home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Handbook of Infosec Terms 2.0 / Handbook_of_Infosec_Terms_Version_2.0_ISSO.iso / text / rfcs / rfc1829.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-07  |  20KB  |  367 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                            P. Karn Request for Comments: 1829                                      Qualcomm Category: Standards Track                                     P. Metzger                                                                 Piermont                                                               W. Simpson                                                               Daydreamer                                                              August 1995 
  8.  
  9.                         The ESP DES-CBC Transform 
  10.  
  11.  
  12.  
  13. Status of this Memo 
  14.  
  15.    This document specifies an Internet standards track protocol for the    Internet community, and requests discussion and suggestions for    improvements.  Please refer to the current edition of the "Internet    Official Protocol Standards" (STD 1) for the standardization state    and status of this protocol.  Distribution of this memo is unlimited. 
  16.  
  17.  Abstract 
  18.  
  19.    This document describes the DES-CBC security transform for the IP    Encapsulating Security Payload (ESP). 
  20.  
  21.  Table of Contents 
  22.  
  23.      1.     Introduction ..........................................    1         1.1       Keys ............................................    1         1.2       Initialization Vector ...........................    1         1.3       Data Size .......................................    2         1.4       Performance .....................................    2 
  24.  
  25.      2.     Payload Format ........................................    3 
  26.  
  27.      3.     Algorithm .............................................    5         3.1       Encryption ......................................    5         3.2       Decryption ......................................    5 
  28.  
  29.      SECURITY CONSIDERATIONS ......................................    6      ACKNOWLEDGEMENTS .............................................    7      REFERENCES ...................................................    8      AUTHOR'S ADDRESS .............................................   10 
  30.  
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35. Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page i] 
  36.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  37.  
  38.  1.  Introduction 
  39.  
  40.    The Encapsulating Security Payload (ESP) [RFC-1827] provides    confidentiality for IP datagrams by encrypting the payload data to be    protected.  This specification describes the ESP use of the Cipher    Block Chaining (CBC) mode of the US Data Encryption Standard (DES)    algorithm [FIPS-46, FIPS-46-1, FIPS-74, FIPS-81]. 
  41.  
  42.    All implementations that claim conformance or compliance with the    Encapsulating Security Payload specification MUST implement this    DES-CBC transform. 
  43.  
  44.    This document assumes that the reader is familiar with the related    document "Security Architecture for the Internet Protocol"    [RFC-1825], which defines the overall security plan for IP, and    provides important background for this specification. 
  45.  
  46.  
  47.  
  48. 1.1.  Keys 
  49.  
  50.    The secret DES key shared between the communicating parties is eight    octets in length.  This key consists of a 56-bit quantity used by the    DES algorithm.  The 56-bit key is stored as a 64-bit (eight octet)    quantity, with the least significant bit of each octet used as a    parity bit. 
  51.  
  52.  
  53.  
  54. 1.2.  Initialization Vector 
  55.  
  56.    This mode of DES requires an Initialization Vector (IV) that is eight    octets in length. 
  57.  
  58.    Each datagram contains its own IV.  Including the IV in each datagram    ensures that decryption of each received datagram can be performed,    even when other datagrams are dropped, or datagrams are re-ordered in    transit. 
  59.  
  60.    The method for selection of IV values is implementation dependent. 
  61.  
  62.    Notes:       A common acceptable technique is simply a counter, beginning with       a randomly chosen value.  While this provides an easy method for       preventing repetition, and is sufficiently robust for practical       use, cryptanalysis may use the rare serendipitous occurrence when       a corresponding bit position in the first DES block increments in       exactly the same fashion. 
  63.  
  64.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 1] 
  65.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  66.  
  67.        Other implementations exhibit unpredictability, usually through a       pseudo-random number generator.  Care should be taken that the       periodicity of the number generator is long enough to prevent       repetition during the lifetime of the session key. 
  68.  
  69.  
  70.  
  71. 1.3.  Data Size 
  72.  
  73.    The DES algorithm operates on blocks of eight octets.  This often    requires padding after the end of the unencrypted payload data. 
  74.  
  75.    Both input and output result in the same number of octets, which    facilitates in-place encryption and decryption. 
  76.  
  77.    On receipt, if the length of the data to be decrypted is not an    integral multiple of eight octets, then an error is indicated, as    described in [RFC-1825]. 
  78.  
  79.  
  80.  
  81. 1.4.  Performance     At the time of writing, at least one hardware implementation can    encrypt or decrypt at about 1 Gbps [Schneier94, p. 231]. 
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107. Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 2] 
  108.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  109.  
  110.  2.  Payload Format 
  111.  
  112.     +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                Security Parameters Index (SPI)                |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                                                               |    ~                   Initialization Vector (IV)                  ~    |                                                               |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                                                               |    ~                          Payload Data                         ~    |                                                               |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+              ... Padding           |  Pad Length   | Payload Type  |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 
  113.  
  114.     Security Parameters Index (SPI) 
  115.  
  116.       A 32-bit value identifying the Security Parameters for this       datagram.  The value MUST NOT be zero. 
  117.  
  118.    Initialization Vector (IV) 
  119.  
  120.       The size of this field is variable, although it is constant for       all DES-CBC datagrams of the same SPI and IP Destination.  Octets       are sent in network order (most significant octet first)       [RFC-1700]. 
  121.  
  122.       The size MUST be a multiple of 32-bits.  Sizes of 32 and 64 bits       are required to be supported.  The use of other sizes is beyond       the scope of this specification.  The size is expected to be       indicated by the key management mechanism. 
  123.  
  124.       When the size is 32-bits, a 64-bit IV is formed from the 32-bit       value followed by (concatenated with) the bit-wise complement of       the 32-bit value.  This field size is most common, as it aligns       the Payload Data for both 32-bit and 64-bit processing. 
  125.  
  126.       All conformant implementations MUST also correctly process a       64-bit field size.  This provides strict compatibility with       existing hardware implementations. 
  127.  
  128.          It is the intent that the value not repeat during the lifetime          of the encryption session key.  Even when a full 64-bit IV is          used, the session key SHOULD be changed at least as frequently          as 2**32 datagrams. 
  129.  
  130.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 3] 
  131.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  132.  
  133.     Payload Data 
  134.  
  135.       The size of this field is variable. 
  136.  
  137.       Prior to encryption and after decryption, this field begins with       the IP Protocol/Payload header specified in the Payload Type       field.  Note that in the case of IP-in-IP encapsulation (Payload       Type 4), this will be another IP header. 
  138.  
  139.    Padding 
  140.  
  141.       The size of this field is variable. 
  142.  
  143.       Prior to encryption, it is filled with unspecified implementation       dependent (preferably random) values, to align the Pad Length and       Payload Type fields at an eight octet boundary. 
  144.  
  145.       After decryption, it MUST be ignored. 
  146.  
  147.    Pad Length 
  148.  
  149.       This field indicates the size of the Padding field.  It does not       include the Pad Length and Payload Type fields.  The value       typically ranges from 0 to 7, but may be up to 255 to permit       hiding of the actual data length. 
  150.  
  151.       This field is opaque.  That is, the value is set prior to       encryption, and is examined only after decryption. 
  152.  
  153.    Payload Type 
  154.  
  155.       This field indicates the contents of the Payload Data field, using       the IP Protocol/Payload value.  Up-to-date values of the IP       Protocol/Payload are specified in the most recent "Assigned       Numbers" [RFC-1700]. 
  156.  
  157.       This field is opaque.  That is, the value is set prior to       encryption, and is examined only after decryption. 
  158.  
  159.          For example, when encrypting an entire IP datagram (Tunnel-          Mode), this field will contain the value 4, which indicates          IP-in-IP encapsulation. 
  160.  
  161.  
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 4] 
  168.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  169.  
  170.  3.  Algorithm 
  171.  
  172.    In DES-CBC, the base DES encryption function is applied to the XOR of    each plaintext block with the previous ciphertext block to yield the    ciphertext for the current block.  This provides for    re-synchronization when datagrams are lost. 
  173.  
  174.    For more explanation and implementation information for DES, see    [Schneier94]. 
  175.  
  176.  
  177.  
  178. 3.1.  Encryption 
  179.  
  180.    Append zero or more octets of (preferably random) padding to the    plaintext, to make its modulo 8 length equal to 6.  For example, if    the plaintext length is 41, 5 octets of padding are added. 
  181.  
  182.    Append a Pad Length octet containing the number of padding octets    just added. 
  183.  
  184.    Append a Payload Type octet containing the IP Protocol/Payload value    which identifies the protocol header that begins the payload. 
  185.  
  186.    Provide an Initialization Vector (IV) of the size indicated by the    SPI. 
  187.  
  188.    Encrypt the payload with DES in CBC mode, producing a ciphertext of    the same length. 
  189.  
  190.    Octets are mapped to DES blocks in network order (most significant    octet first) [RFC-1700].  Octet 0 (modulo 8) of the payload    corresponds to bits 1-8 of the 64-bit DES input block, while octet 7    (modulo 8) corresponds to bits 57-64 of the DES input block. 
  191.  
  192.    Construct an appropriate IP datagram for the target Destination, with    the indicated SPI, IV, and payload. 
  193.  
  194.    The Total/Payload Length in the encapsulating IP Header reflects the    length of the encrypted data, plus the SPI, IV, padding, Pad Length,    and Payload Type octets. 
  195.  
  196.  
  197.  
  198. 3.2.  Decryption 
  199.  
  200.    First, the SPI field is removed and examined.  This is used as an    index into the local Security Parameter table to find the negotiated 
  201.  
  202.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 5] 
  203.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  204.  
  205.     parameters and decryption key. 
  206.  
  207.    The negotiated form of the IV determines the size of the IV field.    These octets are removed, and an appropriate 64-bit IV value is    constructed. 
  208.  
  209.    The encrypted part of the payload is decrypted using DES in the CBC    mode. 
  210.  
  211.    The Payload Type is removed and examined.  If it is unrecognized, the    payload is discarded with an appropriate ICMP message. 
  212.  
  213.    The Pad Length is removed and examined.  The specified number of pad    octets are removed from the end of the decrypted payload, and the IP    Total/Payload Length is adjusted accordingly. 
  214.  
  215.    The IP Header(s) and the remaining portion of the decrypted payload    are passed to the protocol receive routine specified by the Payload    Type field. 
  216.  
  217.  
  218.  
  219. Security Considerations 
  220.  
  221.    Users need to understand that the quality of the security provided by    this specification depends completely on the strength of the DES    algorithm, the correctness of that algorithm's implementation, the    security of the key management mechanism and its implementation, the    strength of the key [CN94], and upon the correctness of the    implementations in all of the participating nodes. 
  222.  
  223.    Among other considerations, applications may wish to take care not to    select weak keys, although the odds of picking one at random are low    [Schneier94, p 233]. 
  224.  
  225.    The cut and paste attack described by [Bell95] exploits the nature of    all Cipher Block Chaining algorithms.  When a block is damaged in    transmission, on decryption both it and the following block will be    garbled by the decryption process, but all subsequent blocks will be    decrypted correctly.  If an attacker has legitimate access to the    same key, this feature can be used to insert or replay previously    encrypted data of other users of the same engine, revealing the    plaintext.  The usual (ICMP, TCP, UDP) transport checksum can detect    this attack, but on its own is not considered cryptographically    strong.  In this situation, user or connection oriented integrity    checking is needed [RFC-1826]. 
  226.  
  227.    At the time of writing of this document, [BS93] demonstrated a 
  228.  
  229.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 6] 
  230.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  231.  
  232.     differential cryptanalysis based chosen-plaintext attack requiring    2^47 plaintext-ciphertext pairs, and [Matsui94] demonstrated a linear    cryptanalysis based known-plaintext attack requiring only 2^43    plaintext-ciphertext pairs.  Although these attacks are not    considered practical, they must be taken into account. 
  233.  
  234.    More disturbingly, [Weiner94] has shown the design of a DES cracking    machine costing $1 Million that can crack one key every 3.5 hours.    This is an extremely practical attack. 
  235.  
  236.    One or two blocks of known plaintext suffice to recover a DES key.    Because IP datagrams typically begin with a block of known and/or    guessable header text, frequent key changes will not protect against    this attack. 
  237.  
  238.    It is suggested that DES is not a good encryption algorithm for the    protection of even moderate value information in the face of such    equipment.  Triple DES is probably a better choice for such purposes. 
  239.  
  240.    However, despite these potential risks, the level of privacy provided    by use of ESP DES-CBC in the Internet environment is far greater than    sending the datagram as cleartext. 
  241.  
  242.  
  243.  
  244. Acknowledgements 
  245.  
  246.    This document was reviewed by the IP Security Working Group of the    Internet Engineering Task Force (IETF).  Comments should be submitted    to the ipsec@ans.net mailing list. 
  247.  
  248.    Some of the text of this specification was derived from work by    Randall Atkinson for the SIP, SIPP, and IPv6 Working Groups. 
  249.  
  250.    The use of DES for confidentiality is closely modeled on the work    done for SNMPv2 [RFC-1446]. 
  251.  
  252.    Steve Bellovin, Steve Deering, Karl Fox, Charles Lynn, Craig Metz,    Dave Mihelcic and Jeffrey Schiller provided useful critiques of    earlier versions of this draft. 
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 7] 
  263.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  264.  
  265.  References 
  266.  
  267.    [Bell95]  Bellovin, S., "An Issue With DES-CBC When Used Without             Strong Integrity", Proceedings of the 32nd IETF, Danvers,             MA, April 1995. 
  268.  
  269.    [BS93]   Biham, E., and Shamir, A., "Differential Cryptanalysis of             the Data Encryption Standard", Berlin: Springer-Verlag,             1993. 
  270.  
  271.    [CN94]   Carroll, J.M., and Nudiati, S., "On Weak Keys and Weak Data:             Foiling the Two Nemeses", Cryptologia, Vol. 18 No. 23 pp.             253-280, July 1994. 
  272.  
  273.    [FIPS-46]             US National Bureau of Standards, "Data Encryption Standard",             Federal Information Processing Standard (FIPS) Publication             46, January 1977. 
  274.  
  275.    [FIPS-46-1]             US National Bureau of Standards, "Data Encryption Standard",             Federal Information Processing Standard (FIPS) Publication             46-1, January 1988. 
  276.  
  277.    [FIPS-74]             US National Bureau of Standards, "Guidelines for             Implementing and Using the Data Encryption Standard",             Federal Information Processing Standard (FIPS) Publication             74, April 1981. 
  278.  
  279.    [FIPS-81]             US National Bureau of Standards, "DES Modes of Operation"             Federal Information Processing Standard (FIPS) Publication             81, December 1980. 
  280.  
  281.    [Matsui94]             Matsui, M., "Linear Cryptanalysis method dor DES Cipher,"             Advances in Cryptology -- Eurocrypt '93 Proceedings, Berlin:             Springer-Verlag, 1994. 
  282.  
  283.    [RFC-1446]             Galvin, J., and McCloghrie, K., "Security Protocols for             Version 2 of the Simple Network Management Protocol             (SNMPv2)", RFC-1446, DDN Network Information Center, April             1993. 
  284.  
  285.    [RFC-1700]             Reynolds, J., and Postel, J., "Assigned Numbers", STD 2, 
  286.  
  287. Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 8] 
  288.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  289.  
  290.              RFC-1700, USC/Information Sciences Institute, October 1994. 
  291.  
  292.    [RFC-1800]             Postel, J., "Internet Official Protocol Standards", STD 1,             RFC-1800, USC/Information Sciences Institute, July 1995. 
  293.  
  294.    [RFC-1825]             Atkinson, R., "Security Architecture for the Internet             Protocol", RFC-1825, Naval Research Laboratory, July 1995. 
  295.  
  296.    [RFC-1826]             Atkinson, R., "IP Authentication Header", RFC-1826, Naval             Research Laboratory, July 1995. 
  297.  
  298.    [RFC-1827]             Atkinson, R., "IP Encapsulating Security Protocol (ESP)",             RFC-1827, Naval Research Laboratory, July 1995. 
  299.  
  300.    [Schneier94]             Schneier, B., "Applied Cryptography", John Wiley & Sons, New             York, NY, 1994.  ISBN 0-471-59756-2 
  301.  
  302.    [Weiner94]             Wiener, M.J., "Efficient DES Key Search", School of Computer             Science, Carleton University, Ottawa, Canada, TR-244, May             1994.  Presented at the Rump Session of Crypto '93. 
  303.  
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.  
  309.  
  310.  
  311.  
  312.  
  313.  
  314.  
  315.  
  316.  
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                     [Page 9] 
  327.  RFC 1829                      ESP DES-CBC                    August 1995 
  328.  
  329.  Author's Address 
  330.  
  331.    Questions about this memo can also be directed to: 
  332.  
  333.       Phil Karn       Qualcomm, Inc.       6455 Lusk Blvd.       San Diego, California  92121-2779 
  334.  
  335.       karn@unix.ka9q.ampr.org 
  336.  
  337.        Perry Metzger       Piermont Information Systems Inc.       160 Cabrini Blvd., Suite #2       New York, NY  10033 
  338.  
  339.       perry@piermont.com 
  340.  
  341.        William Allen Simpson       Daydreamer       Computer Systems Consulting Services       1384 Fontaine       Madison Heights, Michigan  48071 
  342.  
  343.       Bill.Simpson@um.cc.umich.edu           bsimpson@MorningStar.com 
  344.  
  345.  
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358.  
  359.  
  360.  
  361.  
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  Karn, Metzger & Simpson     Standards Track                    [Page 10] 
  366.  
  367.