102   3.9 Key Exchange And Authentication ........................... 20
103       3.9.1 Authentication Payload .............................. 21
104   3.10 Algorithms ............................................... 23
105       3.10.1 Ciphers ............................................ 23
106       3.10.2 Public Key Algorithms .............................. 24
107       3.10.3 Hash Functions ..................................... 24
108       3.10.4 MAC Algorithms ..................................... 25
109       3.10.5 Compression Algorithms ............................. 25
110   3.11 SILC Public Key .......................................... 26
111   3.12 SILC Version Detection ................................... 28
112   3.13 Backup Routers ........................................... 28
113       3.13.1 Switching to Backup Router ......................... 30
114       3.13.2 Resuming Primary Router ............................ 31
115       3.13.3 Discussion on Backup Router Scheme ................. 33
116 4 SILC Procedures ............................................... 34
117   4.1 Creating Client Connection ................................ 34
118   4.2 Creating Server Connection ................................ 35
119       4.2.1 Announcing Clients, Channels and Servers ............ 36
120   4.3 Joining to a Channel ...................................... 37
121   4.4 Channel Key Generation .................................... 38
122   4.5 Private Message Sending and Reception ..................... 39
123   4.6 Private Message Key Generation ............................ 39
124   4.7 Channel Message Sending and Reception ..................... 40
125   4.8 Session Key Regeneration .................................. 40
126   4.9 Command Sending and Reception ............................. 41
127   4.10 Closing Connection ....................................... 42
128   4.11 Detaching and Resuming a Session ......................... 42
129 5 Security Considerations ....................................... 44
130 6 References .................................................... 45
131 7 Author's Address .............................................. 47
132
133
134
135 .ti 0
136 List of Figures
137
138 .nf
139 Figure 1:  SILC Network Topology
140 Figure 2:  Communication Inside cell
141 Figure 3:  Communication Between Cells
142 Figure 4:  Router Connections
143 Figure 5:  SILC Public Key
144
145
146 .ti 0
147 1. Introduction
148
149 This document describes a Secure Internet Live Conferencing (SILC)
150 protocol which provides secure conferencing services over insecure
151 network channel.  SILC is IRC [IRC] like protocol, however, it is 
152 not equivalent to IRC and does not support IRC.  Some of the SILC's
153 features are not found in IRC but in traditional Instant Message (IM)
154 protocols.  SILC combines features from both of these chat protocol
155 styles, and SILC can be implemented as either IRC-like system or
156 IM-like system.
157
158 Strong cryptographic methods are used to protect SILC packets inside
159 the SILC network.  Three other Internet Drafts relates very closely
160 to this memo; SILC Packet Protocol [SILC2], SILC Key Exchange and
161 Authentication Protocols [SILC3] and SILC Commands [SILC4].
162
163 The protocol uses extensively packets as conferencing protocol 
164 requires message and command sending.  The SILC Packet Protocol is
165 described in [SILC2] and should be read to fully comprehend this
166 document and protocol.  [SILC2] also describes the packet encryption
167 and decryption in detail.  The SILC Packet Protocol provides secured
168 and authenticated packets, and the protocol is designed to be compact.
169 This makes SILC also suitable in environment of low bandwidth
170 requirements such as mobile networks.  All packet payloads in SILC
171 can be also compressed.
172
173 The security of SILC protocol, and for any security protocol for that
174 matter, is based on strong and secure key exchange protocol.  The SILC
175 Key Exchange protocol is described in [SILC3] along with connection
176 authentication protocol and should be read to fully comprehend this
177 document and protocol.
178
179 The SILC protocol has been developed to work on TCP/IP network
180 protocol, although it could be made to work on other network protocols
181 with only minor changes.  However, it is recommended that TCP/IP
182 protocol is used under SILC protocol.  Typical implementation would
183 be made in client-server model.
184
185
186 .ti 0
187 1.1 Requirements Terminology
188
189 The keywords MUST, MUST NOT, REQUIRED, SHOULD, SHOULD NOT, RECOMMENDED, 
190 MAY, and OPTIONAL, when they appear in this document, are to be
191 interpreted as described in [RFC2119].
192
193
194 .ti 0
195 2. SILC Concepts
196
197 This section describes various SILC protocol concepts that forms the 
198 actual protocol, and in the end, the actual SILC network.  The mission
199 of the protocol is to deliver messages from clients to other clients 
200 through routers and servers in secure manner.  The messages may also 
201 be delivered from one client to many clients forming a group, also 
202 known as a channel.
203
204 This section does not focus to security issues.  Instead, basic network 
205 concepts are introduced to make the topology of the SILC network 
206 clear.
207
208
209 .ti 0
210 2.1 SILC Network Topology
211
212 SILC network is a cellular network as opposed to tree style network 
213 topology.  The rationale for this is to have servers that can perform 
214 specific kind of tasks what other servers cannot perform.  This leads 
215 to two kinds of servers; normal SILC servers and SILC routers.
216
217 A difference between normal server and router server is that routers 
218 knows everything about everything in the network.  They also do the 
219 actual routing of the messages to the correct receiver.  Normal servers 
220 knows only about local information and nothing about global information.
221 This makes the network faster as there are less servers that needs to 
222 keep global information up to date at all time.
223
224 This, on the other hand, leads to cellular like network, where routers 
225 are in the center of the cell and servers are connected to the router.
226
227
228 The following diagram represents SILC network topology.
229
230 .in 8
231 .nf
232   ---- ---- ----         ---- ---- ----
233  | S8 | S5 | S4 |       | S7 | S5 | S6 |
234  ----- ---- -----       ----- ---- -----
235 | S7 | S/R1 | S2 | --- | S8 | S/R2 | S4 |
236  ---- ------ ----       ---- ------ ----
237  | S6 | S3 | S1 |       | S1 | S3 | S2 |         ---- ----
238   ---- ---- ----         ---- ---- ----         | S3 | S1 |
239      Cell 1.   \\             Cell 2.  | \\____  ----- -----
240                 |                     |        | S4 | S/R4 |
241     ---- ---- ----         ---- ---- ----       ---- ------
242    | S7 | S4 | S2 |       | S1 | S3 | S2 |      | S2 | S5 |
243    ----- ---- -----       ----- ---- -----       ---- ----
244   | S6 | S/R3 | S1 | --- | S4 | S/R5 | S5 | ____/ Cell 4.
245    ---- ------ ----       ---- ------ ----
246    | S8 | S5 | S3 |       | S6 | S7 | S8 |     ... etc ...
247     ---- ---- ----         ---- ---- ----
248        Cell 3.                Cell 5.
249 .in 3
250
251 .ce
252 Figure 1:  SILC Network Topology
253
254
255 A cell is formed when a server or servers connect to one router.  In
256 SILC network normal server cannot directly connect to other normal
257 server.  Normal server may only connect to SILC router which then
258 routes the messages to the other servers in the cell.  Router servers
259 on the other hand may connect to other routers to form the actual SILC 
260 network, as seen in above figure.  However, router is also normal SILC 
261 server; clients may connect to it the same way as to normal SILC 
262 server.  Normal server also cannot have active connections to more 
263 than one router.  Normal server cannot be connected to two different 
264 cells.  Router servers, on the other hand, may have as many router to 
265 router connections as needed.
266
267 There are many issues in this network topology that needs to be careful
268 about.  Issues like the size of the cells, the number of the routers in 
269 the SILC network and the capacity requirements of the routers.  These
270 issues should be discussed in the Internet Community and additional
271 documents on the issue may be written.
272
273
274 .ti 0
275 2.2 Communication Inside a Cell
276
277 It is always guaranteed that inside a cell message is delivered to the 
278 recipient with at most two server hops.  A client which is connected to
279 server in the cell and is talking on channel to other client connected 
280 to other server in the same cell, will have its messages delivered from 
281 its local server first to the router of the cell, and from the router 
282 to the other server in the cell.
283
284 The following diagram represents this scenario:
285
286
287 .in 25
288 .nf
289 1 --- S1     S4 --- 5
290          S/R
291  2 -- S2     S3
292      /        |
293     4         3
294 .in 3
295
296
297 .ce
298 Figure 2:  Communication Inside cell
299
300
301 Example:  Client 1. connected to Server 1. send message to
302           Client 4. connected to Server 2. travels from Server 1.
303           first to Router which routes the message to Server 2.
304           which then sends it to the Client 4.  All the other
305           servers in the cell will not see the routed message.
306
307
308 If the client is connected directly to the router, as router is also normal
309 SILC server, the messages inside the cell are always delivered only with 
310 one server hop.  If clients communicating with each other are connected 
311 to the same server, no router interaction is needed.  This is the optimal
312 situation of message delivery in the SILC network.
313
314
315 .ti 0
316 2.3 Communication in the Network
317
318 If the message is destined to server that does not belong to local cell 
319 the message is routed to the router server to which the destination 
320 server belongs, if the local router is connected to destination router.
321 If there is no direct connection to the destination router, the local
322 router routes the message to its primary route.  The following diagram
323 represents message sending between cells.
324
325
326
327
328
329 .in 16
330 .nf
331 1 --- S1     S4 --- 5            S2 --- 1
332          S/R - - - - - - - - S/R
333  2 -- S2     S3           S1
334      /        |             \\
335     4         3              2
336
337    Cell 1.               Cell 2.
338 .in 3
339
340
341 .ce
342 Figure 3:  Communication Between Cells
343
344
345 Example:  Client 5. connected to Server 4. in Cell 1. sends message
346           to Client 2. connected to Server 1. in Cell 2. travels
347           from Server 4. to Router which routes the message to
348           Router in Cell 2, which then routes the message to 
349           Server 1.  All the other servers and routers in the
350           network will not see the routed message.
351
352
353 The optimal case of message delivery from the client point of view is
354 when clients are connected directly to the routers and the messages
355 are delivered from one router to the other.
356
357
358 .ti 0 
359 2.4 Channel Communication
360
361 Messages may be sent to group of clients as well.  Sending messages to
362 many clients works the same way as sending messages point to point, from
363 message delivery point of view.  Security issues are another matter
364 which are not discussed in this section.
365
366 Router server handles the message routing to multiple recipients.  If 
367 any recipient is not in the same cell as the sender the messages are 
368 routed further.
369
370 Server distributes the channel message to its local clients which are 
371 joined to the channel.  Router also distributes the message to its 
372 local clients on the channel.
373
374
375 .ti 0
376 2.5 Router Connections
377
378 Router connections play very important role in making the SILC like
379 network topology to work.  For example, sending broadcast packets in
380 SILC network require special connections between routers; routers must
381 be connected in a specific way.
382
383 Every router has their primary route which is a connection to another
384 router in the network.  Unless there is only two routers in the network
385 must not routers use each other as their primary routes.  The router
386 connections in the network must form a ring.
387
388 Example with three routers in the network:
389
390
391 .in 16
392 .nf
393     S/R1 - < - < - < - < - < - < - S/R2
394      \\                               /
395       v                             ^
396        \\ - > -  > - S/R3 - > - > - /
397 .in 3
398
399
400 .ce
401 Figure 4:  Router Connections
402
403
404 Example:  Network with three routers.  Router 1. uses Router 2. as its
405           primary router.  Router 2. uses Router 3. as its primary router,
406           and Router 3. uses Router 1. as its primary router.  There may
407           be other direct connections between the routers but they must
408           not be used as primary routes.
409
410 The above example is applicable to any amount of routers in the network
411 except for two routers.  If there are only two routers in the network both
412 routers must be able to handle situation where they use each other as their
413 primary routes.
414
415 The issue of router connections are very important especially with SILC
416 broadcast packets.  Usually all router wide information in the network is
417 distributed by SILC broadcast packets.  This sort of ring network, with
418 ability to have other direct routes in the network cause interesting
419 routing problems.  The [SILC2] discusses the routing of packets in this
420 sort of network in more detail.
421
422
423 .ti 0
424 3. SILC Specification
425
426 This section describes the SILC protocol.  However, [SILC2] and
427 [SILC3] describes other important protocols that are part of this SILC
428 specification and must be read.
429
430
431 .ti 0
432 3.1 Client
433
434 A client is a piece of software connecting to SILC server.  SILC client 
435 cannot be SILC server.  Purpose of clients is to provide the user 
436 interface of the SILC services for end user.  Clients are distinguished
437 from other clients by unique Client ID.  Client ID is a 128 bit ID that
438 is used in the communication in the SILC network.  The client ID is 
439 based on the nickname selected by the user.  User uses logical nicknames
440 in communication which are then mapped to the corresponding Client ID.
441 Client ID's are low level identifications and must not be seen by the
442 end user.
443
444 Clients provide other information about the end user as well. Information
445 such as the nickname of the user, username and the host name of the end 
446 user and user's real name.  See section 3.2 Server for information of 
447 the requirements of keeping this information.
448
449 The nickname selected by the user is not unique in the SILC network.
450 There can be 2^8 same nicknames for one IP address.  As for comparison
451 to IRC [IRC] where nicknames are unique this is a fundamental difference
452 between SILC and IRC.  This causes the server names or client's host names
453 to be used along with the nicknames to identify specific users when sending
454 messages.  This feature of SILC makes IRC style nickname-wars obsolete as
455 no one owns their nickname; there can always be someone else with the same
456 nickname.  The maximum length of nickname is 128 bytes.
457
458
459 .ti 0
460 3.1.1 Client ID
461
462 Client ID is used to identify users in the SILC network.  The Client ID
463 is unique to the extent that there can be 2^128 different Client ID's,
464 and ID's based on IPv6 addresses extends this to 2^224 different Client
465 ID's.  Collisions are not expected to happen.  The Client ID is defined
466 as follows.
467
468
469
470 .in 6
471 128 bit Client ID based on IPv4 addresses:
472
473 32 bit  Server ID IP address (bits 1-32)
474  8 bit  Random number or counter
475 88 bit  Truncated MD5 hash value of the nickname
476
477 224 bit Client ID based on IPv6 addresses:
478
479 128 bit  Server ID IP address (bits 1-128)
480   8 bit  Random number or counter
481  88 bit  Truncated MD5 hash value of the nickname
482
483 o Server ID IP address - Indicates the server where this
484   client is coming from.  The IP address hence equals the
485   server IP address where to the client has connected.
486
487 o Random number or counter - Random number to further 
488   randomize the Client ID.  Another choice is to use
489   a counter starting from the zero (0).  This makes it
490   possible to have 2^8 same nicknames from the same
491   server IP address.
492
493 o MD5 hash - MD5 hash value of the lowercase nickname is
494   truncated taking 88 bits from the start of the hash value.
495   This hash value is used to search the user's Client ID
496   from the ID lists.  Note that the nickname MUST be in
497   lowercase format.
498
499 .in 3
500 Collisions could occur when more than 2^8 clients using same nickname
501 from the same server IP address is connected to the SILC network.  
502 Server MUST be able to handle this situation by refusing to accept 
503 anymore of that nickname.
504
505 Another possible collision may happen with the truncated hash value of
506 the nickname.  It could be possible to have same truncated hash value for
507 two different nicknames.  However, this is not expected to happen nor
508 cause any problems if it would occur.  Nicknames are usually logical and
509 it is unlikely to have two distinct logical nicknames produce same
510 truncated hash value.
511
512
513 .ti 0
514 3.2 Server
515
516 Servers are the most important parts of the SILC network.  They form the
517 basis of the SILC, providing a point to which clients may connect to.
518 There are two kinds of servers in SILC; normal servers and router servers.
519 This section focus on the normal server and router server is described
520 in the section 3.3 Router.
521
522 Normal servers MUST NOT directly connect to other normal server.  Normal
523 servers may only directly connect to router server.  If the message sent
524 by the client is destined outside the local server it is always sent to
525 the router server for further routing.  Server may only have one active
526 connection to router on same port.  Normal server MUST NOT connect to other
527 cell's router except in situations where its cell's router is unavailable.
528
529
530 .ti 0
531 3.2.1 Server's Local ID List
532
533 Normal server keeps various information about the clients and their end
534 users connected to it.  Every normal server MUST keep list of all locally
535 connected clients, Client ID's, nicknames, usernames and host names and
536 user's real name.  Normal servers only keeps local information and it
537 does not keep any global information.  Hence, normal servers knows only
538 about their locally connected clients.  This makes servers efficient as
539 they don't have to worry about global clients.  Server is also responsible
540 of creating the Client ID's for their clients.
541
542 Normal server also keeps information about locally created channels and
543 their Channel ID's.
544
545
546 Hence, local list for normal server includes:
547
548 .in 6
549 server list        - Router connection
550    o Server name
551    o Server IP address
552    o Server ID
553    o Sending key
554    o Receiving key
555    o Public key
556
557 client list        - All clients in server
558    o Nickname
559    o Username@host
560    o Real name
561    o Client ID
562    o Sending key
563    o Receiving key
564    o Public key
565
566
567 channel list       - All channels in server
568    o Channel name
569    o Channel ID
570    o Client ID's on channel
571    o Client ID modes on channel
572    o Channel key
573 .in 3
574
575
576 .ti 0
577 3.2.2 Server ID
578
579 Servers are distinguished from other servers by unique 64 bit Server ID 
580 (for IPv4) or 160 bit Server ID (for IPv6).  The Server ID is used in
581 the SILC to route messages to correct servers.  Server ID's also provide
582 information for Client ID's, see section 3.1.1 Client ID.  Server ID is
583 defined as follows.
584
585 .in 6
586 64 bit Server ID based on IPv4 addresses:
587
588 32 bit  IP address of the server
589 16 bit  Port
590 16 bit  Random number
591
592 160 bit Server ID based on IPv6 addresses:
593
594 128 bit  IP address of the server
595  16 bit  Port
596  16 bit  Random number
597
598 o IP address of the server - This is the real IP address of
599   the server.
600
601 o Port - This is the port the server is bound to.
602
603 o Random number - This is used to further randomize the Server ID.
604
605 .in 3
606 Collisions are not expected to happen in any conditions.  The Server ID
607 is always created by the server itself and server is responsible of
608 distributing it to the router.
609
610
611 .ti 0
612 3.2.3 SILC Server Ports
613
614 The following ports has been assigned by IANA for the SILC protocol:
615
616 .in 10
617 silc            706/tcp    SILC
618 silc            706/udp    SILC
619 .in 3
620
621
622 If there are needs to create new SILC networks in the future the port
623 numbers must be officially assigned by the IANA.
624
625 Server on network above privileged ports (>1023) SHOULD NOT be trusted
626 as they could have been set up by untrusted party.
627
628
629 .ti 0
630 3.3 Router
631
632 Router server in SILC network is responsible for keeping the cell together
633 and routing messages to other servers and to other routers.  Router server
634 is also a normal server thus clients may connect to it as it would be
635 just normal SILC server.
636
637 However, router servers has a lot of important tasks that normal servers
638 do not have.  Router server knows everything about everything in the SILC.
639 They know all clients currently on SILC, all servers and routers and all
640 channels in SILC.  Routers are the only servers in SILC that care about
641 global information and keeping them up to date at all time.  And, this
642 is what they must do.
643
644
645 .ti 0
646 3.3.1 Router's Local ID List
647
648 Router server as well MUST keep local list of connected clients and
649 locally created channels.  However, this list is extended to include all
650 the informations of the entire cell, not just the server itself as for
651 normal servers.
652
653 However, on router this list is a lot smaller since routers do not need
654 to keep information about user's nickname, username and host name and real
655 name since these are not needed by the router.  The router keeps only
656 information that it needs.
657
658
659 Hence, local list for router includes:
660
661 .in 6
662 server list        - All servers in the cell
663    o Server name
664    o Server ID
665    o Router's Server ID
666    o Sending key
667    o Receiving key
668
669 client list        - All clients in the cell
670    o Client ID
671
672
673 channel list       - All channels in the cell
674    o Channel ID
675    o Client ID's on channel
676    o Client ID modes on channel
677    o Channel key
678 .in 3
679
680
681 Note that locally connected clients and other information include all the
682 same information as defined in section section 3.2.1 Server's Local ID
683 List.
684
685
686 .ti 0
687 3.3.2 Router's Global ID List
688
689 Router server MUST also keep global list.  Normal servers do not have
690 global list as they know only about local information.  Global list
691 includes all the clients on SILC, their Client ID's, all created channels
692 and their Channel ID's and all servers and routers on SILC and their
693 Server ID's.  That is said, global list is for global information and the
694 list must not include the local information already on the router's local
695 list.
696
697 Note that the global list does not include information like nicknames,
698 usernames and host names or user's real names.  Router does not need to
699 keep these informations as they are not needed by the router.  This 
700 information is available from the client's server which maybe queried
701 when needed.
702
703 Hence, global list includes:
704
705 .in 6
706 server list        - All servers in SILC
707    o Server name
708    o Server ID
709    o Router's Server ID
710
711 client list        - All clients in SILC
712    o Client ID
713
714 channel list       - All channels in SILC
715    o Channel ID
716    o Client ID's on channel
717    o Client ID modes on channel
718 .in 3
719
720
721
722 .ti 0
723 3.3.3 Router's Server ID
724
725 Router's Server ID's are equivalent to normal Server ID's.  As routers
726 are normal servers as well same types of ID's applies for routers as well.
727 Thus, see section 3.2.2 Server ID.
728
729
730 .ti 0
731 3.4 Channels
732
733 A channel is a named group of one or more clients which will all receive
734 messages addressed to that channel.  The channel is created when first
735 client requests JOIN command to the channel, and the channel ceases to
736 exist when the last client has left it.  When channel exists, any client
737 can reference it using the name of the channel.  If the channel has
738 a founder mode set and last client leaves the channel the channel does
739 not cease to exist.  The founder mode can be used to make permanent
740 channels in the network.  The founder of the channel can regain the
741 channel founder privileges on the channel later when he joins the
742 channel.
743
744 Channel names are unique although the real uniqueness comes from 64 bit
745 Channel ID.  However, channel names are still unique and no two global
746 channels with same name may exist.  The channel name is a string of
747 maximum length of 256 bytes.  Channel names MUST NOT contain any
748 whitespaces (`  '), any non-printable ASCII characters, commas (`,')
749 and wildcard characters.
750
751 Channels can have operators that can administrate the channel and
752 operate all of its modes.  The following operators on channel exist on
753 the SILC network.
754
755 .in 6
756 o Channel founder - When channel is created the joining client becomes
757   channel founder.  Channel founder is channel operator with some more
758   privileges.  Basically, channel founder can fully operate the channel
759   and all of its modes.  The privileges are limited only to the
760   particular channel.  There can be only one channel founder per
761   channel. Channel founder supersedes channel operator's privileges.
762
763   Channel founder privileges cannot be removed by any other operator on
764   channel.  When channel founder leaves the channel there is no channel
765   founder on the channel.  However, it is possible to set a mode for
766   the channel which allows the original channel founder to regain the
767   founder privileges even after leaving the channel.  Channel founder
768   also cannot be removed by force from the channel.
769
770 o Channel operator - When client joins to channel that has not existed
771   previously it will become automatically channel operator (and channel
772   founder discussed above).  Channel operator is able administrate the
773   channel, set some modes on channel, remove a badly behaving client
774   from the channel and promote other clients to become channel
775   operator.  The privileges are limited only to the particular channel.
776
777   Normal channel user may be promoted (opped) to channel operator
778   gaining channel operator privileges.  Channel founder or other
779   channel operator may also demote (deop) channel operator to normal
780   channel user.
781 .in 3
782
783
784 .ti 0
785 3.4.1 Channel ID
786
787 Channels are distinguished from other channels by unique Channel ID.
788 The Channel ID is a 64 bit ID (for IPv4) or 160 bit ID (for IPv6), and
789 collisions are not expected to happen in any conditions.  Channel names
790 are just for logical use of channels.  The Channel ID is created by the
791 server where the channel is created.  The Channel ID is defined as
792 follows.
793
794 .in 6
795 64 bit Channel ID based on IPv4 addresses:
796
797 32 bit  Router's Server ID IP address (bits 1-32)
798 16 bit  Router's Server ID port (bits 33-48)
799 16 bit  Random number
800
801 160 bit Channel ID based on IPv6 addresses:
802
803 128 bit  Router's Server ID IP address (bits 1-128)
804  16 bit  Router's Server ID port (bits 129-144)
805  16 bit  Random number
806
807 o Router's Server ID IP address - Indicates the IP address of 
808   the router of the cell where this channel is created.  This is 
809   taken from the router's Server ID.  This way SILC router knows 
810   where this channel resides in the SILC network.
811
812 o Router's Server ID port - Indicates the port of the channel on 
813   the server.  This is taken from the router's Server ID.
814
815 o Random number - To further randomize the Channel ID.  This makes
816   sure that there are no collisions.  This also means that
817   in a cell there can be 2^16 channels.
818 .in 3
819
820
821 .ti 0
822 3.5 Operators
823
824 Operators are normal users with extra privileges to their server or
825 router.  Usually these people are SILC server and router administrators
826 that take care of their own server and clients on them.  The purpose of
827 operators is to administrate the SILC server or router.  However, even
828 an operator with highest privileges is not able to enter invite-only
829 channel, to gain access to the contents of a encrypted and authenticated
830 packets traveling in the SILC network or to gain channel operator
831 privileges on public channels without being promoted.  They have the
832 same privileges as everyone else except they are able to administrate
833 their server or router.
834
835
836 .ti 0
837 3.6 SILC Commands
838
839 Commands are very important part on SILC network especially for client
840 which uses commands to operate on the SILC network.  Commands are used
841 to set nickname, join to channel, change modes and many other things.
842
843 Client usually sends the commands and server replies by sending a reply
844 packet to the command.  Server MAY also send commands usually to serve
845 the original client's request.  Usually server cannot send commands to
846 clients, however there MAY be commands that allow the server to send
847 commands to client.  By default servers MAY send commands only to other
848 servers and routers.
849
850 Note that the command reply is usually sent only after client has sent
851 the command request but server is allowed to send command reply packet
852 to client even if client has not requested the command.  Client MAY
853 choose to ignore the command reply.
854
855 It is expected that some of the commands may be miss-used by clients
856 resulting various problems on the server side.  Every implementation
857 SHOULD assure that commands may not be executed more than once, say,
858 in two (2) seconds.  However, to keep response rate up, allowing for
859 example five (5) commands before limiting is allowed.  It is RECOMMENDED
860 that commands such as SILC_COMMAND_NICK, SILC_COMMAND_JOIN, 
861 SILC_COMMAND_LEAVE and SILC_COMMAND_KILL SHOULD be limited in all cases
862 as they require heavy operations.  This should be sufficient to prevent
863 the miss-use of commands.
864
865 SILC commands are described in [SILC4].
866
867
868 .ti 0
869 3.7 SILC Packets
870
871 Packets are naturally the most important part of the protocol and the
872 packets are what actually makes the protocol.  Packets in SILC network
873 are always encrypted using, usually the shared secret session key
874 or some other key, for example, channel key, when encrypting channel
875 messages.  It is not possible to send packet in SILC network without
876 encryption.  The SILC Packet Protocol is a wide protocol and is described
877 in [SILC2].  This document does not define or describe details of
878 SILC packets.
879
880
881 .ti 0
882 3.8 Packet Encryption
883
884 All packets passed in SILC network MUST be encrypted.  This section
885 defines how packets must be encrypted in the SILC network.  The detailed
886 description of the actual encryption process of the packets are
887 described in [SILC2].
888
889 Client and its server shares secret symmetric session key which is
890 established by the SILC Key Exchange Protocol, described in [SILC3]. 
891 Every packet sent from client to server, with exception of packets for
892 channels, are encrypted with this session key.
893
894 Channels has a channel key that are shared by every client on the channel.
895 However, the channel keys are cell specific thus one cell does not know
896 the channel key of the other cell, even if that key is for same channel.
897 Channel key is also known by the routers and all servers that has clients
898 on the channel.  However, channels MAY have channel private keys that
899 are entirely local setting for the client.  All clients on the channel
900 MUST know the channel private key before hand to be able to talk on the
901 channel.  In this case, no server or router know the key for channel.
902
903 Server shares secret symmetric session key with router which is
904 established by the SILC Key Exchange Protocol.  Every packet passed from
905 server to router, with exception of packets for channels, are encrypted
906 with the shared session key.  Same way, router server shares secret
907 symmetric key with its primary route.  However, every packet passed
908 from router to other router, including packets for channels, are
909 encrypted with the shared session key.  Every router connection has
910 their own session keys.
911
912
913 .ti 0
914 3.8.1 Determination of the Source and the Destination
915
916 The source and the destination of the packet needs to be determined
917 to be able to route the packets to correct receiver.  This information
918 is available in the SILC Packet Header which is included in all packets
919 sent in SILC network.  The SILC Packet Header is described in [SILC2].
920
921 The header MUST be encrypted with the session key who is next receiver
922 of the packet along the route.  The receiver of the packet, for example
923 a router along the route, is able to determine the sender and the
924 destination of the packet by decrypting the SILC Packet Header and
925 checking the ID's attached to the header.  The ID's in the header will
926 tell to where the packet needs to be sent and where it is coming from.
927
928 The header in the packet MUST NOT change during the routing of the
929 packet.  The original sender, for example client, assembles the packet
930 and the packet header and server or router between the sender and the
931 receiver MUST NOT change the packet header.  Note however, that some
932 packets such as commands may resent by a server to serve the client's
933 original command.  In this case the command packet send by the server
934 includes the server's IDs.
935
936 Note that the packet and the packet header may be encrypted with
937 different keys.  For example, packets to channels are encrypted with
938 the channel key, however, the header is encrypted with the session key
939 as described above.  However, the header and the packet may be encrypted
940 with same key.  This is the case, for example, with command packets.
941
942
943 .ti 0
944 3.8.2 Client To Client
945
946 The process of message delivery and encryption from client to another
947 client is as follows.
948
949 Example:  Private message from client to another client on different
950           servers.  Clients do not share private message delivery
951           keys; normal session keys are used.
952
953 o Client 1. sends encrypted packet to its server.  The packet is
954   encrypted with the session key shared between client and its
955   server.
956
957 o Server determines the destination of the packet and decrypts
958   the packet.  Server encrypts the packet with session key shared
959   between the server and its router, and sends the packet to the
960   router.
961
962 o Router determines the destination of the packet and decrypts
963   the packet.  Router encrypts the packet with session key 
964   shared between the router and the destination server, and sends
965   the packet to the server.
966
967 o Server determines the client to which the packet is destined
968   to and decrypts the packet.  Server encrypts the packet with
969   session key shared between the server and the destination client,
970   and sends the packet to the client.
971
972 o Client 2. decrypts the packet.
973
974
975 Example:  Private message from client to another client on different
976           servers.  Clients has established secret shared private
977           message delivery key with each other and that is used in 
978           the message encryption.
979
980 o Client 1. sends encrypted packet to its server.  The packet header
981   is encrypted with the session key shared between the client and
982   server, and the private message is encrypted with the private
983   message delivery key shared between clients.
984
985 o Server determines the destination of the packet and sends the 
986   packet to the router.
987
988 o Router determines the destination of the packet and sends the
989   packet to the server.
990
991 o Server determines the client to which the packet is destined
992   to and sends the packet to the client.
993
994 o Client 2. decrypts the packet with the secret shared key.
995
996
997 If clients share secret key with each other the private message
998 delivery is much simpler since servers and routers between the
999 clients do not need to decrypt and re-encrypt the packet.
1000
1001 The process for clients on same server is much simpler as there are
1002 no need to send the packet to the router.  The process for clients 
1003 on different cells is same as above except that the packet is routed 
1004 outside the cell.  The router of the destination cell routes the 
1005 packet to the destination same way as described above.
1006
1007
1008 .ti 0
1009 3.8.3 Client To Channel
1010
1011 Process of message delivery from client on channel to all the clients
1012 on the channel.
1013
1014 Example:  Channel of four users; two on same server, other two on
1015           different cells.  Client sends message to the channel.
1016
1017 o Client 1. encrypts the packet with channel key and sends the
1018   packet to its server.
1019
1020 o Server determines local clients on the channel and sends the
1021   packet to the Client on the same server.  Server then sends
1022   the packet to its router for further routing.
1023
1024 o Router determines local clients on the channel, if found
1025   sends packet to the local clients.  Router determines global
1026   clients on the channel and sends the packet to its primary
1027   router or fastest route.
1028
1029 o (Other router(s) do the same thing and sends the packet to
1030    the server(s))
1031
1032 o Server determines local clients on the channel and sends the
1033   packet to the client.
1034
1035 o All clients receiving the packet decrypts the packet.
1036
1037
1038 .ti 0
1039 3.8.4 Server To Server
1040
1041 Server to server packet delivery and encryption is described in above
1042 examples. Router to router packet delivery is analogous to server to
1043 server.  However, some packets, such as channel packets, are processed
1044 differently.  These cases are described later in this document and
1045 more in detail in [SILC2].
1046
1047
1048 .ti 0
1049 3.9 Key Exchange And Authentication
1050
1051 Key exchange is done always when for example client connects to server
1052 but also when server and router, and router and router connects to each
1053 other.  The purpose of key exchange protocol is to provide secure key
1054 material to be used in the communication.  The key material is used to
1055 derive various security parameters used to secure SILC packets.  The
1056 SILC Key Exchange protocol is described in detail in [SILC3].
1057
1058 Authentication is done after key exchange protocol has been successfully
1059 completed.  The purpose of authentication is to authenticate for example
1060 client connecting to the server.  However, usually clients are accepted
1061 to connect to server without explicit authentication.  Servers are
1062 required use authentication protocol when connecting.  The authentication
1063 may be based on passphrase (pre-shared-secret) or public key.  All
1064 passphrases sent in SILC protocol MUST be UTF-8 [RFC2279] encoded.
1065 The connection authentication protocol is described in detail in [SILC3].
1066
1067
1068 .ti 0
1069 3.9.1 Authentication Payload
1070
1071 Authentication payload is used separately from the SKE and the Connection
1072 Authentication protocol.  It can be used during the session to authenticate
1073 with the remote.  For example, the client can authenticate itself to the
1074 server to become server operator.  In this case, Authentication Payload is
1075 used.
1076
1077 The format of the Authentication Payload is as follows:
1078
1079
1080 .in 5
1081 .nf
1082                      1                   2                   3
1083  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
1084 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1085 |        Payload Length         |     Authentication Method     |
1086 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1087 |      Public Data Length       |                               |
1088 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
1089 |                                                               |
1090 ~                           Public Data                         ~
1091 |                                                               |
1092 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1093 |   Authentication Data Length  |                               |
1094 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
1095 |                                                               |
1096 ~                       Authentication Data                     ~
1097 |                                                               |
1098 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1099 .in 3
1100  
1101 .ce
1102 Figure 5:  Authentication Payload
1103
1104
1105 .in 6
1106 o Payload Length (2 bytes) - Length of the entire payload.
1107
1108 o Authentication Method (2 bytes) - The method of the
1109   authentication.  The authentication methods are defined
1110   in [SILC2] in the Connection Auth Request Payload.  The NONE 
1111   authentication method SHOULD NOT be used.
1112
1113 o Public Data Length (2 bytes) - Indicates the length of
1114   the Public Data field.
1115
1116 o Public Data (variable length) - This is defined only if
1117   the authentication method is public key.  If it is any other
1118   this field MAY include a random data for padding purposes.
1119   However, in this case the field MUST be ignored by the
1120   receiver.
1121
1122   When the authentication method is public key this includes
1123   128 to 4096 bytes of non-zero random data that is used in
1124   the signature process, described subsequently.
1125
1126 o Authentication Data Length (2 bytes) - Indicates the
1127   length of the Authentication Data field.  If zero (0)
1128   value is found in this field the payload MUST be 
1129   discarded.
1130
1131 o Authentication Data (variable length) - Authentication 
1132   method dependent authentication data.
1133 .in 3
1134
1135
1136 If the authentication method is password based, the Authentication
1137 Data field includes the plaintext UTF-8 encoded password.  It is safe
1138 to send plaintext password since the entire payload is encrypted.  In
1139 this case the Public Data Length is set to zero (0), but MAY also include
1140 random data for padding purposes.  It is also RECOMMENDED that maximum
1141 amount of padding is applied to SILC packet when using password based
1142 authentication.  This way it is not possible to approximate the length
1143 of the password from the encrypted packet.
1144
1145 If the authentication method is public key based (or certificate)
1146 the Authentication Data is computed as follows:
1147
1148   HASH = hash(random bytes | ID | public key (or certificate));
1149   Authentication Data = sign(HASH);
1150
1151 The hash() and the sign() are the hash function and the public key
1152 cryptography function selected in the SKE protocol, unless otherwise
1153 stated in the context where this payload is used.  The public key
1154 is SILC style public key unless certificates are used.  The ID is the
1155 entity's ID (Client or Server ID) which is authenticating itself.  The
1156 ID encoding is described in [SILC2].  The random bytes are non-zero
1157 random bytes of length between 128 and 4096 bytes, and will be included
1158 into the Public Data field as is.
1159
1160 The receiver will compute the signature using the random data received
1161 in the payload, the ID associated to the connection and the public key
1162 (or certificate) received in the SKE protocol.  After computing the
1163 receiver MUST verify the signature.  In case of public key authentication
1164 this payload is also encrypted.
1165
1166
1167 .ti 0
1168 3.10 Algorithms
1169
1170 This section defines all the allowed algorithms that can be used in
1171 the SILC protocol.  This includes mandatory cipher, mandatory public
1172 key algorithm and MAC algorithms.
1173
1174
1175 .ti 0
1176 3.10.1 Ciphers
1177
1178 Cipher is the encryption algorithm that is used to protect the data
1179 in the SILC packets.  See [SILC2] of the actual encryption process and
1180 definition of how it must be done.  SILC has a mandatory algorithm that
1181 must be supported in order to be compliant with this protocol.
1182
1183 The following ciphers are defined in SILC protocol:
1184
1185 .in 6
1186 aes-256-cbc         AES in CBC mode, 256 bit key       (REQUIRED)
1187 aes-192-cbc         AES in CBC mode, 192 bit key       (OPTIONAL)
1188 aes-128-cbc         AES in CBC mode, 128 bit key       (OPTIONAL)
1189 twofish-256-cbc     Twofish in CBC mode, 256 bit key   (OPTIONAL)
1190 twofish-192-cbc     Twofish in CBC mode, 192 bit key   (OPTIONAL)
1191 twofish-128-cbc     Twofish in CBC mode, 128 bit key   (OPTIONAL)
1192 blowfish-128-cbc    Blowfish in CBC mode, 128 bit key  (OPTIONAL)
1193 cast-256-cbc        CAST-256 in CBC mode, 256 bit key  (OPTIONAL)
1194 cast-192-cbc        CAST-256 in CBC mode, 192 bit key  (OPTIONAL)
1195 cast-128-cbc        CAST-256 in CBC mode, 128 bit key  (OPTIONAL)
1196 rc6-256-cbc         RC6 in CBC mode, 256 bit key       (OPTIONAL)
1197 rc6-192-cbc         RC6 in CBC mode, 192 bit key       (OPTIONAL)
1198 rc6-128-cbc         RC6 in CBC mode, 128 bit key       (OPTIONAL)
1199 mars-256-cbc        Mars in CBC mode, 256 bit key      (OPTIONAL)
1200 mars-192-cbc        Mars in CBC mode, 192 bit key      (OPTIONAL)
1201 mars-128-cbc        Mars in CBC mode, 128 bit key      (OPTIONAL)
1202 none                No encryption                      (OPTIONAL)
1203 .in 3
1204
1205
1206 Algorithm none does not perform any encryption process at all and 
1207 thus is not recommended to be used.  It is recommended that no client
1208 or server implementation would accept none algorithms except in special
1209 debugging mode.
1210
1211 Additional ciphers MAY be defined to be used in SILC by using the
1212 same name format as above.
1213
1214
1215 .ti 0
1216 3.10.2 Public Key Algorithms
1217
1218 Public keys are used in SILC to authenticate entities in SILC network
1219 and to perform other tasks related to public key cryptography.  The 
1220 public keys are also used in the SILC Key Exchange protocol [SILC3].
1221
1222 The following public key algorithms are defined in SILC protocol:
1223
1224 .in 6
1225 rsa        RSA  (REQUIRED)
1226 dss        DSS  (OPTIONAL)
1227 .in 3
1228
1229 DSS is described in [Menezes].  The RSA MUST be implemented according
1230 PKCS #1 [PKCS1].  The mandatory PKCS #1 implementation in SILC MUST be
1231 compliant to either PKCS #1 version 1.5 or newer with the following
1232 notes: The signature encoding is always in same format as the encryption
1233 encoding regardless of the PKCS #1 version.  The signature with appendix
1234 (with hash algorithm OID in the data) MUST NOT be used in the SILC.  The
1235 rationale for this is that there is no binding between the PKCS #1 OIDs
1236 and the hash algorithms used in the SILC protocol.  Hence, the encoding
1237 is always in PKCS #1 version 1.5 format.
1238
1239 Additional public key algorithms MAY be defined to be used in SILC.
1240
1241 When signatures are computed in SILC the computing of the signature is
1242 represented as sign().  The signature computing procedure is dependent
1243 of the public key algorithm, and the public key or certificate encoding.
1244 When using SILC public key the signature is computed as described in
1245 previous paragraph for RSA and DSS keys.  If the hash function is not
1246 specified separately for signing process sha1 MUST be used.  When using
1247 SSH2 public keys the signature is computed as described in [SSH-TRANS].
1248 When using X.509 version 3 certificates the signature is computed as
1249 described in [PKCS7].  When using OpenPGP certificates the signature is
1250 computed as described in [PGP].
1251
1252
1253 .ti 0
1254 3.10.3 Hash Functions
1255
1256 Hash functions are used as part of MAC algorithms defined in the next
1257 section.  They are also used in the SILC Key Exchange protocol defined
1258 in the [SILC3].
1259
1260 The following Hash algorithm are defined in SILC protocol:
1261
1262 .in 6
1263 sha1             SHA-1, length = 20      (REQUIRED)
1264 md5              MD5, length = 16        (OPTIONAL)
1265 .in 3
1266
1267
1268 .ti 0
1269 3.10.4 MAC Algorithms
1270
1271 Data integrity is protected by computing a message authentication code
1272 (MAC) of the packet data.  See [SILC2] for details how to compute the
1273 MAC.
1274
1275 The following MAC algorithms are defined in SILC protocol:
1276
1277 .in 6
1278 hmac-sha1-96     HMAC-SHA1, length = 12  (REQUIRED)
1279 hmac-md5-96      HMAC-MD5, length = 12   (OPTIONAL)
1280 hmac-sha1        HMAC-SHA1, length = 20  (OPTIONAL)
1281 hmac-md5         HMAC-MD5, length = 16   (OPTIONAL)
1282 none             No MAC                  (OPTIONAL)
1283 .in 3
1284
1285 The none MAC is not recommended to be used as the packet is not
1286 authenticated when MAC is not computed.  It is recommended that no
1287 client or server would accept none MAC except in special debugging
1288 mode.
1289
1290 The HMAC algorithm is described in [HMAC] and hash algorithms that
1291 are used as part of the HMACs are described in [Scheneir] and in
1292 [Menezes]
1293
1294 Additional MAC algorithms MAY be defined to be used in SILC.
1295
1296
1297
1298
1299 .ti 0
1300 3.10.5 Compression Algorithms
1301
1302 SILC protocol supports compression that may be applied to unencrypted
1303 data.  It is recommended to use compression on slow links as it may
1304 significantly speed up the data transmission.  By default, SILC does not
1305 use compression which is the mode that must be supported by all SILC
1306 implementations.
1307
1308 The following compression algorithms are defined:
1309
1310 .in 6
1311 none        No compression               (REQUIRED)
1312 zlib        GNU ZLIB (LZ77) compression  (OPTIONAL)
1313 .in 3
1314
1315 Additional compression algorithms MAY be defined to be used in SILC.
1316
1317
1318 .ti 0
1319 3.11 SILC Public Key
1320
1321 This section defines the type and format of the SILC public key.  All
1322 implementations MUST support this public key type.  See [SILC3] for
1323 other optional public key and certificate types allowed in the SILC
1324 protocol.  Public keys in SILC may be used to authenticate entities
1325 and to perform other tasks related to public key cryptography.
1326
1327 The format of the SILC Public Key is as follows:
1328
1329
1330 .in 5
1331 .nf
1332                      1                   2                   3
1333  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
1334 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1335 |                        Public Key Length                      |
1336 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1337 |     Algorithm Name Length     |                               |
1338 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
1339 |                                                               |
1340 ~                         Algorithm Name                        ~
1341 |                                                               |
1342 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1343 |       Identifier Length       |                               |
1344 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
1345 |                                                               |
1346 ~                           Identifier                          ~
1347 |                                                               |
1348 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1349 |                                                               |
1350 ~                           Public Data                         ~
1351 |                                                               |
1352 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1353 .in 3
1354
1355 .ce
1356 Figure 5:  SILC Public Key
1357
1358
1359 .in 6
1360 o Public Key Length (4 bytes) - Indicates the full length
1361   of the public key, not including this field.
1362
1363 o Algorithm Name Length (2 bytes) - Indicates the length
1364   of the Algorithm Length field, not including this field.
1365
1366 o Algorithm name (variable length) - Indicates the name
1367   of the public key algorithm that the key is.  See the
1368   section 3.10.2 Public Key Algorithms for defined names.
1369
1370 o Identifier Length (2 bytes) - Indicates the length of
1371   the Identifier field, not including this field.
1372
1373 o Identifier (variable length) - Indicates the identifier
1374   of the public key.  This data can be used to identify
1375   the owner of the key.  The identifier is of the following
1376   format:
1377
1378      UN   User name
1379      HN   Host name or IP address
1380      RN   Real name
1381      E    EMail address
1382      O    Organization
1383      C    Country
1384
1385
1386   Examples of an identifier:
1387
1388     `UN=priikone, HN=poseidon.pspt.fi, E=priikone@poseidon.pspt.fi'
1389
1390     `UN=sam, HN=dummy.fi, RN=Sammy Sam, O=Company XYZ, C=Finland'
1391
1392   At least user name (UN) and host name (HN) MUST be provided as
1393   identifier.  The fields are separated by commas (`,').  If
1394   comma is in the identifier string it must be written as `\\,',
1395   for example, `O=Company XYZ\\, Inc.'.
1396
1397 o Public Data (variable length) - Includes the actual
1398   public data of the public key.
1399
1400   The format of this field for RSA algorithm is
1401   as follows:
1402
1403      4 bytes            Length of e
1404      variable length    e
1405      4 bytes            Length of n
1406      variable length    n
1407
1408
1409   The format of this field for DSS algorithm is
1410   as follows:
1411
1412      4 bytes            Length of p
1413      variable length    p
1414      4 bytes            Length of q
1415      variable length    q
1416      4 bytes            Length of g
1417      variable length    g
1418      4 bytes            Length of y
1419      variable length    y
1420
1421   The variable length fields are multiple precession
1422   integers encoded as strings in both examples.
1423
1424   Other algorithms must define their own type of this
1425   field if they are used.
1426 .in 3
1427
1428 All fields in the public key are in MSB (most significant byte first)
1429 order.  All strings in the public key are UTF-8 encoded.
1430
1431 If an external protocol need to refer to SILC Public Key by name, the
1432 name "silc-rsa" and "silc-dss" for SILC Public Key based on RSA algorithm
1433 and SILC Public Key based on DSS algorithm, respectively, are to be used.
1434 However, this SILC specification does not use these names directly, and 
1435 they are defined here for external protocols (protocols that may like 
1436 to use SILC Public Key).
1437
1438
1439 .ti 0
1440 3.12 SILC Version Detection
1441
1442 The version detection of both client and server is performed at the
1443 connection phase while executing the SILC Key Exchange protocol.  The
1444 version identifier is exchanged between initiator and responder.  The
1445 version identifier is of the following format:
1446
1447 .in 6
1448 SILC-<protocol version>-<software version>
1449 .in 3
1450
1451 The version strings are of the following format:
1452
1453 .in 6
1454 protocol version = <major>.<minor>
1455 software version = <major>[.<minor>[.<build or vendor string>]]
1456 .in 3
1457
1458 Protocol version MAY provide both major and minor version.  Currently
1459 implementations MUST set the protocol version and accept at least the 
1460 protocol version as SILC-1.1-<software version>.  If new protocol version 
1461 causes incompatibilities with older version the <minor> version number 
1462 MUST be incremented.  The <major> is incremented if new protocol version 
1463 is fully incompatible.
1464
1465 Software version MAY provide major, minor and build (vendor) version.
1466 The software version MAY be freely set and accepted.  The version string 
1467 MUST consist of printable US-ASCII characters.
1468
1469
1470 Thus, the version strings could be, for example:
1471
1472 .in 6
1473 SILC-1.1-2.0.2
1474 SILC-1.0-1.2
1475 SILC-1.1-1.0.VendorXYZ
1476 SILC-1.1-2.4.5 Vendor Limited
1477 .in 3
1478
1479
1480 .ti 0
1481 3.13 Backup Routers
1482
1483 Backup routers may exist in the cell in addition of the primary router.
1484 However, they must not be active routers and act as routers in the cell.
1485 Only one router may be acting as primary router in the cell.  In the case
1486 of failure of the primary router may one of the backup routers become
1487 active.  The purpose of backup routers are in case of failure of the
1488 primary router to maintain working connections inside the cell and outside
1489 the cell and to avoid netsplits.
1490
1491 Backup routers are normal servers in the cell that are prepared to take
1492 over the tasks of the primary router if needed.  They need to have at
1493 least one direct and active connection to the primary router of the cell.
1494 This communication channel is used to send the router information to
1495 the backup router.  When the backup router connects to the primary router
1496 of the cell it MUST present itself as router server in the Connection
1497 Authentication protocol, even though it is normal server as long as the
1498 primary router is available.  Reason for this is that the configuration
1499 needed in the responder end requires usually router connection level
1500 configuration.  The responder, however must understand and treat the
1501 connection as normal server (except when feeding router level data to
1502 the backup router).
1503
1504 Backup router must know everything that the primary router knows to be
1505 able to take over the tasks of the primary router.  It is the primary
1506 router's responsibility to feed the data to the backup router.  If the
1507 backup router does not know all the data in the case of failure some
1508 connections may be lost.  The primary router of the cell must consider
1509 the backup router being actual router server when it feeds the data to
1510 it.
1511
1512 In addition of having direct connection to the primary router of the
1513 cell, the backup router must also have connection to the same router
1514 the primary router of the cell is connected.  However, it must not be
1515 active router connection meaning that the backup router must not use
1516 that channel as its primary route and it must not notify the router
1517 about having connected servers, channels and clients behind it.  It
1518 merely connects to the router.  This sort of connection is later
1519 referred as being passive connection.  Some keepalive actions may be
1520 needed by the router to keep the connection alive.
1521
1522 It is required that other normal servers have passive connections to
1523 the backup router(s) in the cell.  Some keepalive actions may be needed
1524 by the server to keep the connection alive.  After they notice the
1525 failure of the primary router they must start using the connection to
1526 the first backup router as their primary route.
1527
1528 Also, if any other router in the network is using the cell's primary
1529 router as its own primary router, it must also have passive connection
1530 to the cell's backup router.  It too is prepared to switch to use the
1531 backup router as its new primary router as soon as the original primary
1532 router becomes unresponsive.
1533
1534 All of the parties of this protocol knows which one is the backup router
1535 of the cell from their local configuration.  Each of the entity must
1536 be configured accordingly and care must be taken when configuring the
1537 backup routers, servers and other routers in the network.
1538
1539 It must be noted that some of the channel messages and private messages
1540 may be lost during the switch to the backup router.  The announcements
1541 assures that the state of the network is not lost during the switch.
1542
1543 It is RECOMMENDED that there would be at least one backup router in
1544 the cell.  It is NOT RECOMMENDED to have all servers in the cell acting
1545 as backup routers as it requires establishing several connections to
1546 several servers in the cell.  Large cells can easily have several
1547 backup routers in the cell.
1548
1549 The order of the backup routers are decided at the configuration phase.
1550 All the parties of this protocol must be configured accordingly to 
1551 understand the order of the backup routers.  It is not required that
1552 the backup server is actually active server in the cell.  Backup router
1553 may be a spare server in the cell that does not accept normal client
1554 connections at all.  It may be reserved purely for the backup purposes.
1555 These, however, are cell management issues.
1556
1557 If also the first backup router is down as well and there is another
1558 backup router in the cell then it will start acting as the primary
1559 router as described above.
1560
1561
1562 .ti 0
1563 3.13.1 Switching to Backup Router
1564
1565 When the primary router of the cell becomes unresponsive, for example
1566 by sending EOF to the connection, all the parties of this protocol MUST
1567 replace the old connection to the primary router with first configured
1568 backup router.  The backup router usually needs to do local modifications
1569 to its database in order to update all the information needed to maintain
1570 working routes.  The backup router must understand that clients that
1571 were originated from the primary router are now originated from some of
1572 the existing server connections and must update them accordingly.  It
1573 must also remove those clients that were owned by the primary router
1574 since those connections were lost when the primary router became
1575 unresponsive.
1576
1577 All the other parties of the protocol must also update their local
1578 database to understand that the route to the primary router will now go
1579 to the backup router.
1580
1581 The servers connected to the backup router must announce their clients,
1582 channels, channel users, channel user modes and channel modes to the
1583 backup router.  This is to assure that none of the important notify 
1584 packets were lost during the switch to the backup router.  The backup
1585 router must check which of these announced entities it already have
1586 and distribute the new ones to the primary route.
1587
1588 The backup router too must announce its servers, clients, channels
1589 and other information to the new primary router.  The primary router
1590 of the backup router too must announce its informations to the backup
1591 router.  Both must process only the ones they do not know about.  If
1592 any of the announced modes does not match then they are enforced in
1593 normal manner defined later in this specification.
1594
1595
1596 .ti 0
1597 3.13.2 Resuming Primary Router
1598
1599 Usually the primary router is unresponsive only a short period of time
1600 and it is intended that the original router of the cell will resume
1601 its position as primary router when it comes back online.  The backup
1602 router that is now acting as primary router of the cell must constantly
1603 try to connect to the original primary router of the cell.  It is
1604 RECOMMENDED that it would try to reconnect in 30 second intervals to
1605 the primary router.
1606
1607 When the connection is established to the primary router the backup
1608 resuming protocol is executed.  The protocol is advanced as follows:
1609
1610   1. Backup router sends SILC_PACKET_RESUME_ROUTER packet with type
1611      value 1 the primary router that came back online.  The packet
1612      will indicate the primary router has been replaced by the backup
1613      router.  After sending the packet the backup router will announce
1614      all of its channels, channel users, modes etc. to the primary
1615      router.
1616
1617   2. Backup router sends SILC_PACKET_RESUME_ROUTER packet with type
1618      value 2 to its current primary router to indicate that it will
1619      resign as being primary router.  Then, backup router sends the
1620      SILC_PACKET_RESUME_ROUTER packet with type value 1 to all
1621      connected servers to also indicate that it will resign as being
1622      primary router.
1623
1624   3. Backup router also send SILC_PACKET_RESUME_ROUTER packet with
1625      type value 2 to the router that is using the backup router
1626      currently as its primary router.
1627
1628   4. Any server and router that receives the SILC_PACKET_RESUME_ROUTER
1629      with type value 1 or 2 must reconnect immediately to the
1630      primary router of the cell that came back online.  After they
1631      have created the connection they MUST NOT use that connection
1632      as active primary route but still route all packets to the
1633      backup router.  After the connection is created they MUST send
1634      SILC_PACKET_RESUME_ROUTER with type value 3 back to the
1635      backup router.  The session ID value found in the first packet
1636      MUST be set in this packet.
1637
1638   5. Backup router MUST wait for all packets with type value 3 before
1639      it continues with the protocol.  It knows from the session ID values
1640      set in the packet when it have received all packets.  The session
1641      value should be different in all packets it have sent earlier.
1642      After the packets is received the backup router sends the
1643      SILC_PACKET_RESUME_ROUTER packet with type value 4 to the
1644      primary router that came back online.  This packet will indicate 
1645      that the backup router is now ready to resign as being primary
1646      router.  The session ID value in this packet MUST be the same as
1647      in first packet sent to the primary router.  During this time
1648      the backup router must still route all packets it is receiving
1649      from server connections.
1650
1651   6. The primary router receives the packet and send the
1652      SILC_PACKET_RESUME_ROUTER with type value 5 to all connected servers
1653      including the backup router.  It also sends the packet with type
1654      value 6 to its primary router, and to the router that is using
1655      it as its primary router.  The Session ID value in this packet
1656      SHOULD be zero (0).
1657
1658   7. Any server and router that receives the SILC_PACKET_RESUME_ROUTER
1659      with type value 5 or 6 must switch their primary route to the
1660      new primary router and remove the route for the backup router, since
1661      it is not anymore the primary router of the cell.  They must also
1662      update their local database to understand that the clients are
1663      not originated from the backup router but from the locally connected
1664      servers.  After that they MUST announce their channels, channel
1665      users, modes etc. to the primary router.  They must not use the
1666      backup router connection after this and the connection is considered
1667      to be passive connection.  The implementations SHOULD be able
1668      to disable the connection without closing the actual link.
1669
1670 After this protocol is executed the backup router is now again normal
1671 server in the cell that has the backup link to the primary router.  The
1672 primary router feeds the router specific data again to the backup router.
1673 All server connections in the backup router are considered passive
1674 connections.
1675
1676 When the primary router of the cell comes back online and connects
1677 to its primary router, the remote primary router must send the 
1678 SILC_PACKET_RESUME_ROUTER with type value 20 indicating that the
1679 connection is not allowed since the router has been replaced by an
1680 backup router.  The session ID value in this packet SHOULD be zero (0).
1681 When the router receives this packet it must not use the connection
1682 as active connection but to understand that it cannot act as primary
1683 router in the cell.  It must wait that the backup router connects to
1684 it, and the backup resuming protocol is executed.
1685
1686 The following type values has been defined for SILC_PACKET_RESUME_ROUTER
1687 packet:
1688
1689   1    SILC_SERVER_BACKUP_START
1690   2    SILC_SERVER_BACKUP_START_GLOBAL
1691   3    SILC_SERVER_BACKUP_START_CONNECTED
1692   4    SILC_SERVER_BACKUP_START_ENDING
1693   5    SILC_SERVER_BACKUP_START_RESUMED
1694   6    SILC_SERVER_BACKUP_START_RESUMED_GLOBAL
1695   20   SILC_SERVER_BACKUP_START_REPLACED
1696
1697 If any other value is found in the type field the packet must be 
1698 discarded.  The SILC_PACKET_RESUME_ROUTER packet and its payload
1699 is defined in [SILC2].
1700
1701
1702 .ti 0
1703 3.13.3 Discussion on Backup Router Scheme
1704
1705 It is clear that this backup router support is not able to handle all
1706 possible situations arising in unreliable network environment.  This
1707 scheme for example does not handle situation when the router actually
1708 does not go offline but the network link goes down temporarily.  It would
1709 require some intelligence to figure out when it is best time to switch
1710 to the backup router.  To make it even more complicated it is possible
1711 that the backup router may have not lost the network link to the primary
1712 router.
1713
1714 Other possible situation is when the network link is lost temporarily
1715 between two primary routers in the SILC network.  Unless the routers
1716 notice the link going down they cannot perhaps find alternative routes.
1717 Worst situation is when the link goes down only for a short period of
1718 time, thus causing lag.  Should the routers or servers find alternative
1719 routes if they cannot get response from the router during the lag?
1720 When alternative routes are being found it must be careful not to
1721 mess up existing primary routes between routers in the network.
1722
1723 It is suggested that the current backup router scheme is only temporary
1724 solution and existing backup router protocols are studied further.  It
1725 is also suggested that the backup router specification will be separated
1726 from this SILC specification Internet-Draft and additional specification
1727 is written on the subject.
1728
1729
1730 .ti 0
1731 4 SILC Procedures
1732
1733 This section describes various SILC procedures such as how the 
1734 connections are created and registered, how channels are created and
1735 so on.  The section describes the procedures only generally as details
1736 are described in [SILC2] and [SILC3].
1737
1738
1739 .ti 0
1740 4.1 Creating Client Connection
1741
1742 This section describes the procedure when client connects to SILC server.
1743 When client connects to server the server MUST perform IP address lookup
1744 and reverse IP address lookup to assure that the origin host really is
1745 who it claims to be.  Client, host, connecting to server SHOULD have 
1746 both valid IP address and fully qualified domain name (FQDN).
1747
1748 After that the client and server performs SILC Key Exchange protocol
1749 which will provide the key material used later in the communication.
1750 The key exchange protocol MUST be completed successfully before the
1751 connection registration may continue.  The SILC Key Exchange protocol
1752 is described in [SILC3].
1753
1754 Typical server implementation would keep a list of connections that it
1755 allows to connect to the server.  The implementation would check, for
1756 example, the connecting client's IP address from the connection list
1757 before the SILC Key Exchange protocol has been started.  Reason for
1758 this is that if the host is not allowed to connect to the server there
1759 is no reason to perform the key exchange protocol.
1760
1761 After successful key exchange protocol the client and server performs
1762 connection authentication protocol.  The purpose of the protocol is to
1763 authenticate the client connecting to the server.  Flexible
1764 implementation could also accept the client to connect to the server
1765 without explicit authentication.  However, if authentication is
1766 desired for a specific client it may be based on passphrase or
1767 public key authentication.  If authentication fails the connection
1768 MUST be terminated.  The connection authentication protocol is described
1769 in [SILC3].
1770
1771 After successful key exchange and authentication protocol the client
1772 registers itself by sending SILC_PACKET_NEW_CLIENT packet to the
1773 server.  This packet includes various information about the client
1774 that the server uses to create the client.  Server creates the client
1775 and sends SILC_PACKET_NEW_ID to the client which includes the created
1776 Client ID that the client MUST start using after that.  After that
1777 all SILC packets from the client MUST have the Client ID as the
1778 Source ID in the SILC Packet Header, described in [SILC2].
1779
1780 Client MUST also get the server's Server ID that is to be used as
1781 Destination ID in the SILC Packet Header when communicating with
1782 the server (for example when sending commands to the server).  The
1783 ID may be resolved in two ways.  Client can take the ID from an
1784 previously received packet from server that MUST include the ID,
1785 or to send SILC_COMMAND_INFO command and receive the Server ID as
1786 command reply.
1787
1788 Server MAY choose not to use the information received in the
1789 SILC_PACKET_NEW_CLIENT packet.  For example, if public key or 
1790 certificate were used in the authentication, server MAY use those
1791 informations rather than what it received from client.  This is suitable
1792 way to get the true information about client if it is available.
1793
1794 The nickname of client is initially set to the username sent in the
1795 SILC_PACKET_NEW_CLIENT packet.  User should set the nickname to more
1796 suitable by sending SILC_COMMAND_NICK command.  However, this is not
1797 required as part of registration process.
1798
1799 Server MUST also distribute the information about newly registered
1800 client to its router (or if the server is router, to all routers in
1801 the SILC network).  More information about this in [SILC2].
1802
1803 Router server MUST also check whether some client in the local cell
1804 is watching for the nickname this new client has, and send the 
1805 SILC_NOTIFY_TYPE_WATCH to the watcher.
1806
1807
1808 .ti 0
1809 4.2 Creating Server Connection
1810
1811 This section describes the procedure when server connects to its
1812 router (or when router connects to other router, the cases are
1813 equivalent).  The procedure is very much alike when client connects
1814 to the server thus it is not repeated here.
1815
1816 One difference is that server MUST perform connection authentication
1817 protocol with proper authentication.  A proper authentication is based
1818 on passphrase or public key authentication.
1819
1820 After server and router has successfully performed the key exchange
1821 and connection authentication protocol, the server register itself
1822 to the router by sending SILC_PACKET_NEW_SERVER packet.  This packet
1823 includes the server's Server ID that it has created by itself and
1824 other relevant information about the server.
1825
1826 After router has received the SILC_PACKET_NEW_SERVER packet it
1827 distributes the information about newly registered server to all routers
1828 in the SILC network.  More information about this in [SILC2].
1829
1830 As client needed to resolve the destination ID this MUST be done by the
1831 server that connected to the router, as well.  The way to resolve it is
1832 to get the ID from previously received packet.  The server MAY also 
1833 use SILC_COMMAND_INFO command to resolve the ID.  Server MUST also start
1834 using its own Server ID as Source ID in SILC Packet Header and the
1835 router's Server ID as Destination when communicating with the router.
1836
1837
1838 .ti 0
1839 4.2.1 Announcing Clients, Channels and Servers
1840
1841 After server or router has connected to the remote router, and it already
1842 has connected clients and channels it MUST announce them to the router.
1843 If the server is router server, also all the local servers in the cell
1844 MUST be announced.
1845
1846 All clients are announced by compiling a list of ID Payloads into the
1847 SILC_PACKET_NEW_ID packet.  All channels are announced by compiling a
1848 list of Channel Payloads into the SILC_PACKET_NEW_CHANNEL packet.
1849 Channels' mode and founder public key and other channel mode specific
1850 data is announced by sending SILC_NOTIFY_TYPE_CMODE_CHANGE notify list.
1851 Also, the channel users on the channels must be announced by compiling a
1852 list of Notify Payloads with the SILC_NOTIFY_TYPE_JOIN notify type into
1853 the SILC_PACKET_NOTIFY packet.  The users' modes on the channel must 
1854 also be announced by compiling list of Notify Payloads with the 
1855 SILC_NOTIFY_TYPE_CUMODE_CHANGE notify type into the SILC_PACKET_NOTIFY
1856 packet.
1857
1858 The router MUST also announce the local servers by compiling list of
1859 ID Payloads into the SILC_PACKET_NEW_ID packet.
1860
1861 Also, clients' modes (user modes in SILC) MUST be announced.  This is
1862 done by compiling a list of Notify Payloads with the 
1863 SILC_NOTIFY_UMODE_CHANGE nofity type into the SILC_PACKET_NOTIFY packet.
1864
1865 Also, channel's topics MUST be announced by compiling a list of Notify
1866 Payloads with the SILC_NOTIFY_TOPIC_SET notify type into the
1867 SILC_PACKET_NOTIFY packet.
1868
1869 The router which receives these lists MUST process them and broadcast
1870 the packets to its primary route.
1871
1872 When processing the announced channels and channel users the router MUST
1873 check whether a channel exists already with the same name.  If channel
1874 exists with the same name it MUST check whether the Channel ID is
1875 different.  If the Channel ID is different the router MUST send the notify
1876 type SILC_NOTIFY_TYPE_CHANNEL_CHANGE to the server to force the channel ID
1877 change to the ID the router has.  If the mode of the channel is different
1878 the router MUST send the notify type SILC_NOTIFY_TYPE_CMODE_CHANGE to the
1879 server to force the mode change to the mode that the router has.
1880
1881 The router MUST also generate new channel key and distribute it to the
1882 channel.  The key MUST NOT be generated if the SILC_CMODE_PRIVKEY mode
1883 is set.
1884
1885 If the channel has channel founder on the router the router MUST send
1886 the notify type SILC_NOTIFY_TYPE_CUMODE_CHANGE to the server to force
1887 the mode change for the channel founder on the server.  The channel 
1888 founder privileges MUST be removed.
1889
1890 The router processing the channels MUST also compile a list of
1891 Notify Payloads with the SILC_NOTIFY_TYPE_JOIN notify type into the
1892 SILC_PACKET_NOTIFY and send the packet to the server.  This way the
1893 server (or router) will receive the clients on the channel that
1894 the router has.
1895
1896
1897 .ti 0
1898 4.3 Joining to a Channel
1899
1900 This section describes the procedure when client joins to a channel.
1901 Client joins to channel by sending command SILC_COMMAND_JOIN to the
1902 server.  If the receiver receiving join command is normal server the
1903 server MUST check its local list whether this channel already exists
1904 locally.  This would indicate that some client connected to the server
1905 has already joined to the channel.  If this is case the client is
1906 joined to the channel, new channel key is created and information about
1907 newly joined channel is sent to the router.  The router is informed
1908 by sending SILC_NOTIFY_TYPE_JOIN notify type.  The notify type MUST
1909 also be sent to the local clients on the channel.  The new channel key
1910 is also sent to the router and to local clients on the channel.
1911
1912 If the channel does not exist in the local list the client's command
1913 MUST be sent to the router which will then perform the actual joining
1914 procedure.  When server receives the reply to the command from the
1915 router it MUST be sent to the client which sent the command originally.
1916 Server will also receive the channel key from the server that it MUST
1917 send to the client which originally requested the join command.  The
1918 server MUST also save the channel key.
1919
1920 If the receiver of the join command is router it MUST first check its
1921 local list whether anyone in the cell has already joined to the channel.
1922 If this is the case the client is joined to the channel and reply is
1923 sent to the client.  If the command was sent by server the command reply
1924 is sent to the server which sent it.  Then the router MUST also create
1925 new channel key and distribute it to all clients on the channel and
1926 all servers that has clients on the channel.  Router MUST also send
1927 the SILC_NOTIFY_TYPE_JOIN notify type to local clients on the channel
1928 and to local servers that has clients on the channel.
1929
1930 If the channel does not exist on the router's local list it MUST
1931 check the global list whether the channel exists at all.  If it does
1932 the client is joined to the channel as described previously.  If
1933 the channel does not exist the channel is created and the client
1934 is joined to the channel.  The channel key is also created and
1935 distributed as previously described.  The client joining to the created
1936 channel is made automatically channel founder and both channel founder
1937 and channel operator privileges is set for the client.
1938
1939 If the router created the channel in the process, information about the
1940 new channel MUST be broadcasted to all routers.  This is done by 
1941 broadcasting SILC_PACKET_NEW_CHANNEL packet to the router's primary
1942 route.  When the router joins the client to the channel it MUST also
1943 send information about newly joined client to all routers in the SILC
1944 network.  This is done by broadcasting the SILC_NOTIFY_TYPE_JOIN notify
1945 type to the router's primary route. 
1946
1947 It is important to note that new channel key is created always when
1948 new client joins to channel, whether the channel has existed previously
1949 or not.  This way the new client on the channel is not able to decrypt
1950 any of the old traffic on the channel.  Client which receives the reply to
1951 the join command MUST start using the received Channel ID in the channel
1952 message communication thereafter.  Client also receives the key for the
1953 channel in the command reply.  Note that the channel key is never
1954 generated if the SILC_CMODE_PRIVKEY mode is set.
1955
1956
1957 .ti 0
1958 4.4 Channel Key Generation
1959
1960 Channel keys are created by router which creates the channel by taking
1961 enough randomness from cryptographically strong random number generator.
1962 The key is generated always when channel is created, when new client
1963 joins a channel and after the key has expired.  Key could expire for
1964 example in an hour.
1965
1966 The key MUST also be re-generated whenever some client leaves a channel.
1967 In this case the key is created from scratch by taking enough randomness
1968 from the random number generator.  After that the key is distributed to
1969 all clients on the channel.  However, channel keys are cell specific thus
1970 the key is created only on the cell where the client, which left the
1971 channel, exists.  While the server or router is creating the new channel
1972 key, no other client may join to the channel.  Messages that are sent
1973 while creating the new key are still processed with the old key.  After
1974 server has sent the SILC_PACKET_CHANNEL_KEY packet MUST client start
1975 using the new key.  If server creates the new key the server MUST also
1976 send the new key to its router.  See [SILC2] on more information about
1977 how channel messages must be encrypted and decrypted when router is
1978 processing them.
1979
1980 When client receives the SILC_PACKET_CHANNEL_KEY packet with the
1981 Channel Key Payload it MUST process the key data to create encryption
1982 and decryption key, and to create the HMAC key that is used to compute
1983 the MACs of the channel messages.  The processing is as follows:
1984
1985   channel_key  = raw key data
1986   HMAC key     = hash(raw key data)
1987
1988 The raw key data is the key data received in the Channel Key Payload.
1989 The hash() function is the hash function used in the HMAC of the channel.
1990 Note that the server MUST also save the channel key.
1991
1992
1993 .ti 0
1994 4.5 Private Message Sending and Reception
1995
1996 Private messages are sent point to point.  Client explicitly destines
1997 a private message to specific client that is delivered to only to that
1998 client.  No other client may receive the private message.  The receiver
1999 of the private message is destined in the SILC Packet Header as any
2000 other packet as well.
2001
2002 If the sender of a private message does not know the receiver's Client
2003 ID, it MUST resolve it from server.  There are two ways to resolve the
2004 client ID from server; it is RECOMMENDED that client implementations
2005 send SILC_COMMAND_IDENTIFY command to receive the Client ID.  Client
2006 MAY also send SILC_COMMAND_WHOIS command to receive the Client ID.
2007 If the sender has received earlier a private message from the receiver
2008 it should have cached the Client ID from the SILC Packet Header.
2009
2010 If server receives a private message packet which includes invalid
2011 destination Client ID the server MUST send SILC_NOTIFY_TYPE_ERROR
2012 notify to the client with error status indicating that such Client ID
2013 does not exist.
2014
2015 See [SILC2] for description of private message encryption and decryption
2016 process.
2017
2018
2019 .ti 0
2020 4.6 Private Message Key Generation
2021
2022 Private message MAY be protected by the key generated by the client.
2023 The key may be generated and sent to the other client by sending packet
2024 SILC_PACKET_PRIVATE_MESSAGE_KEY which travels through the network
2025 and is secured by session keys.  After that the private message key
2026 is used in the private message communication between those clients.
2027
2028 Other choice is to entirely use keys that are not sent through
2029 the SILC network at all.  This significantly adds security.  This key
2030 would be pre-shared-key that is known by both of the clients.  Both
2031 agree about using the key and starts sending packets that indicate
2032 that the private message is secured using private message key.
2033
2034 The key material used as private message key is implementation issue.
2035 However, SILC_PACKET_KEY_AGREEMENT packet MAY be used to negotiate
2036 the key material.  If the key is normal pre-shared-key or randomly
2037 generated key, and the SILC_PACKET_KEY_AGREEMENT was not used, then
2038 the key material SHOULD be processed as defined in the [SILC3].  In
2039 the processing, however, the HASH, as defined in [SILC3] MUST be 
2040 ignored.  After processing the key material it is employed as defined
2041 in [SILC3], however, the HMAC key material MUST be discarded.
2042
2043 If the key is pre-shared-key or randomly generated the implementations
2044 SHOULD use the SILC protocol's mandatory cipher as the cipher.  If the
2045 SKE was used to negotiate key material the cipher was negotiated as well,
2046 and may be different from default cipher.
2047
2048
2049 .ti 0
2050 4.7 Channel Message Sending and Reception
2051
2052 Channel messages are delivered to group of users.  The group forms a
2053 channel and all clients on the channel receives messages sent to the
2054 channel.
2055
2056 Channel messages are destined to channel by specifying the Channel ID
2057 as Destination ID in the SILC Packet Header.  The server MUST then
2058 distribute the message to all clients on the channel by sending the
2059 channel message destined explicitly to a client on the channel.
2060
2061 If server receives a channel message packet which includes invalid
2062 destination Channel ID the server MUST send SILC_NOTIFY_TYPE_ERROR
2063 notify to the sender with error status indicating that such Channel ID
2064 does not exist.
2065
2066 See the [SILC2] for description of channel message routing for router
2067 servers, and channel message encryption and decryption process.
2068
2069
2070 .ti 0
2071 4.8 Session Key Regeneration
2072
2073 Session keys MUST be regenerated periodically, say, once in an hour.
2074 The re-key process is started by sending SILC_PACKET_REKEY packet to
2075 other end, to indicate that re-key must be performed.  The initiator
2076 of the connection SHOULD initiate the re-key.
2077
2078 If perfect forward secrecy (PFS) flag was selected in the SILC Key
2079 Exchange protocol [SILC3] the re-key MUST cause new key exchange with
2080 SKE protocol.  In this case the protocol is secured with the old key
2081 and the protocol results to new key material.  See [SILC3] for more
2082 information.  After the SILC_PACKET_REKEY packet is sent the sender
2083 will perform the SKE protocol.
2084
2085 If PFS flag was set the resulted key material is processed as described
2086 in the section Processing the Key Material in [SILC3].  The difference
2087 with re-key in the processing is that the initial data for the hash 
2088 function is just the resulted key material and not the HASH as it
2089 is not computed at all with re-key.  Other than that, the key processing
2090 it equivalent to normal SKE negotiation.
2091
2092 If PFS flag was not set, which is the default case, then re-key is done
2093 without executing SKE protocol.  In this case, the new key is created by
2094 providing the current sending encryption key to the SKE protocol's key
2095 processing function.  The process is described in the section Processing
2096 the Key Material in [SILC3].  The difference in the processing is that
2097 the initial data for the hash function is the current sending encryption
2098 key and not the SKE's KEY and HASH values.  Other than that, the key
2099 processing is equivalent to normal SKE negotiation.
2100
2101 After both parties has regenerated the session key, both MUST send
2102 SILC_PACKET_REKEY_DONE packet to each other.  These packets are still
2103 secured with the old key.  After these packets, the subsequent packets
2104 MUST be protected with the new key.
2105
2106
2107 .ti 0
2108 4.9 Command Sending and Reception
2109
2110 Client usually sends the commands in the SILC network.  In this case
2111 the client simply sends the command packet to server and the server
2112 processes it and replies with command reply packet.  See the [SILC3]
2113 for detailed description of all commands.
2114
2115 However, if the server is not able to process the command, it is sent 
2116 to the server's router.  This is case for example with commands such
2117 as, SILC_COMMAND_JOIN and SILC_COMMAND_WHOIS commands.  However, there
2118 are other commands as well.  For example, if client sends the WHOIS
2119 command requesting specific information about some client the server must
2120 send the WHOIS command to router so that all clients in SILC network
2121 are searched.  The router, on the other hand, sends the WHOIS command
2122 further to receive the exact information about the requested client.
2123 The WHOIS command travels all the way to the server which owns the client
2124 and it replies with command reply packet.  Finally, the server which
2125 sent the command receives the command reply and it must be able to
2126 determine which client sent the original command.  The server then
2127 sends command reply to the client.  Implementations should have some
2128 kind of cache to handle, for example, WHOIS information.  Servers
2129 and routers along the route could all cache the information for faster
2130 referencing in the future.
2131
2132 The commands sent by server may be sent hop by hop until someone is able
2133 to process the command.  However, it is preferred to destine the command
2134 as precisely as it is possible.  In this case, other routers en route
2135 MUST route the command packet by checking the true sender and true
2136 destination of the packet.  However, servers and routers MUST NOT route
2137 command reply packets to clients coming from other server.  Client
2138 MUST NOT accept command reply packet originated from anyone else but
2139 from its own server.
2140
2141
2142 .ti 0
2143 4.10 Closing Connection
2144
2145 When remote client connection is closed the server MUST send the notify
2146 type SILC_NOTIFY_TYPE_SIGNOFF to its primary router and to all channels
2147 the client was joined.  The server MUST also save the client's information
2148 for a period of time for history purposes.
2149
2150 When remote server or router connection is closed the server or router
2151 MUST also remove all the clients that was behind the server or router
2152 from the SILC Network.  The server or router MUST also send the notify
2153 type SILC_NOTIFY_TYPE_SERVER_SIGNOFF to its primary router and to all
2154 local clients that are joined on the same channels with the remote 
2155 server's or router's clients.
2156
2157 Router server MUST also check whether some client in the local cell
2158 is watching for the nickname this client has, and send the 
2159 SILC_NOTIFY_TYPE_WATCH to the watcher, unless the client which left
2160 the network has the SILC_UMODE_REJECT_WATCHING user mode set.
2161
2162
2163 .ti 0
2164 4.11 Detaching and Resuming a Session
2165
2166 SILC protocol provides a possibility for a client to detach itself from
2167 the network without actually signing off from the network.  The client
2168 connection to the server is closed but the client remains as valid client
2169 in the network.  The client may then later resume its session back from
2170 any server in the network.
2171
2172 When client wishes to detach from the network it MUST send the
2173 SILC_COMMAND_DETACH command to its server.  The server then MUST set
2174 SILC_UMODE_DETACHED mode to the client and send SILC_NOTIFY_UMODE_CHANGE
2175 notify to its primary router, which will then MUST broadcast it further
2176 to other routers in the network.  This user mode indicates that the
2177 client is detached from the network.  Implementations MUST NOT use
2178 the SILC_UMODE_DETACHED flag to determine whether a packet can be sent
2179 to the client.  All packets MUST still be sent to the client even if
2180 client is detached from the network.  Only the server that originally
2181 had the active client connection is able to make the decision after it
2182 notices that the network connection is not active.  In this case the
2183 default case is to discard the packet.
2184
2185 The SILC_UMODE_DETACHED flag cannot be set by client itself directly
2186 with SILC_COMMAND_UMODE command, but only implicitly by sending the
2187 SILC_COMMAND_DETACH command.  The flag also cannot be unset by the
2188 client, server or router with SILC_COMMAND_UMODE command, but only
2189 implicitly by sending and receiving the SILC_PACKET_RESUME_CLIENT
2190 packet.
2191
2192 When the client wishes to resume its session in the SILC Network it
2193 connects to a server in the network, which MAY also be a different
2194 from the original server, and performs normal procedures regarding
2195 creating a connection as described in section 4.1.  After the SKE
2196 and the Connection Authentication protocols has been successfully
2197 completed the client MUST NOT send SILC_PACKET_NEW_CLIENT packet, but
2198 MUST send SILC_PACKET_RESUME_CLIENT packet.  This packet is used to
2199 perform the resuming procedure.  The packet MUST include the detached
2200 client's Client ID, which the client must know.  It also includes
2201 Authentication Payload which includes signature made with the client's
2202 private key.  The signature is computed as defined in the section
2203 3.9.1.  Thus, the authentication method MUST be based in public key
2204 authentication.
2205
2206 When server receives the SILC_PACKET_RESUME_CLIENT packet it MUST
2207 do the following:  Server checks that the Client ID is valid client
2208 and that it has the SILC_UMODE_DETACHED mode set.  Then it verifies
2209 the Authentication Payload with the detached client's public key.
2210 If it does not have the public key it retrieves it by sending
2211 SILC_COMMAND_GETKEY command to the server that has the public key from
2212 the original client connection.  The server MUST NOT use the public
2213 key received in the SKE protocol for this connection.  If the
2214 signature is valid the server unsets the SILC_UMODE_DETACHED flag,
2215 and sends the SILC_PACKET_RESUME_CLIENT packet to its primary router.
2216 The routers MUST broadcast the packet and unset the SILC_UMODE_DETACHED
2217 flag when the packet is received.  If the server is router server it
2218 also MUST send the SILC_PACKET_RESUME_CLIENT packet to the original
2219 server whom owned the detached client.
2220
2221 The servers and routers that receives the SILC_PACKET_RESUME_CLIENT
2222 packet MUST know whether the packet already has been received for
2223 the client.  It is protocol error to attempt to resume the client
2224 session from more than one server.  The implementations could set
2225 internal flag that indicates that the client is resumed.  If router
2226 receive SILC_PACKET_RESUME_CLIENT packet for client that is already
2227 resumed the client MUST be killed from the network.  This would
2228 indicate that the client is attempting to resume the session more
2229 than once which is protocol error.  In this case the router sends
2230 SILC_NOTIFY_TYPE_KILLED to the client.  All routers that detect
2231 the same situation MUST also send the notify for the client.
2232
2233 The servers and routers that receive the SILC_PACKET_RESUME_CLIENT
2234 must also understand that the client may not be found behind the
2235 same server that it originally came from.  They must update their
2236 caches according this.  The server that now owns the client session
2237 MUST check whether the Client ID of the resumed client is based
2238 on the server's Server ID.  If it is not it creates a new Client
2239 ID and send SILC_NOTIFY_TYPE_NICK_CHANGE to the network.  It MUST
2240 also send the channel keys of all channels that the client is
2241 joined to the client since it does not have them.  Whether the
2242 Client ID was changed or not the server MUST send SILC_PACKET_NEW_ID
2243 packet to the client.  Only after this the client is resumed back
2244 to the network and may start sending packets and messages.
2245
2246 It is also possible that the server does not know about the channels
2247 that the client has joined.  In this case it join the client internally
2248 to the channels, generate new channel keys and distribute the keys
2249 to the channels as described in section 4.4.
2250
2251 It is implementation issue for how long servers keep detached client
2252 sessions.  It is RECOMMENDED that the detached sessions would be
2253 persistent as long as the server is running.
2254
2255
2256 .ti 0
2257 5 Security Considerations
2258
2259 Security is central to the design of this protocol, and these security
2260 considerations permeate the specification.  Common security considerations
2261 such as keeping private keys truly private and using adequate lengths for
2262 symmetric and asymmetric keys must be followed in order to maintain the
2263 security of this protocol.
2264
2265 Special attention must also be paid on the servers and routers that are
2266 running the SILC service.  The SILC protocol's security depends greatly
2267 on the security and the integrity of the servers and administrators that
2268 are running the service.  It is recommended that some form of registration
2269 is required by the server and router administrator prior acceptance to
2270 the SILC Network.  Even though, the SILC protocol is secure in a network
2271 of mutual distrust between clients, servers, routers and administrators
2272 of the servers, the client should be able to trust the servers they are
2273 using if they wish to do so.
2274
2275 It however must be noted that if the client requires absolute security
2276 by not trusting any of the servers or routers in the SILC Network, it can
2277 be accomplished by negotiating private keys outside the SILC Network,
2278 either using SKE or some other key exchange protocol, or to use some
2279 other external means for distributing the keys.  This applies for all 
2280 messages, private messages and channel messages.
2281
2282 It is important to note that SILC, like any other security protocol is
2283 not full proof system; the SILC servers and routers could very well be
2284 compromised.  However, to provide acceptable level of security and
2285 usability for end user the protocol use many times session keys or other
2286 keys generated by the servers to secure the messages.  This is
2287 intentional design feature to allow ease of use for end user.  This way
2288 the network is still usable, and remains encrypted even if the external
2289 means of distributing the keys is not working.  The implementation,
2290 however, may like to not follow this design feature, and always negotiate
2291 the keys outside SILC network.  This is acceptable solution and many times
2292 recommended.  The implementation still must be able to work with the
2293 server generated keys.
2294
2295 If this is unacceptable for the client or end user, the private keys
2296 negotiated outside the SILC Network should always be used.  In the end
2297 it is always implementor's choice whether to negotiate private keys by
2298 default or whether to use the keys generated by the servers.
2299
2300 It is also recommended that router operators in the SILC Network would
2301 form a joint forum to discuss the router and SILC Network management
2302 issues.  Also, router operators along with the cell's server operators
2303 should have a forum to discuss the cell management issues.
2304
2305
2306 .ti 0
2307 6 References
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2375
2376
2377 .ti 0
2378 7 Author's Address
2379
2380 .nf
2381 Pekka Riikonen
2382 Snellmaninkatu 34 A 15
2383 70100 Kuopio
2384 Finland
2385
2386 EMail: priikone@iki.fi
2387
2388 This Internet-Draft expires XXX