home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / drafts / draft_s_z / draft-simpson-photuris-13.txt < prev    next >
Text File  |  1997-07-09  |  145KB  |  4,016 lines
  1.  
  2. Network Working Group                                  P Karn [Qualcomm]
  3. Internet Draft                                  W A Simpson [DayDreamer]
  4. expires in six months                                          July 1997
  5.  
  6.  
  7.                Photuris: Session Key Management Protocol
  8.                      draft-simpson-photuris-13.txt
  9.  
  10.  
  11. Status of this Memo
  12.  
  13.    This document is an Internet-Draft.  Internet Drafts are working doc-
  14.    uments of the Internet Engineering Task Force (IETF), its Areas, and
  15.    its Working Groups.  Note that other groups may also distribute work-
  16.    ing documents as Internet Drafts.
  17.  
  18.    Internet Drafts are draft documents valid for a maximum of six
  19.    months, and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents
  20.    at any time.  It is not appropriate to use Internet Drafts as refer-
  21.    ence material, or to cite them other than as a ``working draft'' or
  22.    ``work in progress.''
  23.  
  24.    To learn the current status of any Internet-Draft, please check the
  25.    ``1id-abstracts.txt'' listing contained in the internet-drafts Shadow
  26.    Directories on:
  27.  
  28.       ftp.is.co.za (Africa)
  29.       nic.nordu.net (Europe)
  30.       ds.internic.net (US East Coast)
  31.       ftp.isi.edu (US West Coast)
  32.       munnari.oz.au (Pacific Rim)
  33.  
  34.    Distribution of this memo is unlimited.
  35.  
  36. Abstract
  37.  
  38.    Photuris is a session-key management protocol intended for use with
  39.    the IP Security Protocols (AH and ESP).  This document defines the
  40.    basic protocol mechanisms.
  41.  
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.  
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page i]
  54. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  55.  
  56.  
  57. 1.  Introduction
  58.  
  59.    Photuris [Firefly] establishes short-lived session-keys between two
  60.    parties, without passing the session-keys across the Internet.  These
  61.    session-keys directly replace the long-lived secret-keys (such as
  62.    passwords and passphrases) that have been historically configured for
  63.    security purposes.
  64.  
  65.    The basic Photuris protocol utilizes the previously configured
  66.    secret-keys for identification of the parties.  This is intended to
  67.    speed deployment and reduce administrative configuration changes.
  68.  
  69.    This document is primarily intended for implementing the Photuris
  70.    protocol.  It does not detail service and application interface defi-
  71.    nitions, although it does mention some basic policy areas required    |
  72.    for the proper implementation and operation of the protocol mecha-
  73.    nisms.
  74.  
  75.    Since the basic Photuris protocol is extensible, new data types and
  76.    protocol behaviour should be expected.  The implementor is especially
  77.    cautioned not to depend on values that appear in examples to be cur-
  78.    rent or complete, since their purpose is primarily pedagogical.
  79.  
  80.  
  81. 1.1.  Terminology
  82.  
  83.    In this document, the key words "MAY", "MUST, "MUST NOT", "optional",
  84.    "recommended", "SHOULD", and "SHOULD NOT", are to be interpreted as
  85.    described in [RFC-2119].
  86.  
  87.    byte             An 8-bit quantity; also known as "octet" in stan-    +
  88.                     dardese.                                             +
  89.  
  90.    exchange-value   The publically distributable value used to calculate
  91.                     a shared-secret.  As used in this document, refers
  92.                     to a Diffie-Hellman exchange, not the public part of
  93.                     a public/private key-pair.
  94.  
  95.    private-key      A value that is kept secret, and is part of an asym-
  96.                     metric public/private key-pair.
  97.  
  98.    public-key       A publically distributable value that is part of an
  99.                     asymmetric public/private key-pair.
  100.  
  101.    secret-key       A symmetric key that is not publically dis-
  102.                     tributable.  As used in this document, this is dis-
  103.                     tinguished from an asymmetric public/private key-
  104.                     pair.  An example is a user password.
  105.  
  106.  
  107.  
  108. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 1]
  109. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  110.  
  111.  
  112.    Security Association
  113.                     A collection of parameters describing the security
  114.                     relationship between two nodes.  These parameters
  115.                     include the identities of the parties, the transform
  116.                     (including algorithm and algorithm mode), the key(s)
  117.                     (such as a session-key, secret-key, or appropriate
  118.                     public/private key-pair), and possibly other infor-
  119.                     mation such as sensitivity labelling.  For further
  120.                     details, see [RFC-1825].
  121.  
  122.    Security Parameters Index (SPI)
  123.                     A number that indicates the Security Association.
  124.                     The number is relative to the IP Destination, which
  125.                     is the SPI Owner.
  126.  
  127.    session-key      A key that is independently derived from a shared-
  128.                     secret by the parties, and used for keying one
  129.                     direction of traffic.  This key is changed fre-
  130.                     quently.
  131.  
  132.    shared-secret    As used in this document, the calculated result of
  133.                     the Photuris exchange.
  134.  
  135.    SPI Owner        The party that corresponds to the IP Destination;
  136.                     the intended recipient of a protected datagram.
  137.  
  138.    SPI User         The party that corresponds to the IP Source; the
  139.                     sender of a protected datagram.
  140.  
  141.    transform        A cryptographic manipulation of a particular set of
  142.                     data.  As used in this document, refers to certain   |
  143.                     well-specified methods (defined elsewhere).  For
  144.                     example, AH-MD5 [RFC-1828] transforms an IP datagram
  145.                     into a cryptographic hash, and ESP-DES-CBC
  146.                     [RFC-1829] transforms plaintext to ciphertext and
  147.                     back again.
  148.  
  149.    Implementors will find details of cryptographic hashing (such as
  150.    MD5), encryption algorithms and modes (such as DES), digital signa-
  151.    tures (such as DSS), and other algorithms in [Schneier95].
  152.  
  153.  
  154.  
  155.  
  156.  
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162.  
  163. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 2]
  164. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  165.  
  166.  
  167. 1.2.  Protocol Overview
  168.  
  169.    The Photuris protocol consists of several simple phases:
  170.  
  171.    1. A "Cookie" Exchange guards against simple flooding attacks sent
  172.       with bogus IP Sources or UDP Ports.  Each party passes a "cookie"
  173.       to the other.
  174.  
  175.       In addition, supported exchange-schemes are offered by the Respon-
  176.       der for calculating a shared-secret.
  177.  
  178.    2. A Value Exchange establishes a shared-secret between the parties.
  179.       Each party passes an Exchange-Value to the other.  These values
  180.       are used to establish a shared-secret.  The Responder remains
  181.       stateless until a shared-secret has been created.
  182.  
  183.       In addition, supported attributes are offered by each party for
  184.       use in establishing new Security Associations.
  185.  
  186.    3. An Identification Exchange identifies the parties to each other,
  187.       and verifies the integrity of values sent in phases 1 and 2.
  188.  
  189.       In addition, the shared-secret provides a basis to generate sepa-
  190.       rate session-keys in each direction, which are in turn used for
  191.       conventional authentication or encryption.  Additional security
  192.       attributes are also exchanged as needed.
  193.  
  194.       This exchange is masked for party privacy protection using an      |
  195.       exchange session-key based on the shared-secret.  This protects
  196.       the identities of the parties, hides the security parameter val-
  197.       ues, and improves security for the exchange protocol and security
  198.       transforms.                                                        -
  199.  
  200.    4. Additional messages may be exchanged to periodically change the
  201.       session-keys, and to establish new or revised security parameters.
  202.  
  203.       These exchanges are also masked for party privacy protection in    |
  204.       the same fashion as above.
  205.  
  206.    The sequence of message types and their purposes are summarized in
  207.    the diagram below.  The first three phases (cookie, exchange, and
  208.    identification) must be carried out in their entirety before any
  209.    security association can be used.
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 3]
  219. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  220.  
  221.  
  222.    Initiator                            Responder
  223.    =========                            =========
  224.    Cookie_Request                 ->
  225.                                    <-   Cookie_Response
  226.                                            offer schemes
  227.    Value_Request                  ->
  228.       pick scheme
  229.       offer value
  230.       offer attributes
  231.                                    <-   Value_Response
  232.                                            offer value
  233.                                            offer attributes
  234.  
  235.              [generate shared-secret from exchanged values]
  236.  
  237.  
  238.    Identity_Request               ->
  239.       make SPI
  240.       pick SPI attribute(s)
  241.       identify self
  242.       authenticate
  243.       make privacy key(s)                                                |
  244.       mask/encrypt message                                               |
  245.                                    <-   Identity_Response
  246.                                            make SPI
  247.                                            pick SPI attribute(s)
  248.                                            identify self
  249.                                            authenticate
  250.                                            make privacy key(s)           |
  251.                                            mask/encrypt message          |
  252.  
  253.                [make SPI session-keys in each direction]
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269.  
  270.  
  271.  
  272.  
  273. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 4]
  274. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  275.  
  276.  
  277.    SPI User                             SPI Owner
  278.    ========                             =========
  279.    SPI_Needed                     ->
  280.       list SPI attribute(s)
  281.       make validity key                                                  |
  282.       authenticate
  283.       make privacy key(s)                                                |
  284.       mask/encrypt message                                               |
  285.                                    <-   SPI_Update
  286.                                            make SPI
  287.                                            pick SPI attribute(s)
  288.                                            make SPI session-key(s)
  289.                                            make validity key             |
  290.                                            authenticate
  291.                                            make privacy key(s)           |
  292.                                            mask/encrypt message          |
  293.  
  294.    Either party may initiate an exchange at any time.  For example, the
  295.    Initiator need not be a "caller" in a telephony link.
  296.  
  297.    The Initiator is responsible for recovering from all message losses
  298.    by retransmission.
  299.  
  300.  
  301. 1.3.  Security Associations
  302.  
  303.    A Photuris exchange between two parties results in a pair of SPI val-
  304.    ues (one in each direction).  Each SPI is used in creating separate
  305.    session-key(s) in each direction.
  306.  
  307.    The SPI is assigned by the entity controlling the IP Destination: the
  308.    SPI Owner (receiver).  The parties use the combination of IP Destina-
  309.    tion and SPI to distinguish the correct Security Association.
  310.  
  311.    When both parties initiate Photuris exchanges concurrently, or one
  312.    party initiates more than one Photuris exchange, the Initiator Cook-
  313.    ies (and UDP Ports) keep the exchanges separate.  This results in
  314.    more than one initial SPI for each Destination.
  315.  
  316.    To create multiple Security Associations with different parameters,
  317.    the parties may also send SPI_Updates.
  318.  
  319.    There is no requirement that all such outstanding SPIs be used.  The
  320.    SPI User (sender) selects an appropriate SPI for each datagram trans-
  321.    mission.
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  
  327.  
  328. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 5]
  329. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  330.  
  331.  
  332.    Implementation Notes:
  333.  
  334.       The method used for SPI assignment is implementation dependent.
  335.       The only requirement is that the SPI be unique for the IP Destina-
  336.       tion.
  337.  
  338.       However, selection of a cryptographically random SPI value can
  339.       help prevent attacks that depend on a predicatable sequence of
  340.       values.  The implementor MUST NOT expect SPI values to have a par-
  341.       ticular order or range.
  342.  
  343.  
  344. 1.4.  LifeTimes
  345.  
  346.    The Photuris exchange results in two kinds of state, each with sepa-
  347.    rate LifeTimes.
  348.  
  349.    1) The Exchange LifeTime of the small amount of state associated with
  350.       the Photuris exchange itself.  This state may be viewed as between
  351.       Internet nodes.
  352.  
  353.    2) The SPI LifeTimes of the multiple Security Associations that are
  354.       established.  This state may be viewed as between users and nodes.
  355.  
  356.    The SPI LifeTimes may be shorter or longer than the Exchange Life-
  357.    Time.  These LifeTimes are not required to be related to each other.
  358.  
  359.    When an Exchange-Value expires (or is replaced by a newer value), any
  360.    unexpired derived SPIs are not affected.  This is important to allow
  361.    traffic to continue without interruption during new Photuris
  362.    exchanges.
  363.  
  364.  
  365. 1.4.1.  Exchange LifeTimes
  366.  
  367.    All retained exchange state of both parties has an associated         |
  368.    Exchange LifeTime (ELT), and is subject to periodic expiration.  This
  369.    depends on the physical and logistical security of the machine, and
  370.    is typically in the range of 10 minutes to one day (default 30 min-
  371.    utes).
  372.  
  373.    In addition, during a Photuris exchange, an Exchange TimeOut (ETO)    |
  374.    limits the wait for the exchange to complete.  This timeout includes
  375.    the packet round trips, and the time for completing the Identifica-
  376.    tion Exchange calculations.  The time is bounded by both the maximum
  377.    amount of calculation delay expected for the processing power of an
  378.    unknown peer, and the minimum user expectation for results (default   |
  379.    30 seconds).
  380.  
  381.  
  382.  
  383. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 6]
  384. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  385.  
  386.  
  387.    These Exchange LifeTimes and TimeOuts are implementation dependent
  388.    and are not disclosed in any Photuris message.  The paranoid operator
  389.    will have a fairly short Exchange LifeTime, but it MUST NOT be less   |
  390.    than twice the ETO.
  391.  
  392.    To prevent synchronization between Photuris exchanges, the implemen-
  393.    tation SHOULD randomly vary each Exchange LifeTime within twice the
  394.    range of seconds that are required to calculate a new Exchange-Value.
  395.    For example, when the Responder uses a base ELT of 30 minutes, and    |
  396.    takes 10 seconds to calculate the new Exchange-Value, the equation
  397.    might be (in milliseconds):
  398.  
  399.       1790000 + urandom(20000)                                           |
  400.  
  401.    The exchange-scheme, Exchange-Values, and resulting shared-secret MAY
  402.    be cached in short-term storage for the Exchange LifeTime.  When
  403.    repetitive Photuris exchanges occur between the same parties, and the
  404.    Exchange-Values are discovered to be unchanged, the previously com-
  405.    puted shared-secret can be used to rapidly generate new session-keys.
  406.  
  407.  
  408. 1.4.2.  SPI LifeTimes
  409.  
  410.    Each SPI has an associated LifeTime, specified by the SPI owner
  411.    (receiver).  This SPI LifeTime (SPILT) is usually related to the      |
  412.    speed of the link (typically 2 to 30 minutes), but it MUST NOT be     |
  413.    less than thrice the ETO.
  414.  
  415.    The SPI can also be deleted by the SPI Owner using the SPI_Update.
  416.    Once the SPI has expired or been deleted, the parties cease using the
  417.    SPI.
  418.  
  419.    To prevent synchronization between multiple Photuris exchanges, the   |
  420.    implementation SHOULD randomly vary each SPI LifeTime.  For example,  |
  421.    when the Responder uses a base SPILT of 5 minutes, and 30 seconds for |
  422.    the ETO, the equation might be (in milliseconds):                     |
  423.  
  424.       285000 + urandom(30000)
  425.  
  426.    There is no requirement that a long LifeTime be accepted by the SPI
  427.    User.  The SPI User might never use an established SPI, or cease
  428.    using the SPI at any time.
  429.  
  430.    When more than one unexpired SPI is available to the SPI User for the
  431.    same function, a common implementation technique is to select the SPI
  432.    with the greatest remaining LifeTime.  However, selecting randomly
  433.    among a large number of SPIs might provide some defense against traf-
  434.    fic analysis.
  435.  
  436.  
  437.  
  438. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 7]
  439. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  440.  
  441.  
  442.    To prevent resurrection of deleted or expired SPIs, SPI Owners SHOULD
  443.    remember those SPIs, but mark them as unusable until the Photuris
  444.    exchange shared-secret used to create them also expires and purges
  445.    the associated state.
  446.  
  447.    When the SPI Owner detects an incoming SPI that has recently expired,
  448.    but the associated exchange state has not yet been purged, the imple-
  449.    mentation MAY accept the SPI.  The length of time allowed is highly
  450.    dependent on clock drift and variable packet round trip time, and is
  451.    therefore implementation dependent.
  452.  
  453.  
  454. 1.5.  Random Number Generation
  455.  
  456.    The security of Photuris critically depends on the quality of the
  457.    secret random numbers generated by each party.  A poor random number
  458.    generator at either party will compromise the shared-secret produced
  459.    by the algorithm.
  460.  
  461.    Generating cryptographic quality random numbers on a general purpose
  462.    computer without hardware assistance is a very tricky problem.  In
  463.    general, this requires using a cryptographic hashing function to
  464.    "distill" the entropy from a large number of semi-random external
  465.    events, such as the timing of key strokes.  An excellent discussion
  466.    can be found in [RFC-1750].
  467.  
  468.  
  469. 2.  Protocol Details
  470.  
  471.    The Initiator begins a Photuris exchange under several circumstances:
  472.  
  473.    -  The Initiator has a datagram that it wishes to send with confiden- |
  474.       tiality, and has no current Photuris exchange state with the IP
  475.       Destination.  This datagram is discarded, and a Cookie_Request is
  476.       sent instead.
  477.  
  478.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-1812] Destination
  479.       Unreachable: Communication Administratively Prohibited (Type 3,
  480.       Code 13), and has no current Photuris exchange state with the ICMP
  481.       Source.
  482.  
  483.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-xxxx] Security
  484.       Failures: Bad SPI (Type 40, Code 0), that matches current Photuris
  485.       exchange state with the ICMP Source.
  486.  
  487.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-xxxx] Security
  488.       Failures: Need Authentication (Type 40, Code 4), and has no cur-
  489.       rent Photuris exchange state with the ICMP Source.
  490.  
  491.  
  492.  
  493. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 8]
  494. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  495.  
  496.  
  497.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-xxxx] Security
  498.       Failures: Need Authorization (Type 40, Code 5), that matches cur-
  499.       rent Photuris exchange state with the ICMP Source.
  500.  
  501.    When the event is an ICMP message, special care MUST be taken that
  502.    the ICMP message actually includes information that matches a previ-
  503.    ously sent IP datagram.  Otherwise, this could provide an opportunity
  504.    for a clogging attack, by stimulating a new Photuris Exchange.
  505.  
  506.  
  507. 2.1.  UDP
  508.  
  509.    All Photuris messages use the User Datagram Protocol header
  510.    [RFC-768].  The Initiator sends to UDP Destination Port 468.
  511.  
  512.    When replying to the Initiator, the Responder swaps the IP Source and
  513.    Destination, and the UDP Source and Destination Ports.
  514.  
  515.    The UDP checksum MUST be correctly calculated when sent.  When a mes-
  516.    sage is received with an incorrect UDP checksum, it is silently dis-
  517.    carded.
  518.  
  519.    Implementation Notes:
  520.  
  521.       It is expected that installation of Photuris will ensure that UDP
  522.       checksum calculations are enabled for the computer operating sys-
  523.       tem and later disabling by operators is prevented.
  524.  
  525.       When processing datagrams containing variable size values, the
  526.       length must be checked against the overall datagram length.  An
  527.       invalid size (too long or short) that causes a poorly coded
  528.       receiver to abort could be used as a denial of service attack.
  529.  
  530.  
  531.  
  532.  
  533.  
  534.  
  535.  
  536.  
  537.  
  538.  
  539.  
  540.  
  541.  
  542.  
  543.  
  544.  
  545.  
  546.  
  547.  
  548. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 9]
  549. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  550.  
  551.  
  552. 2.2.  Header Format
  553.  
  554.    All of the messages have a format similar to the following, as trans-
  555.    mitted left to right in network order (most significant to least sig-
  556.    nificant):
  557.  
  558.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  559.    |                                                               |
  560.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  561.    |                                                               |
  562.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  563.    |                                                               |
  564.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  565.    |                                                               |
  566.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  567.    |     Type      |
  568.    +-+-+-+-+-+-+-+-+
  569.  
  570.  
  571.    Initiator-Cookie 16 bytes.                                            |
  572.  
  573.    Responder-Cookie 16 bytes.                                            |
  574.  
  575.    Type             1 byte.  Each message type has a unique value.  Ini- |
  576.                     tial values are assigned as follows:
  577.  
  578.                         0  Cookie_Request
  579.                         1  Cookie_Response
  580.                         2  Value_Request
  581.                         3  Value_Response
  582.                         4  Identity_Request
  583.                         5  Secret_Response (optional)
  584.                         6  Secret_Request (optional)
  585.                         7  Identity_Response
  586.                         8  SPI_Needed
  587.                         9  SPI_Update
  588.                        10  Bad_Cookie
  589.                        11  Resource_Limit
  590.                        12  Verification_Failure
  591.                        13  Message_Reject
  592.  
  593.  
  594.    Further details and differences are elaborated in the individual mes-
  595.    sages.
  596.  
  597.  
  598.  
  599.  
  600.  
  601.  
  602.  
  603. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 10]
  604. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  605.  
  606.  
  607. 2.3.  Variable Precision Numbers
  608.  
  609.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  610.    |             Size              |             Value ...
  611.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  612.  
  613.  
  614.    Size             2, 4, or 8 bytes.  The number of significant bits    |
  615.                     used in the Value field.  Always transmitted most    |
  616.                     significant byte first.
  617.  
  618.                     When the Size is zero, no Value field is present;
  619.                     there are no significant bits.  This means "missing"
  620.                     or "null".  It should not be confused with the value
  621.                     zero, which includes an indication of the number of
  622.                     significant bits.
  623.  
  624.                     When the most significant byte is in the range 0     |
  625.                     through 254 (0xfe), the field is 2 bytes.  Both      |
  626.                     bytes are used to indicate the size of the Value
  627.                     field, which ranges from 1 to 65,279 significant     |
  628.                     bits (in 1 to 8,160 bytes).
  629.  
  630.                     When the most significant byte is 255 (0xff), the    |
  631.                     field is 4 bytes.  The remaining 3 bytes are added   |
  632.                     to 65,280 to indicate the size of the Value field,   |
  633.                     which is limited to 16,776,959 significant bits (in  |
  634.                     2,097,120 bytes).
  635.  
  636.                     When the most significant 2 bytes are 65,535         |
  637.                     (0xffff), the field is 8 bytes.  The remaining 6     |
  638.                     bytes are added to 16,776,960 to indicate the size
  639.                     of the Value field.  This is vastly too long for
  640.                     these UDP messages, but is included for complete-
  641.                     ness.
  642.  
  643.    Value            0 or more bytes.  Always transmitted most signifi-   |
  644.                     cant byte first.
  645.  
  646.                     The bits used are right justified within byte bound- |
  647.                     aries; that is, any unused bits are in the most sig- |
  648.                     nificant byte.  Unused bits are zero filled.
  649.  
  650.    Shortened forms SHOULD NOT be used when the Value includes a number
  651.    of leading zero significant bits.  The Size SHOULD indicate the cor-
  652.    rect number of significant bits.
  653.  
  654.  
  655.  
  656.  
  657.  
  658. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 11]
  659. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  660.  
  661.  
  662.    Implementation Note:
  663.  
  664.       The numbers are assumed to be unsigned.
  665.  
  666.  
  667. 2.4.  Exchange Schemes
  668.  
  669.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  670.    |            Scheme             |             Size              |
  671.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  672.    |             Value ...
  673.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  674.  
  675.  
  676.    Scheme           2 bytes.  A unique value indicating the exchange-    |
  677.                     scheme.  See the "Exchange Scheme List".
  678.  
  679.    Size             2 bytes, ranging from 0 to 65,279.  See "Variable    |
  680.                     Precision Number".
  681.  
  682.    Value            0 or more bytes.  See "Variable Precision Number".   |
  683.  
  684.    The Size MUST NOT be assumed to be constant for a particular Scheme.
  685.    However, only one of each kind of Scheme will be present in any list
  686.    of schemes.
  687.  
  688.    Only one exchange-scheme (#2) is required to be supported, and SHOULD
  689.    be present in every Offered-Schemes list.
  690.  
  691.  
  692. 2.5.  Attributes
  693.  
  694.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  695.    |     Type      |    Length     |  Value(s) ...
  696.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  697.  
  698.  
  699.    Type             1 byte.  A unique value indicating the kind of       |
  700.                     attribute.  See the "Attribute List" for details.
  701.  
  702.                     When the Type is zero (padding), no Length field is
  703.                     present (always zero).
  704.  
  705.    Length           1 byte.  The size of the Value(s) field in bytes.    |
  706.  
  707.                     When the Length is zero, no Value(s) field is pre-
  708.                     sent.
  709.  
  710.  
  711.  
  712.  
  713. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 12]
  714. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  715.  
  716.  
  717.    Value(s)         0 or more bytes.  See the "Attribute List" for       |
  718.                     details.
  719.  
  720.    The Length MUST NOT be assumed to be constant for a particular Type.
  721.    Multiple attributes of the same Type with varying Lengths MAY be pre-
  722.    sent in any list of attributes.
  723.  
  724.    Support is required for the "MD5-KMpKp Symmetric Identification" (#3) |
  725.    and "MD5-KpMpKp Authentication" (#5) Attributes, and they SHOULD be   |
  726.    present in every Offered-Attributes list.
  727.  
  728.    Implementation Note:
  729.  
  730.       The authentication, compression, encryption and identification
  731.       mechanisms chosen, as well as the encapsulation modes (if any),
  732.       need not be the same in both directions.
  733.  
  734.  
  735. 3.  Cookie Exchange
  736.  
  737.    Initiator                            Responder
  738.    =========                            =========
  739.    Cookie_Request                 ->
  740.                                    <-   Cookie_Response
  741.                                            offer schemes
  742.  
  743.  
  744.  
  745. 3.0.1.  Send Cookie_Request
  746.  
  747.    The Initiator initializes local state, and generates a unique
  748.    "cookie".  The Initiator-Cookie MUST be different in each new
  749.    Cookie_Request between the same parties.  See "Cookie Generation" for
  750.    details.
  751.  
  752.    If the new Cookie_Request is in response to a message from a previous
  753.    exchange in which this party was the Responder, the Responder-Cookie
  754.    is set to the previous Initiator-Cookie, and the Counter is set to
  755.    zero.
  756.  
  757.       For example, a Bad_Cookie message is received from the Initiator.
  758.       That message has an Initiator-Cookie of A, and a Responder-Cookie
  759.       of B.  The Responder-Cookie is replaced with A, and a new Initia-
  760.       tor-Cookie C is generated.
  761.  
  762.    If any previous exchange between the peer IP nodes has not expired,
  763.    the Responder-Cookie is set to the most recent Responder-Cookie, and
  764.    the request Counter is set to the corresponding Counter.
  765.  
  766.  
  767.  
  768. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 13]
  769. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  770.  
  771.  
  772.       For example, a new Virtual Private Network (VPN) tunnel is about
  773.       to be established to an existing partner.  The Counter is the same
  774.       value received in the prior Cookie_Response, the Responder-Cookie
  775.       remains B, and a new Initiator-Cookie C is generated.
  776.  
  777.    Otherwise, the Responder-Cookie and Counter are both set to zero.
  778.  
  779.       By default, the Initiator operates in the same manner as when all
  780.       of its previous exchange state has expired.  The Responder will
  781.       update the Counter appropriately when not all of its own exchange
  782.       state has expired.
  783.  
  784.    The Initiator also starts a retransmission timer.  If no valid
  785.    Cookie_Response arrives within the time limit, the same
  786.    Cookie_Request is retransmitted for the remaining number of Retrans-
  787.    missions.  The Initiator-Cookie value MUST be the same in each such
  788.    retransmission to the same IP Destination and UDP Port.
  789.  
  790.    When Retransmissions have been exceeded, if a Bad_Cookie message has
  791.    been received during the exchange, the Initiator SHOULD begin the
  792.    Photuris exchange again by sending a new Cookie_Request.
  793.  
  794.  
  795. 3.0.2.  Receive Cookie_Request
  796.  
  797.    On receipt of a Cookie_Request, the Responder determines whether
  798.    there are sufficient resources to begin another Photuris exchange.
  799.  
  800.    -  When too many SPI values are already in use for this particular
  801.       peer, or too many concurrent exchanges are in progress, or some
  802.       other resource limit is reached, a Resource_Limit message is sent.
  803.  
  804.    -  When any previous exchange initiated by this particular peer has
  805.       not exceeded the Exchange TimeOut, and the Responder-Cookie does
  806.       not specify one of these previous exchanges, a Resource_Limit mes-
  807.       sage is sent.
  808.  
  809.    Otherwise, the Responder returns a Cookie_Response.
  810.  
  811.    Note that the Responder creates no additional state at this time.
  812.  
  813.  
  814. 3.0.3.  Send Cookie_Response
  815.  
  816.    The IP Source for the Initiator is examined.  If any previous
  817.    exchange between the peer IP nodes has not expired, the response
  818.    Counter is set to the most recent exchange Counter plus one (allowing
  819.    for out of order retransmissions).  Otherwise, the response Counter
  820.  
  821.  
  822.  
  823. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 14]
  824. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  825.  
  826.  
  827.    is set to the request Counter plus one.
  828.  
  829.    If (through rollover of the Counter) the new Counter value is zero
  830.    (modulo 256), the value is set to one.
  831.  
  832.    If this new Counter value matches some previous exchange initiated by
  833.    this particular peer that has not yet exceeded the Exchange TimeOut,
  834.    the Counter is incremented again, until a unique Counter value is
  835.    reached.
  836.  
  837.    Nota Bene:
  838.       No more than 254 concurrent exchanges between the same two peers
  839.       are supported.
  840.  
  841.    The Responder generates a unique cookie.  The Responder-Cookie value
  842.    in each successive response SHOULD be different.  See "Cookie Genera-
  843.    tion" for details.
  844.  
  845.    The exchange-schemes available between the peers are listed in the
  846.    Offered-Schemes.
  847.  
  848.  
  849. 3.0.4.  Receive Cookie_Response
  850.  
  851.    The Initiator validates the Initiator-Cookie, and the Offered-
  852.    Schemes.
  853.  
  854.    -  Whenever an invalid/expired Initiator-Cookie is detected, the mes-
  855.       sage is silently discarded.
  856.  
  857.    -  Whenever the variable length Offered-Schemes do not match the UDP
  858.       Length, or all Offered-Schemes are obviously defective and/or
  859.       insufficient for the purposes intended, the message is silently
  860.       discarded; the implementation SHOULD log the occurance, and notify
  861.       an operator as appropriate.
  862.  
  863.    -  Once a valid message has been received, later Cookie_Responses
  864.       with matching Initiator-Cookies are also silently discarded, until
  865.       a new Cookie_Request is sent.
  866.  
  867.    When the message is valid, an exchange-scheme is chosen from the list
  868.    of Offered-Schemes.
  869.  
  870.    This Scheme-Choice may affect the next Photuris message sent.  By
  871.    default, the next Photuris message is a Value_Request.
  872.  
  873.  
  874.  
  875.  
  876.  
  877.  
  878. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 15]
  879. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  880.  
  881.  
  882.    Implementation Notes:
  883.  
  884.       Only the Initiator-Cookie is used to identify the exchange.  The
  885.       Counter and Responder-Cookie will both be different from the
  886.       Cookie_Request.
  887.  
  888.       Various proposals for extensions utilize the Scheme-Choice to
  889.       indicate a different message sequence.  Such mechanisms are out-
  890.       side the scope of this document.
  891.  
  892.  
  893. 3.1.  Cookie_Request
  894.  
  895.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  896.    |                                                               |
  897.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  898.    |                                                               |
  899.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  900.    |                                                               |
  901.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  902.    |                                                               |
  903.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  904.    |     Type      |    Counter    |
  905.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  906.  
  907.  
  908.    Initiator-Cookie 16 bytes.  A randomized value that identifies the    |
  909.                     exchange.  The value MUST NOT be zero.  See "Cookie
  910.                     Generation" for details.
  911.  
  912.    Responder-Cookie 16 bytes.  Identifies a specific previous exchange.  |
  913.                     Copied from a previous Cookie_Response.
  914.  
  915.                     When zero, no previous exchange is specified.
  916.  
  917.                     When non-zero, and the Counter is zero, contains the
  918.                     Initiator-Cookie of a previous exchange.  The speci-
  919.                     fied party is requested to be the Responder in this
  920.                     exchange, to retain previous party pairings.
  921.  
  922.                     When non-zero, and the Counter is also non-zero,
  923.                     contains the Responder-Cookie of a previous
  924.                     exchange.  The specified party is requested to be
  925.                     the Responder in this exchange, to retain previous
  926.                     party pairings.
  927.  
  928.                     Also, can be used for bidirectional User, Transport,
  929.                     and Process oriented keying.  Such mechanisms are
  930.  
  931.  
  932.  
  933. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 16]
  934. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  935.  
  936.  
  937.                     outside the scope of this document.
  938.  
  939.    Type             0
  940.  
  941.    Counter          1 byte.  Indicates the number of the current         |
  942.                     exchange.  Copied from a previous Cookie_Response.
  943.  
  944.                     When zero, no previous Responder is specified.
  945.  
  946.  
  947.  
  948. 3.2.  Cookie_Response
  949.  
  950.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  951.    |                                                               |
  952.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  953.    |                                                               |
  954.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  955.    |                                                               |
  956.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  957.    |                                                               |
  958.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  959.    |     Type      |    Counter    |  Offered-Schemes ...
  960.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  961.  
  962.  
  963.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Cookie_Request.           |
  964.  
  965.    Responder-Cookie 16 bytes.  A randomized value that identifies the    |
  966.                     exchange.  The value MUST NOT be zero.  See "Cookie
  967.                     Generation" for details.
  968.  
  969.    Type             1
  970.  
  971.    Counter          1 byte.  Indicates the number of the current         |
  972.                     exchange.  Must be greater than zero.
  973.  
  974.    Offered-Schemes  A list of one or more exchange-schemes supported by
  975.                     the Responder, beginning with most preferred.
  976.  
  977.                     Each scheme is 4 or more bytes (see "Exchange Scheme |
  978.                     List").  Only one of each kind of Scheme may be
  979.                     offered.  The end of the list is indicated by the
  980.                     UDP Length.
  981.  
  982.  
  983.  
  984.  
  985.  
  986.  
  987.  
  988. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 17]
  989. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  990.  
  991.  
  992. 3.3.  Cookie Generation
  993.  
  994.    The exact technique by which a Photuris party generates a cookie is
  995.    implementation dependent.  The method chosen must satisfy some basic
  996.    requirements:
  997.  
  998.    1. The cookie MUST depend on the specific parties.  This prevents an
  999.       attacker from obtaining a cookie using a real IP address and UDP
  1000.       port, and then using it to swamp the victim with requests from
  1001.       randomly chosen IP addresses or ports.
  1002.  
  1003.    2. It MUST NOT be possible for anyone other than the issuing entity
  1004.       to generate cookies that will be accepted by that entity.  This
  1005.       implies that the issuing entity will use local secret information
  1006.       in the generation and subsequent verification of a cookie.  It
  1007.       must not be possible to deduce this secret information from any
  1008.       particular cookie.
  1009.  
  1010.    3. The cookie generation and verification methods MUST be fast to
  1011.       thwart attacks intended to sabotage CPU resources.
  1012.  
  1013.    A recommended technique is to use a cryptographic hashing function
  1014.    (such as MD5).
  1015.  
  1016.    An incoming cookie can be verified at any time by regenerating it
  1017.    locally from values contained in the incoming datagram and the local
  1018.    secret random value.
  1019.  
  1020.  
  1021. 3.3.1.  Initiator Cookie
  1022.  
  1023.    The Initiator secret value that affects its cookie SHOULD change for
  1024.    each new Photuris exchange, and is thereafter internally cached on a
  1025.    per Responder basis.  This provides improved synchronization and pro-
  1026.    tection against replay attacks.
  1027.  
  1028.    An alternative is to cache the cookie instead of the secret value.
  1029.    Incoming cookies can be compared directly without the computational
  1030.    cost of regeneration.
  1031.  
  1032.    It is recommended that the cookie be calculated over the secret
  1033.    value, the IP Source and Destination addresses, and the UDP Source
  1034.    and Destination ports.
  1035.  
  1036.  
  1037.  
  1038.  
  1039.  
  1040.  
  1041.  
  1042.  
  1043. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 18]
  1044. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1045.  
  1046.  
  1047. 3.3.2.  Responder Cookie
  1048.  
  1049.    The Responder secret value that affects its cookies MAY remain the
  1050.    same for many different Initiators.  However, this secret SHOULD be
  1051.    changed periodically to limit the time for use of its cookies (typi-
  1052.    cally each 60 seconds), and MUST be changed whenever any precalcu-
  1053.    lated Responder Exchange-Value is changed.
  1054.  
  1055.    The Responder-Cookie SHOULD include the Initiator-Cookie.  The
  1056.    Responder-Cookie MUST include the Counter (that it returned in the
  1057.    Cookie_Response).  This provides improved synchronization and protec-
  1058.    tion against replay attacks.
  1059.  
  1060.    It is recommended that the cookie be calculated over the secret
  1061.    value, the IP Source and Destination addresses, its own UDP Destina-
  1062.    tion port, the Counter, and the Initiator-Cookie.
  1063.  
  1064.    The cookie is not cached per Initiator to avoid saving state during
  1065.    the initial Cookie Exchange.  On receipt of a Value_Request, the
  1066.    Responder regenerates its cookie for validation.
  1067.  
  1068.    Once the Value_Response is sent, both Initiator and Responder cookies
  1069.    are cached to identify the exchange.
  1070.  
  1071.  
  1072. 4.  Value Exchange
  1073.  
  1074.    Initiator                            Responder
  1075.    =========                            =========
  1076.    Value_Request                  ->
  1077.       pick scheme
  1078.       offer value
  1079.       offer attributes
  1080.                                    <-   Value_Response
  1081.                                            offer value
  1082.                                            offer attributes
  1083.  
  1084.              [generate shared-secret from exchanged values]
  1085.  
  1086.  
  1087.  
  1088. 4.0.1.  Send Value_Request
  1089.  
  1090.    The Initiator generates an appropriate Exchange-Value for the Scheme- |
  1091.    Choice (see "Exchange Scheme List" for details).  This Exchange-Value
  1092.    may be precalculated and used for multiple Responders.
  1093.  
  1094.    The IP Destination for the Responder is examined, and the attributes
  1095.  
  1096.  
  1097.  
  1098. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 19]
  1099. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1100.  
  1101.  
  1102.    available between the parties are listed in the Offered-Attributes.
  1103.  
  1104.    The Initiator also starts a retransmission timer.  If no valid
  1105.    Value_Response arrives within the time limit, the same Value_Request
  1106.    is retransmitted for the remaining number of Retransmissions.
  1107.  
  1108.    When Retransmissions have been exceeded, if a Bad_Cookie message has
  1109.    been received during the exchange, the Initiator SHOULD begin the
  1110.    Photuris exchange again by sending a new Cookie_Request.
  1111.  
  1112.  
  1113. 4.0.2.  Receive Value_Request
  1114.  
  1115.    The Responder validates the Responder-Cookie, the Counter, the
  1116.    Scheme-Choice, the Exchange-Value, and the Offered-Attributes.
  1117.  
  1118.    -  Whenever an invalid/expired Responder-Cookie is detected, a
  1119.       Bad_Cookie message is sent.
  1120.  
  1121.    -  Whenever an invalid Scheme-Choice is detected, or the Exchange-
  1122.       Value is obviously defective, or the variable length Offered-
  1123.       Attributes do not match the UDP Length, the message is silently
  1124.       discarded; the implementation SHOULD log the occurance, and notify
  1125.       an operator as appropriate.
  1126.  
  1127.    When the message is valid, the Responder sets its Exchange timer to
  1128.    the Exchange TimeOut, and returns a Value_Response.
  1129.  
  1130.    The Responder keeps a copy of the incoming Value_Request cookie pair,
  1131.    and its Value_Response.  If a duplicate Value_Request is received, it
  1132.    merely resends its previous Value_Response, and takes no further
  1133.    action.
  1134.  
  1135.  
  1136. 4.0.3.  Send Value_Response
  1137.  
  1138.    The Responder generates an appropriate Exchange-Value for the Scheme- |
  1139.    Choice (see "Exchange Scheme List" for details).  This Exchange-Value
  1140.    may be precalculated and used for multiple Initiators.
  1141.  
  1142.    The IP Source for the Initiator is examined, and the attributes
  1143.    available between the parties are listed in the Offered-Attributes.
  1144.  
  1145.  
  1146.  
  1147.  
  1148.  
  1149.  
  1150.  
  1151.  
  1152.  
  1153. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 20]
  1154. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1155.  
  1156.  
  1157.    Implementation Notes:
  1158.  
  1159.       At this time, the Responder begins calculation of the shared-
  1160.       secret.  Calculation of the shared-secret is executed in parallel
  1161.       to minimize delay.
  1162.  
  1163.       This may take a substantial amount of time.  The implementor
  1164.       should ensure that retransmission is not blocked by this calcula-
  1165.       tion.  This is not usually a problem, as retransmission timeouts
  1166.       typically exceed calculation time.
  1167.  
  1168.  
  1169. 4.0.4.  Receive Value_Response
  1170.  
  1171.    The Initiator validates the pair of Cookies, the Exchange-Value, and
  1172.    the Offered-Attributes.
  1173.  
  1174.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, the message is
  1175.       silently discarded.
  1176.  
  1177.    -  Whenever the Exchange-Value is obviously defective, or the vari-
  1178.       able length Offered-Attributes do not match the UDP Length, the
  1179.       message is silently discarded; the implementation SHOULD log the
  1180.       occurance, and notify an operator as appropriate.
  1181.  
  1182.    -  Once a valid message has been received, later Value_Responses with
  1183.       both matching cookies are also silently discarded, until a new
  1184.       Cookie_Request is sent.
  1185.  
  1186.    When the message is valid, the Initiator begins its parallel computa-
  1187.    tion of the shared-secret.
  1188.  
  1189.    When the Initiator completes computation, it sends an Iden-
  1190.    tity_Request to the Responder.
  1191.  
  1192.  
  1193.  
  1194.  
  1195.  
  1196.  
  1197.  
  1198.  
  1199.  
  1200.  
  1201.  
  1202.  
  1203.  
  1204.  
  1205.  
  1206.  
  1207.  
  1208. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 21]
  1209. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1210.  
  1211.  
  1212. 4.1.  Value_Request
  1213.  
  1214.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1215.    |                                                               |
  1216.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  1217.    |                                                               |
  1218.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1219.    |                                                               |
  1220.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1221.    |                                                               |
  1222.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1223.    |     Type      |    Counter    |         Scheme-Choice         |
  1224.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1225.    |                                                               |
  1226.    ~                   Initiator-Exchange-Value                    ~
  1227.    |                                                               |
  1228.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1229.    |  Initiator-Offered-Attributes ...
  1230.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
  1231.  
  1232.  
  1233.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Cookie_Response.          |
  1234.  
  1235.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Cookie_Response.          |
  1236.  
  1237.    Type             2
  1238.  
  1239.    Counter          1 byte.  Copied from the Cookie_Response.            |
  1240.  
  1241.    Scheme-Choice    2 bytes.  A value selected by the Initiator from the |
  1242.                     list of Offered-Schemes in the Cookie_Response.
  1243.  
  1244.                     Only the Scheme is specified; the Size will match
  1245.                     the Initiator-Exchange-Value, and the Value(s) are
  1246.                     implicit.
  1247.  
  1248.    Initiator-Exchange-Value
  1249.                     variable precision number.  Provided by the Initia-
  1250.                     tor for calculating a shared-secret between the par-
  1251.                     ties.  The Value format is indicated by the Scheme-
  1252.                     Choice.
  1253.  
  1254.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  1255.                     length, as indicated by its Size field.  It does not
  1256.                     require any particular alignment.  The 32-bit align-
  1257.                     ment shown is for convenience in the illustration.
  1258.  
  1259.  
  1260.  
  1261.  
  1262.  
  1263. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 22]
  1264. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1265.  
  1266.  
  1267.    Initiator-Offered-Attributes
  1268.                     A list of Security Parameter attributes supported by
  1269.                     the Initiator.
  1270.  
  1271.                     The contents and usage of this list are further
  1272.                     described in "Offered Attributes List".  The end of
  1273.                     the list is indicated by the UDP Length.
  1274.  
  1275.  
  1276.  
  1277. 4.2.  Value_Response
  1278.  
  1279.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1280.    |                                                               |
  1281.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  1282.    |                                                               |
  1283.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1284.    |                                                               |
  1285.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1286.    |                                                               |
  1287.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1288.    |     Type      |                    Reserved                   |
  1289.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1290.    |                                                               |
  1291.    ~                   Responder-Exchange-Value                    ~
  1292.    |                                                               |
  1293.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1294.    |  Responder-Offered-Attributes ...
  1295.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
  1296.  
  1297.  
  1298.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  1299.  
  1300.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  1301.  
  1302.    Type             3
  1303.  
  1304.    Reserved         3 bytes.  For future use; MUST be set to zero when   |
  1305.                     transmitted, and MUST be ignored when received.
  1306.  
  1307.    Responder-Exchange-Value
  1308.                     variable precision number.  Provided by the Respon-
  1309.                     der for calculating a shared-secret between the par-
  1310.                     ties.  The Value format is indicated by the current
  1311.                     Scheme-Choice specified in the Value_Request.        |
  1312.  
  1313.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  1314.                     length, as indicated by its Size field.  It does not
  1315.  
  1316.  
  1317.  
  1318. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 23]
  1319. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1320.  
  1321.  
  1322.                     require any particular alignment.  The 32-bit align-
  1323.                     ment shown is for convenience in the illustration.
  1324.  
  1325.    Responder-Offered-Attributes
  1326.                     A list of Security Parameter attributes supported by
  1327.                     the Responder.
  1328.  
  1329.                     The contents and usage of this list are further
  1330.                     described in "Offered Attributes List".  The end of
  1331.                     the list is indicated by the UDP Length.
  1332.  
  1333.  
  1334.  
  1335. 4.3.  Offered Attribute List
  1336.  
  1337.    This list includes those attributes supported by the party that are
  1338.    available to the other party.  The attribute formats are specified in
  1339.    the "Attribute List", where mandatory attributes are also specified.
  1340.  
  1341.    The list is composed of two or three sections: Identification-
  1342.    Attributes, Authentication-Attributes, and (optional) Encapsulation-
  1343.    Attributes.  Within each section, the attributes are listed from most
  1344.    to least preferable.
  1345.  
  1346.    The first section of the list includes methods of identification.  An
  1347.    Identity-Choice is selected from this list.
  1348.  
  1349.    The second section of the list begins with "AH-Attributes" (#1).  It
  1350.    includes methods of authentication, and other operational types.
  1351.  
  1352.    The third section of the list begins with "ESP-Attributes" (#2).  It
  1353.    includes methods of authentication, compression, encryption, and
  1354.    other operational types.  When no Encapsulation-Attributes are
  1355.    offered, the "ESP-Attributes" attribute itself is omitted from the
  1356.    list.
  1357.  
  1358.    Attribute-Choices are selected from the latter two sections of the
  1359.    list.
  1360.  
  1361.    Support is required for the "MD5-KMpKp Symmetric Identification" (#3) |
  1362.    and "MD5-KpMpKp Authentication" (#5) Attributes, and they SHOULD be   |
  1363.    present in every Offered-Attributes list.
  1364.  
  1365.  
  1366.  
  1367.  
  1368.  
  1369.  
  1370.  
  1371.  
  1372.  
  1373. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 24]
  1374. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1375.  
  1376.  
  1377.    Implementation Notes:
  1378.  
  1379.       Since the offer is made by the prospective SPI User (sender),
  1380.       order of preference likely reflects the capabilities and engineer-
  1381.       ing tradeoffs of a particular implementation.
  1382.  
  1383.       However, the critical processing bottlenecks are frequently in the
  1384.       receiver.  The SPI Owner (receiver) may express its needs by
  1385.       choosing a less preferable attribute.
  1386.  
  1387.       The order may also be affected by operational policy and requested
  1388.       services for an application.  Such considerations are outside the
  1389.       scope of this document.
  1390.  
  1391.  
  1392. 5.  Identification Exchange
  1393.  
  1394.    Initiator                            Responder
  1395.    =========                            =========
  1396.    Identity_Request               ->
  1397.       make SPI
  1398.       pick SPI attribute(s)
  1399.       identify self
  1400.       authenticate
  1401.       make privacy key(s)                                                |
  1402.       mask/encrypt message                                               |
  1403.                                    <-   Identity_Response
  1404.                                            make SPI
  1405.                                            pick SPI attribute(s)
  1406.                                            identify self
  1407.                                            authenticate
  1408.                                            make privacy key(s)           |
  1409.                                            mask/encrypt message          |
  1410.  
  1411.                [make SPI session-keys in each direction]
  1412.  
  1413.    The exchange of messages is ordered, although the formats and mean-
  1414.    ings of the messages are identical in each direction.  The messages
  1415.    are easily distinguished by the parties themselves, by examining the
  1416.    Type and Identification fields.
  1417.  
  1418.    Implementation Notes:
  1419.  
  1420.       The amount of time for the calculation may be dependent on the
  1421.       value of particular bits in secret values used in generating the
  1422.       shared-secret or identity verification.  To prevent analysis of
  1423.       these secret bits by recording the time for calculation, sending
  1424.       of the Identity_Messages SHOULD be delayed until the time expected
  1425.  
  1426.  
  1427.  
  1428. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 25]
  1429. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1430.  
  1431.  
  1432.       for the longest calculation.  This will be different for different
  1433.       processor speeds, different algorithms, and different length vari-
  1434.       ables.  Therefore, the method for estimating time is implementa-
  1435.       tion dependent.
  1436.  
  1437.       Any authenticated and/or encrypted user datagrams received before
  1438.       the completion of identity verification can be placed on a queue
  1439.       pending completion of this step.  If verification succeeds, the
  1440.       queue is processed as though the datagrams had arrived subsequent
  1441.       to the verification.  If verification fails, the queue is dis-
  1442.       carded.
  1443.  
  1444.  
  1445. 5.0.1.  Send Identity_Request
  1446.  
  1447.    The Initiator chooses an appropriate Identification, the SPI and SPI  |
  1448.    LifeTime, a set of Attributes for the SPI, calculates the Verifica-
  1449.    tion, and masks the message using the Privacy-Method indicated by the |
  1450.    current Scheme-Choice.
  1451.  
  1452.    The Initiator also starts a retransmission timer.  If no valid Iden-
  1453.    tity_Response arrives within the time limit, its previous Iden-
  1454.    tity_Request is retransmitted for the remaining number of Retransmis-
  1455.    sions.
  1456.  
  1457.    When Retransmissions have been exceeded, if a Bad_Cookie message has
  1458.    been received during the exchange, the Initiator SHOULD begin the
  1459.    Photuris exchange again by sending a new Cookie_Request.
  1460.  
  1461.  
  1462. 5.0.2.  Receive Identity_Request
  1463.  
  1464.    The Responder validates the pair of Cookies, the Padding, the Identi- +
  1465.    fication, the Verification, and the Attribute-Choices.
  1466.  
  1467.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, a Bad_Cookie mes-
  1468.       sage is sent.
  1469.  
  1470.    -  Whenever invalid Padding is detected, an invalid Identification is |
  1471.       detected, or the message verification fails, a Verifica-
  1472.       tion_Failure message is sent.
  1473.  
  1474.    -  Whenever the variable length Attribute-Choices do not match the
  1475.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  1476.       Offered-Attributes, the message is silently discarded.
  1477.  
  1478.    -  Whenever such a problem is detected, the Security Association is
  1479.       not established; the implementation SHOULD log the occurance, and
  1480.  
  1481.  
  1482.  
  1483. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 26]
  1484. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1485.  
  1486.  
  1487.       notify an operator as appropriate.
  1488.  
  1489.    When the message is valid, the Responder sets its Exchange timer to
  1490.    the Exchange LifeTime (if this has not already been done for a previ-
  1491.    ous exchange).  When its parallel computation of the shared-secret is
  1492.    complete, the Responder returns an Identity_Response.
  1493.  
  1494.    The Responder keeps a copy of the incoming Identity_Request values,
  1495.    and its Identity_Response.  If a duplicate Identity_Request is
  1496.    received, it merely resends its previous Identity_Response, and takes
  1497.    no further action.
  1498.  
  1499.  
  1500. 5.0.3.  Send Identity_Response
  1501.  
  1502.    The Responder chooses an appropriate Identification, the SPI and SPI  |
  1503.    LifeTime, a set of Attributes for the SPI, calculates the Verifica-
  1504.    tion, and masks the message using the Privacy-Method indicated by the |
  1505.    current Scheme-Choice.
  1506.  
  1507.    The Responder calculates the SPI session-keys in both directions.
  1508.  
  1509.    At this time, the Responder begins the authentication and/or encryp-  -
  1510.    tion of user datagrams.
  1511.  
  1512.  
  1513. 5.0.4.  Receive Identity_Response
  1514.  
  1515.    The Initiator validates the pair of Cookies, the Padding, the Identi- +
  1516.    fication, the Verification, and the Attribute-Choices.
  1517.  
  1518.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, the message is
  1519.       silently discarded.
  1520.  
  1521.    -  Whenever invalid Padding is detected, an invalid Identification is |
  1522.       detected, or the message verification fails, a Verifica-
  1523.       tion_Failure message is sent.
  1524.  
  1525.    -  Whenever the variable length Attribute-Choices do not match the
  1526.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  1527.       Offered-Attributes, the message is silently discarded.
  1528.  
  1529.    -  Whenever such a problem is detected, the Security Association is
  1530.       not established; the implementation SHOULD log the occurance, and
  1531.       notify an operator as appropriate.
  1532.  
  1533.    -  Once a valid message has been received, later Identity_Responses
  1534.       with both matching cookies are also silently discarded, until a
  1535.  
  1536.  
  1537.  
  1538. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 27]
  1539. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1540.  
  1541.  
  1542.       new Cookie_Request is sent.
  1543.  
  1544.    When the message is valid, the Initiator sets its Exchange timer to
  1545.    the Exchange LifeTime (if this has not already been done for a previ-
  1546.    ous exchange).
  1547.  
  1548.    The Initiator calculates the SPI session-keys in both directions.
  1549.  
  1550.    At this time, the Initiator begins the authentication and/or encryp-  -
  1551.    tion of user datagrams.
  1552.  
  1553.  
  1554. 5.1.  Identity_Messages
  1555.  
  1556.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1557.    |                                                               |
  1558.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  1559.    |                                                               |
  1560.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1561.    |                                                               |
  1562.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1563.    |                                                               |
  1564.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1565.    |     Type      |                    LifeTime                   |
  1566.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1567.    |                   Security-Parameter-Index                    |
  1568.    +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
  1569.    |        Identity-Choice        |                               |
  1570.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
  1571.    |                                                               |
  1572.    ~                        Identification                         ~
  1573.    |                                                               |
  1574.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1575.    |                                                               |
  1576.    ~                         Verification                          ~
  1577.    |                                                               |
  1578.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1579.    |  Attribute-Choices ...
  1580.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1581.                              ... Padding                           |     |
  1582.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1583.  
  1584.  
  1585.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  1586.  
  1587.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  1588.  
  1589.  
  1590.  
  1591.  
  1592.  
  1593. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 28]
  1594. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1595.  
  1596.  
  1597.    Type             4 (Request) or 7 (Response)
  1598.  
  1599.    LifeTime         3 bytes.  The number of seconds remaining before the |
  1600.                     indicated SPI expires.                               |
  1601.  
  1602.                     When the SPI is zero, this field MUST be filled with |
  1603.                     a random non-zero value.
  1604.  
  1605.    Security-Parameter-Index
  1606.                     4 bytes.  The SPI to be used for incoming communica- |
  1607.                     tions.
  1608.  
  1609.                     When zero, indicates that no SPI is created in this
  1610.                     direction.
  1611.  
  1612.    Identity-Choice  An identity attribute is selected from the list of
  1613.                     Offered-Attributes sent by the peer, and is used to
  1614.                     calculate the Verification.
  1615.  
  1616.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  1617.                     length, as indicated by its Length field.  It does
  1618.                     not require any particular alignment.  The 16-bit
  1619.                     alignment shown is for convenience in the illustra-
  1620.                     tion.
  1621.  
  1622.    Identification   variable precision number, or alternative format
  1623.                     indicated by the Identity-Choice.  See the
  1624.                     "Attribute List" for details.
  1625.  
  1626.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  1627.                     length.  It does not require any particular align-
  1628.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  1629.                     in the illustration.
  1630.  
  1631.    Verification     variable precision number, or alternative format
  1632.                     indicated by the Identity-Choice.  The calculation
  1633.                     of the value is described in "Identity Verifica-
  1634.                     tion".
  1635.  
  1636.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  1637.                     length.  It does not require any particular align-
  1638.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  1639.                     in the illustration.
  1640.  
  1641.    Attribute-Choices
  1642.                     0 or more bytes.  A list of attributes for this      |
  1643.                     (non-zero) SPI, selected from the list of Offered-
  1644.                     Attributes supported by the peer.
  1645.  
  1646.  
  1647.  
  1648. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 29]
  1649. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1650.  
  1651.  
  1652.                     The contents and usage of this list are further
  1653.                     described in "Attribute Choices List".  The end of
  1654.                     the list is indicated by the UDP Length after remov- |
  1655.                     ing the Padding (UDP Length - last Padding value).
  1656.  
  1657.    Padding          8 to 255 bytes.  This field is filled up to at least |
  1658.                     a 128 byte boundary, measured from the beginning of  |
  1659.                     the message.  The number of pad bytes are chosen     |
  1660.                     randomly.
  1661.  
  1662.                     In addition, when a Privacy-Method indicated by the  |
  1663.                     current Scheme-Choice requires the plaintext to be a |
  1664.                     multiple of some number of bytes (the block size of  |
  1665.                     a block cipher), this field is adjusted as necessary |
  1666.                     to the size required by the algorithm.
  1667.  
  1668.                     Self-Describing-Padding begins with the value 1.     |
  1669.                     Each byte contains the index of that byte.  Thus,    |
  1670.                     the final pad byte indicates the number of pad bytes |
  1671.                     to remove.  For example, when the unpadded message   |
  1672.                     length is 120 bytes, the padding values might be 1,  |
  1673.                     2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8.
  1674.  
  1675.    The portion of the message after the SPI is masked using the Privacy- |
  1676.    Method indicated by the current Scheme-Choice.
  1677.  
  1678.    The fields following the SPI are opaque.  That is, the values are set |
  1679.    prior to masking (and optional encryption), and examined only after   |
  1680.    unmasking (and optional decryption).
  1681.  
  1682.  
  1683. 5.2.  Attribute Choices List
  1684.  
  1685.    This list specifies the attributes of a Security Association.  The
  1686.    attribute formats are specified in the "Attribute List".
  1687.  
  1688.    The list is composed of one or two sections: Authentication-
  1689.    Attributes, and/or Encapsulation-Attributes.
  1690.  
  1691.    When sending from the SPI User to the SPI Owner, the attributes are
  1692.    processed in the order listed.  For example,
  1693.  
  1694.  
  1695.  
  1696.  
  1697.  
  1698.  
  1699.  
  1700.  
  1701.  
  1702.  
  1703. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 30]
  1704. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1705.  
  1706.  
  1707.       "ESP-Attributes",
  1708.       "ESP-Sequence",                                                    |
  1709.       "Deflate Compression",                                             |
  1710.       "DES-CBC Encryption",                                              |
  1711.       "DES Decryption",                                                  |
  1712.       "DES-CBC Encryption",                                              |
  1713.       "AH-Attributes",
  1714.       "MD5-KpMpKp Authentication",                                       |
  1715.  
  1716.    would result in ESP with sequence numbers, compression and triple     |
  1717.    encryption (inside), and then AH authentication (outside) of the ESP
  1718.    payload.
  1719.  
  1720.    The SPI Owner will naturally process the datagram in the reverse
  1721.    order.
  1722.  
  1723.    This ordering also affects the order of key generation.  Both SPI
  1724.    Owner and SPI User generate the keys in the order listed.
  1725.  
  1726.    Implementation Notes:
  1727.  
  1728.       When choices are made from the list of Offered-Attributes, it is
  1729.       not required that any Security Association include every kind of
  1730.       offered attribute in any single SPI, or that a separate SPI be
  1731.       created for every offered attribute.
  1732.  
  1733.       Some kinds of attributes may be included more than once in a sin-
  1734.       gle SPI.  The set of allowable combinations of attributes are
  1735.       dependent on implementation and operational policy.  Such consid-
  1736.       erations are outside the scope of this document.
  1737.  
  1738.  
  1739. 5.3.  Shared-Secret
  1740.  
  1741.    The shared-secret is used in a number of calculations.  Regardless of
  1742.    the internal representation of the shared-secret, when used in calcu-
  1743.    lations it is in the same form as the Value part of a Variable Preci-
  1744.    sion Number:
  1745.  
  1746.     - most significant byte first.                                       |
  1747.     - bits used are right justified within byte boundaries.              |
  1748.     - any unused bits are in the most significant byte.                  |
  1749.     - unused bits are zero filled.
  1750.  
  1751.    The shared-secret does not include a Size field.
  1752.  
  1753.  
  1754.  
  1755.  
  1756.  
  1757.  
  1758. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 31]
  1759. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1760.  
  1761.  
  1762. 5.4.  Integrity Check
  1763.  
  1764.    After unmasking (and optional decryption), if a decryption failure is +
  1765.    detected, the Padding bytes are not the correct values, or the Iden-  +
  1766.    tification format is unrecognizable, the users are notified, and a    +
  1767.    Verification_Failure message is sent, without adding any Security     +
  1768.    Associations.  For any other message format processing failures, the  +
  1769.    message is silently discarded.  Otherwise, the usual identity verifi- +
  1770.    cation procedures begin.                                              +
  1771.  
  1772.  
  1773. 5.5.  Identity Verification
  1774.  
  1775.    These messages are authenticated using the Identity-Choice.  The Ver- |
  1776.    ification value is calculated prior to masking (and optional encryp-  |
  1777.    tion), and verified after unmasking (and optional decryption).
  1778.  
  1779.    The Identity-Choice authentication function is supplied with two
  1780.    input values:
  1781.  
  1782.     - the computed shared-secret.
  1783.     - the data to be verified (as a concatenated sequence of bytes).     |
  1784.  
  1785.    The resulting output value is stored in the Verification field.
  1786.  
  1787.    The Identity-Choice authentication function is calculated over the
  1788.    following concatenated data values:
  1789.  
  1790.     + the Initiator Cookie,
  1791.     + the Responder Cookie,
  1792.     + the message Type, LifeTime and SPI fields,                         +
  1793.     + the Responder Offered-Schemes,
  1794.     + the SPI Owner Exchange-Value,
  1795.     + the SPI Owner Offered-Attributes,
  1796.     + the SPI Owner Identification,
  1797.     + the SPI Owner secret-key,
  1798.     + the SPI User Exchange-Value,
  1799.     + the SPI User Offered-Attributes,
  1800.     + the SPI User Identification (response only),
  1801.     + the SPI User secret-key (response only),
  1802.     + the Attribute-Choices following the Verification field,            -
  1803.     + the Padding.                                                       |
  1804.  
  1805.    Note that the order of the Exchange-Value and Offered-Attribute
  1806.    fields is different in each direction.  The Identification and SPI
  1807.    fields are also likely to be different in each direction.  Note also
  1808.    that the SPI User Identification and secret-key will be omitted in
  1809.    the Identity_Request.
  1810.  
  1811.  
  1812.  
  1813. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 32]
  1814. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1815.  
  1816.  
  1817.    If the verification fails, the users are notified, and a Verifica-
  1818.    tion_Failure message is sent, without adding any Security Associa-
  1819.    tions.  On success, normal operation begins with the authentication
  1820.    and/or encryption of user datagrams.
  1821.  
  1822.    Implementation Notes:
  1823.  
  1824.       This is distinct from any authentication method specified for
  1825.       Security Associations.
  1826.  
  1827.       The exact details of the Identification and secret-keys that are
  1828.       included in the Verification calculation are dependent on the
  1829.       Identity-Choice, as described in the "Attribute List".
  1830.  
  1831.       Each party may wish to keep their own trusted databases, such as
  1832.       the Pretty Good Privacy (PGP) web of trust, and accept only those
  1833.       identities found there.  Failure to find the Identification in
  1834.       either an internal or external database results in the same Veri-
  1835.       fication_Failure message as failure of the verification computa-
  1836.       tion.
  1837.  
  1838.       The Exchange-Value data includes both the Size and Value fields.
  1839.       The Offered-Attributes and Attribute-Choices data includes the
  1840.       Type, Length and Value fields.
  1841.  
  1842.  
  1843. 5.6.  Privacy Masking
  1844.  
  1845.    Identification Exchange messages are masked using the Privacy-Method  +
  1846.    indicated by the current Scheme-Choice.  Masking begins with the next +
  1847.    field after the SPI, and continues to the end of the data indicated   +
  1848.    by the UDP Length, including the Padding.                             +
  1849.  
  1850.    The Scheme-Choice specified Key-Generation function is used to create +
  1851.    a special privacy-key for each message.  This function is calculated  +
  1852.    over the following concatenated values:                               +
  1853.  
  1854.     + the Initiator Cookie,                                              +
  1855.     + the Responder Cookie,                                              +
  1856.     + the message Type, LifeTime and SPI fields,                         +
  1857.     + the SPI Owner Exchange-Value,                                      +
  1858.     + the SPI User Exchange-Value,                                       +
  1859.     + the computed shared-secret.                                        +
  1860.  
  1861.    Since the order of the Exchange-Value fields is different in each     +
  1862.    direction, and the message Type, LifeTime and SPI fields are also     +
  1863.    likely to be different in each direction, the resulting privacy-key   +
  1864.    will usually be different in each direction.                          +
  1865.  
  1866.  
  1867.  
  1868. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 33]
  1869. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1870.  
  1871.  
  1872.    When a larger number of keying-bits are needed than are available     +
  1873.    from one iteration of the specified Key-Generation function, more     +
  1874.    keying-bits are generated by duplicating the trailing shared-secret,  +
  1875.    and recalculating the function.  That is, the first iteration will    +
  1876.    have one trailing copy of the shared-secret, the second iteration     +
  1877.    will have two trailing copies of the shared-secret, and so forth.     +
  1878.  
  1879.    Implementation Notes:                                                 +
  1880.  
  1881.       This is distinct from any encryption method specified for Security +
  1882.       Associations.                                                      +
  1883.  
  1884.       The length of the Padding, and other details, are dependent on the +
  1885.       Privacy-Method.  See the "Privacy Methods".                        +
  1886.  
  1887.       The Exchange-Value data includes both the Size and Value fields.   +
  1888.  
  1889.  
  1890. 5.7.  Session-Key Computation
  1891.  
  1892.    Each Security Association SPI has one or more session-keys.  These
  1893.    keys are generated based on the attributes of the Security Associa-
  1894.    tion.  See the "Attribute List" for details.
  1895.  
  1896.    The Scheme-Choice specified Key-Generation function is used to create |
  1897.    the SPI session-key for that particular attribute.  This function is
  1898.    calculated over the following concatenated values:
  1899.  
  1900.     + the Initiator Cookie,
  1901.     + the Responder Cookie,
  1902.     + the SPI Owner secret-key,
  1903.     + the SPI User secret-key,
  1904.     + the message Verification field,
  1905.     + the computed shared-secret.
  1906.  
  1907.    When a larger number of keying-bits are needed than are available     |
  1908.    from one iteration of the specified Key-Generation function, more     |
  1909.    keying-bits are generated by duplicating the trailing shared-secret,
  1910.    and recalculating the function.  That is, the first iteration will
  1911.    have one trailing copy of the shared-secret, the second iteration
  1912.    will have two trailing copies of the shared-secret, and so forth.
  1913.  
  1914.    Implementation Notes:
  1915.  
  1916.       This is distinct from any privacy-key generated for the Photuris   +
  1917.       exchange.  Different initialization data is used, and iterations   +
  1918.       are maintained separately.                                         +
  1919.  
  1920.  
  1921.  
  1922.  
  1923. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 34]
  1924. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1925.  
  1926.  
  1927.       The exact details of the Verification field and secret-keys that
  1928.       are included in the session-key calculation are dependent on the
  1929.       Identity-Choices, as described in the "Attribute List".
  1930.  
  1931.       To avoid keeping the secret-keys in memory after the initial veri-
  1932.       fication, it is often possible to precompute the function over the |
  1933.       initial bytes of the concatenated data values for each direction,
  1934.       and append the trailing copies of the shared-secret.
  1935.  
  1936.       When both authentication and encryption attributes are used for
  1937.       the same SPI, there may be multiple session-keys associated with
  1938.       the same SPI.  These session-keys are generated in the order of
  1939.       the Attribute-Choices list.
  1940.  
  1941.  
  1942. 6.  SPI Messages
  1943.  
  1944.    SPI User                             SPI Owner
  1945.    ========                             =========
  1946.    SPI_Needed                     ->
  1947.       list SPI attribute(s)
  1948.       make validity key                                                  |
  1949.       authenticate
  1950.       make privacy key(s)                                                |
  1951.       mask/encrypt message                                               |
  1952.                                    <-   SPI_Update
  1953.                                            make SPI
  1954.                                            pick SPI attribute(s)
  1955.                                            make SPI session-key(s)
  1956.                                            make validity key             |
  1957.                                            authenticate
  1958.                                            make privacy key(s)           |
  1959.                                            mask/encrypt message          |
  1960.  
  1961.    The exchange of messages is not related to the Initiator and Respon-
  1962.    der.  Instead, either party may send one of these messages at any
  1963.    time.  The messages are easily distinguished by the parties.
  1964.  
  1965.  
  1966. 6.0.1.  Send SPI_Needed
  1967.  
  1968.    At any time after completion of the Identification Exchange, either   |
  1969.    party can send SPI_Needed.  This message is sent when a prospective
  1970.    SPI User needs particular attributes for a datagram (such as confi-   |
  1971.    dentiality), and no current SPI has those attributes.
  1972.  
  1973.    The prospective SPI User selects from the intersection of attributes
  1974.    that both parties have previously offered, calculates the
  1975.  
  1976.  
  1977.  
  1978. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 35]
  1979. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  1980.  
  1981.  
  1982.    Verification, and masks the message using the Privacy-Method indi-    |
  1983.    cated by the current Scheme-Choice.
  1984.  
  1985.  
  1986. 6.0.2.  Receive SPI_Needed
  1987.  
  1988.    The potential SPI Owner validates the pair of Cookies, the Padding,   +
  1989.    the Verification, and the Attributes-Needed.
  1990.  
  1991.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, a Bad_Cookie mes-
  1992.       sage is sent.
  1993.  
  1994.    -  Whenever invalid Padding is detected, or the message verification  |
  1995.       fails, a Verification_Failure message is sent.
  1996.  
  1997.    -  Whenever the variable length Attributes-Needed do not match the
  1998.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  1999.       Offered-Attributes, the message is silently discarded.
  2000.  
  2001.    -  Whenever such a problem is detected, the Security Association is
  2002.       not established; the implementation SHOULD log the occurance, and
  2003.       notify an operator as appropriate.
  2004.  
  2005.    When the message is valid, the party SHOULD send SPI_Update with the  |
  2006.    necessary attributes.                                                 |
  2007.  
  2008.    If an existing SPI has those attributes, that SPI is returned in the  |
  2009.    SPI_Update with the remaining LifeTime.
  2010.  
  2011.  
  2012. 6.0.3.  Send SPI_Update
  2013.  
  2014.    At any time after completion of the Identification Exchange, either   |
  2015.    party can send SPI_Update.  This message has effect in only one
  2016.    direction, from the SPI Owner to the SPI User.
  2017.  
  2018.    The SPI Owner chooses the SPI and SPI LifeTime, a set of Attributes   |
  2019.    for the SPI, calculates the Verification, and masks the message using |
  2020.    the Privacy-Method indicated by the current Scheme-Choice.
  2021.  
  2022.  
  2023. 6.0.4.  Receive SPI_Update
  2024.  
  2025.    The prospective SPI User validates the pair of Cookies, the Padding,  +
  2026.    the Verification, and the Attributes-Needed.
  2027.  
  2028.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, a Bad_Cookie mes-
  2029.       sage is sent.
  2030.  
  2031.  
  2032.  
  2033. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 36]
  2034. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2035.  
  2036.  
  2037.    -  Whenever invalid Padding is detected, or the message verification  |
  2038.       fails, a Verification_Failure message is sent.
  2039.  
  2040.    -  Whenever the variable length Attribute-Choices do not match the
  2041.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  2042.       Offered-Attributes, or the message modifies an existing SPI, the   +
  2043.       message is silently discarded.
  2044.  
  2045.    -  Whenever such a problem is detected, the Security Association is
  2046.       not established; the implementation SHOULD log the occurance, and
  2047.       notify an operator as appropriate.
  2048.  
  2049.    When the message is valid, further actions are dependent on the value
  2050.    of the SPI LifeTime field, as described later.
  2051.  
  2052.  
  2053. 6.0.5.  Automated SPI_Updates
  2054.  
  2055.    The Security Association requires replacement of the session-key(s)   +
  2056.    under several limiting circumstances:                                 +
  2057.  
  2058.    -  the volume of data processed (inhibiting probability cryptanaly-   +
  2059.       sis),                                                              +
  2060.  
  2061.    -  exhaustion of available anti-replay Sequence Numbers,              +
  2062.  
  2063.    -  and expiration of the SPI LifeTime.                                +
  2064.  
  2065.    In general, a determination is made upon receipt of a datagram.  If   +
  2066.    the transform specific processing finds that refreshment is needed,   +
  2067.    an automated SPI_Update is triggered.                                 +
  2068.  
  2069.    In addition, automated SPI_Updates allow rapid SPI refreshment for    +
  2070.    high bandwidth applications in a high delay environment.  The update  +
  2071.    messages flow in the opposite direction from the primary traffic,     +
  2072.    conserving bandwidth and avoiding service interruption.               +
  2073.  
  2074.    When creating each Security Parameters Index (SPI), the implementa-   +
  2075.    tion MAY optionally set an Update TimeOut (UTO); by default, to half  +
  2076.    the value of the SPI LifeTime (SPILT/2).  This time is highly         +
  2077.    dynamic, and adjustable to provide an automated SPI_Update long       +
  2078.    before transform specific processing.  If no new Photuris exchange    +
  2079.    occurs within the time limit, and the current exchange state has not  +
  2080.    expired, an automated SPI_Update is sent.                             +
  2081.  
  2082.  
  2083.  
  2084.  
  2085.  
  2086.  
  2087.  
  2088. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 37]
  2089. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2090.  
  2091.  
  2092. 6.1.  SPI_Needed
  2093.  
  2094.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2095.    |                                                               |
  2096.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  2097.    |                                                               |
  2098.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2099.    |                                                               |
  2100.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  2101.    |                                                               |
  2102.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2103.    |     Type      |                  Reserved-LT                  |     |
  2104.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2105.    |                         Reserved-SPI                          |     |
  2106.    +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
  2107.    |                                                               |
  2108.    ~                         Verification                          ~
  2109.    |                                                               |
  2110.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2111.    |  Attributes-Needed ...
  2112.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2113.                              ... Padding                           |     |
  2114.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2115.  
  2116.  
  2117.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  2118.  
  2119.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  2120.  
  2121.    Type             8
  2122.  
  2123.    Reserved-LT      3 bytes.  For future use; MUST be filled with a ran- |
  2124.                     dom non-zero value when transmitted, and MUST be     |
  2125.                     ignored when received.                               |
  2126.  
  2127.    Reserved-SPI     4 bytes.  For future use; MUST be set to zero when
  2128.                     transmitted, and MUST be ignored when received.
  2129.  
  2130.    Verification     variable precision number, or other format indicated |
  2131.                     by the current Scheme-Choice.  The calculation of
  2132.                     the value is described in "Validity Verification".
  2133.  
  2134.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  2135.                     length.  It does not require any particular align-
  2136.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  2137.                     in the illustration.
  2138.  
  2139.  
  2140.  
  2141.  
  2142.  
  2143. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 38]
  2144. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2145.  
  2146.  
  2147.    Attributes-Needed
  2148.                     4 or more bytes.  A list of two or more attributes,  |
  2149.                     selected from the list of Offered-Attributes sup-
  2150.                     ported by the peer.
  2151.  
  2152.                     The contents and usage of this list are as previ-
  2153.                     ously described in "Attribute Choices List".  The
  2154.                     end of the list is indicated by the UDP Length after |
  2155.                     removing the Padding (UDP Length - last Padding      |
  2156.                     value).
  2157.  
  2158.    Padding          8 or more bytes.  The message is padded in the same  |
  2159.                     fashion specified for Identification Exchange mes-   |
  2160.                     sages.
  2161.  
  2162.    The portion of the message after the SPI is masked using the Privacy- |
  2163.    Method indicated by the current Scheme-Choice.
  2164.  
  2165.    The fields following the SPI are opaque.  That is, the values are set |
  2166.    prior to masking (and optional encryption), and examined only after   |
  2167.    unmasking (and optional decryption).
  2168.  
  2169.  
  2170.  
  2171.  
  2172.  
  2173.  
  2174.  
  2175.  
  2176.  
  2177.  
  2178.  
  2179.  
  2180.  
  2181.  
  2182.  
  2183.  
  2184.  
  2185.  
  2186.  
  2187.  
  2188.  
  2189.  
  2190.  
  2191.  
  2192.  
  2193.  
  2194.  
  2195.  
  2196.  
  2197.  
  2198. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 39]
  2199. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2200.  
  2201.  
  2202. 6.2.  SPI_Update
  2203.  
  2204.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2205.    |                                                               |
  2206.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  2207.    |                                                               |
  2208.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2209.    |                                                               |
  2210.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  2211.    |                                                               |
  2212.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2213.    |     Type      |                    LifeTime                   |
  2214.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2215.    |                   Security-Parameter-Index                    |
  2216.    +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
  2217.    |                                                               |
  2218.    ~                         Verification                          ~
  2219.    |                                                               |
  2220.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2221.    |  Attribute-Choices ...
  2222.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2223.                              ... Padding                           |     |
  2224.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2225.  
  2226.  
  2227.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  2228.  
  2229.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.            |
  2230.  
  2231.    Type             9
  2232.  
  2233.    LifeTime         3 bytes.  The number of seconds remaining before the |
  2234.                     indicated SPI expires.  The value zero indicates
  2235.                     deletion of the indicated SPI.
  2236.  
  2237.    Security-Parameter-Index
  2238.                     4 bytes.  The SPI to be used for incoming communica- |
  2239.                     tions.
  2240.  
  2241.                     This may be a new SPI value (for creation), or an
  2242.                     existing SPI value (for deletion).  The value zero   |
  2243.                     indicates special processing.
  2244.  
  2245.    Verification     variable precision number, or other format indicated |
  2246.                     by the current Scheme-Choice.  The calculation of
  2247.                     the value is described in "Validity Verification".
  2248.  
  2249.                     The field may be any integral number of bytes in     |
  2250.  
  2251.  
  2252.  
  2253. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 40]
  2254. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2255.  
  2256.  
  2257.                     length.  It does not require any particular align-
  2258.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  2259.                     in the illustration.
  2260.  
  2261.    Attribute-Choices
  2262.                     4 or more bytes.  A list of two or more attributes   |
  2263.                     for this SPI, selected from the list of Offered-
  2264.                     Attributes supported by the peer.
  2265.  
  2266.                     The contents and usage of this list are as previ-
  2267.                     ously described in "Attribute Choices List".  The
  2268.                     end of the list is indicated by the UDP Length after |
  2269.                     removing the Padding (UDP Length - last Padding      |
  2270.                     value).
  2271.  
  2272.    Padding          8 or more bytes.  The message is padded in the same  |
  2273.                     fashion specified for Identification Exchange mes-   |
  2274.                     sages.
  2275.  
  2276.    The portion of the message after the SPI is masked using the Privacy- |
  2277.    Method indicated by the current Scheme-Choice.
  2278.  
  2279.    The fields following the SPI are opaque.  That is, the values are set |
  2280.    prior to masking (and optional encryption), and examined only after   |
  2281.    unmasking (and optional decryption).
  2282.  
  2283.  
  2284. 6.2.1.  Creation
  2285.  
  2286.    When the LifeTime is non-zero, and the SPI is also non-zero, the      |
  2287.    SPI_Update can be used to create new Security Parameters.  When the   |
  2288.    SPI is zero, the SPI_Update is silently discarded.
  2289.  
  2290.    The new session-keys are calculated in the same fashion as the Iden-
  2291.    tity_Messages.  Since the SPI value is always different than any pre-
  2292.    vious SPI during the Exchange LifeTime of the shared-secret, the
  2293.    resulting session-keys will necessarily be different from all others
  2294.    used in the same direction.
  2295.  
  2296.    When the peer finds that too many SPI values are already in use for
  2297.    this party, or some other resource limit is reached, a Resource_Limit
  2298.    message is sent.
  2299.  
  2300.    No retransmission timer is necessary.  Success is indicated by the
  2301.    peer use of the new SPI.
  2302.  
  2303.    Should all creation attempts fail, eventually the peer will find that
  2304.    all existing SPIs have expired, and will begin the Photuris exchange
  2305.  
  2306.  
  2307.  
  2308. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 41]
  2309. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2310.  
  2311.  
  2312.    again by sending a new Cookie_Request.  When appropriate, this
  2313.    Cookie_Request MAY include a Responder-Cookie to retain previous
  2314.    party pairings.
  2315.  
  2316.  
  2317. 6.2.2.  Deletion
  2318.  
  2319.    When the LifeTime is zero, the SPI_Update can be used to delete a     |
  2320.    single existing SPI.  When the SPI is also zero, the SPI_Update will  |
  2321.    delete all existing SPIs related to this exchange, and mark the       |
  2322.    exchange state as expired.  This is especially useful when the appli- |
  2323.    cation that needed them terminates.
  2324.  
  2325.    No retransmission timer is necessary.  This message is advisory, to
  2326.    reduce the number of ICMP Security Failures messages.
  2327.  
  2328.    Should any deletion attempts fail, the peer will learn that the
  2329.    deleted SPIs are invalid through the normal ICMP Security Failures
  2330.    messages, and will initiate a Photuris exchange by sending a new
  2331.    Cookie_Request.
  2332.  
  2333.  
  2334. 6.2.3.  Modification
  2335.  
  2336.    The SPI_Update cannot be used to modify existing Security Associa-
  2337.    tions, such as lengthen an existing SPI LifeTime, resurrect an
  2338.    expired SPI, or add/remove an Attribute-Choice.
  2339.  
  2340.    On receipt, such an otherwise valid message is silently discarded.
  2341.  
  2342.  
  2343. 6.3.  Integrity Check
  2344.  
  2345.    The message format integrity is checked in the same fashion specified +
  2346.    for Identification Exchange messages.                                 +
  2347.  
  2348.  
  2349. 6.4.  Validity Verification
  2350.  
  2351.    These messages are authenticated using the Validity-Method indicated  |
  2352.    by the current Scheme-Choice.  The Verification value is calculated   |
  2353.    prior to masking (and optional encryption), and verified after        |
  2354.    unmasking (and optional decryption).
  2355.  
  2356.    The Validity-Method authentication function is supplied with two
  2357.    input values:
  2358.  
  2359.  
  2360.  
  2361.  
  2362.  
  2363. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 42]
  2364. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2365.  
  2366.  
  2367.     - the computed shared-secret,
  2368.     - the data to be verified (as a concatenated sequence of bytes).     |
  2369.  
  2370.    The resulting output value is stored in the Verification field.
  2371.  
  2372.    The Validity-Method authentication function is calculated over the
  2373.    following concatenated data values:
  2374.  
  2375.     + the Initiator Cookie,
  2376.     + the Responder Cookie,
  2377.     + the message Type, LifeTime and SPI (or Reserved) fields,           +
  2378.     + the SPI Owner Identity Verification,
  2379.     + the SPI User Identity Verification,
  2380.     + the Attribute-Choices following the Verification field,            -
  2381.     + the Padding.                                                       |
  2382.  
  2383.    Note that the order of the Identity Verification fields (from the
  2384.    Identity_Messages) is different in each direction.
  2385.  
  2386.    If the verification fails, the users are notified, and a Verifica-
  2387.    tion_Failure message is sent, without adding or deleting any Security
  2388.    Associations.  On success, normal operation begins with the authenti-
  2389.    cation and/or encryption of user datagrams.
  2390.  
  2391.    Implementation Notes:
  2392.  
  2393.       This is distinct from any authentication method specified for
  2394.       Security Associations.
  2395.  
  2396.       The Identity Verification data includes both the Size and Value
  2397.       fields.  The Attribute-Choices data includes the Type, Length and
  2398.       Value fields.
  2399.  
  2400.  
  2401.  
  2402.  
  2403.  
  2404.  
  2405.  
  2406.  
  2407.  
  2408.  
  2409.  
  2410.  
  2411.  
  2412.  
  2413.  
  2414.  
  2415.  
  2416.  
  2417.  
  2418. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 43]
  2419. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2420.  
  2421.  
  2422. 7.  Error Messages
  2423.  
  2424.    These messages are issued in response to Photuris state loss or other
  2425.    problems.  A message has effect in only one direction.  No retrans-
  2426.    mission timer is necessary.
  2427.  
  2428.    These messages are not masked.                                        |
  2429.  
  2430.    The receiver checks the Cookies for validity.  Special care MUST be
  2431.    taken that the Cookie pair in the Error Message actually match a pair
  2432.    currently in use, and that the protocol is currently in a state where
  2433.    such an Error Message might be expected.  Otherwise, these messages
  2434.    could provide an opportunity for a denial of service attack.  Invalid
  2435.    messages are silently discarded.
  2436.  
  2437.  
  2438. 7.1.  Bad_Cookie
  2439.  
  2440.    For the format of the message, see "Header Format".  There are no
  2441.    additional fields.
  2442.  
  2443.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2444.  
  2445.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2446.  
  2447.    Type             10
  2448.  
  2449.    This error message is sent when a Value_Request, Identity_Request,
  2450.    SPI_Needed, or SPI_Update is received, and the receiver's Cookie is
  2451.    invalid or the associated Exchange-Value has expired.
  2452.  
  2453.    During the Photuris exchange, when this error message is received, it
  2454.    has no immediate effect on the operation of the protocol phases.
  2455.    When Retransmissions have been exceeded, if this error message has
  2456.    been received, the Initiator SHOULD begin the Photuris exchange again
  2457.    by sending a new Cookie_Request.
  2458.  
  2459.    After the Photuris exchange has completed, when this error message is |
  2460.    received in response to SPI_Needed, the party SHOULD initiate a Pho-
  2461.    turis exchange by sending a new Cookie_Request.  When this error mes- |
  2462.    sage is received in response to SPI_Update, the exchange state SHOULD |
  2463.    be marked as expired, but no further action is taken.  A new exchange |
  2464.    will be initiated later when needed by an application to send authen- |
  2465.    ticated and/or encrypted data.                                        |
  2466.  
  2467.    However, existing SPIs are not deleted.  They expire normally, and
  2468.    are purged sometime later.
  2469.  
  2470.  
  2471.  
  2472.  
  2473. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 44]
  2474. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2475.  
  2476.  
  2477. 7.2.  Resource_Limit
  2478.  
  2479.    For the format of the message, see "Header Format".  There are no
  2480.    additional fields.
  2481.  
  2482.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2483.  
  2484.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2485.  
  2486.    Type             11
  2487.  
  2488.    This error message is sent when a Cookie_Request or SPI_Update is
  2489.    received, and too many SPI values are already in use for that peer,
  2490.    or some other Photuris resource is unavailable.
  2491.  
  2492.    During the Photuris exchange, when this error message is received in
  2493.    response to a Cookie_Request, the implementation SHOULD double the
  2494.    retransmission timeout for sending another Cookie_Request.
  2495.  
  2496.    After the Photuris exchange has completed, when this error message is |
  2497.    received in response to SPI_Update, the implementation SHOULD NOT
  2498.    send another SPI_Update until it has deleted an existing SPI, or
  2499.    waited for a cached SPI entry to expire.
  2500.  
  2501.  
  2502. 7.3.  Verification_Failure
  2503.  
  2504.    For the format of the message, see "Header Format".  There are no
  2505.    additional fields.
  2506.  
  2507.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2508.  
  2509.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2510.  
  2511.    Type             12
  2512.  
  2513.    This error message is sent when an Identity_Message, SPI_Needed or
  2514.    SPI_Update is received, and verification fails.
  2515.  
  2516.    When this error message is received, the implementation SHOULD log
  2517.    the occurance, and notify an operator as appropriate.  However,
  2518.    receipt has no effect on the operation of the protocol.
  2519.  
  2520.  
  2521.  
  2522.  
  2523.  
  2524.  
  2525.  
  2526.  
  2527.  
  2528. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 45]
  2529. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2530.  
  2531.  
  2532. 7.4.  Message_Reject
  2533.  
  2534.    For the format of the message, see "Header Format".  There are no
  2535.    additional fields.
  2536.  
  2537.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2538.  
  2539.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.        |
  2540.  
  2541.    Type             13
  2542.  
  2543.    This error message is sent when an optional message Type is received
  2544.    that is not supported, or an optional format of a supported message
  2545.    is not recognized.
  2546.  
  2547.    When this error message is received, the implementation SHOULD log
  2548.    the occurance, and notify an operator as appropriate.  However,
  2549.    receipt has no effect on the operation of the protocol.
  2550.  
  2551.  
  2552. 8.  Public Value Exchanges
  2553.  
  2554.    Photuris is based in principle on public-key cryptography, specifi-
  2555.    cally Diffie-Hellman key exchange.  Exchange of public D-H Exchange-
  2556.    Values based on private-secret values results in a mutual shared-
  2557.    secret between the parties.  This shared-secret can be used on its
  2558.    own, or to generate a series of session-keys for authentication and
  2559.    encryption of subsequent traffic.
  2560.  
  2561.    This document assumes familiarity with the Diffie-Hellman public-key
  2562.    algorithm.  A good description can be found in [Schneier95].
  2563.  
  2564.  
  2565. 8.1.  Modular Exponentiation Groups
  2566.  
  2567.    The original Diffie-Hellman technique [DH76] specified modular expo-
  2568.    nentiation.  A public-value is generated using a generator (g),       |
  2569.    raised to a private-secret exponent (x), modulo a prime (p):          |
  2570.  
  2571.       (g**x) mod p.                                                      |
  2572.  
  2573.    When these public-values are exchanged between parties, the parties   |
  2574.    can calculate a shared-secret value between themselves:
  2575.  
  2576.       (g**xy) mod p.                                                     |
  2577.  
  2578.    The generator (g) and modulus (p) are established by the Scheme-
  2579.    Choice (see "Exchange Scheme List" for details).  They are offered in
  2580.  
  2581.  
  2582.  
  2583. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 46]
  2584. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2585.  
  2586.  
  2587.    the Cookie_Response, and one pair is chosen in the Value_Request.
  2588.  
  2589.    The private exponents (x) and (y) are kept secret by the parties.
  2590.    Only the public-value result of the modular exponentiation with (x)
  2591.    or (y) is sent as the Initiator and Responder Exchange-Value.
  2592.  
  2593.    These public-values are represented in single Variable Precision Num-
  2594.    bers.  The Size of these Exchange-Values will match the Size of the
  2595.    modulus (p).
  2596.  
  2597.  
  2598. 8.2.  Moduli Selection
  2599.  
  2600.    Each implementation proposes one or more moduli in its Offered-
  2601.    Schemes.  Every implementation MUST support up to 1024-bit moduli.
  2602.  
  2603.    For any particular Photuris node, these moduli need not change for
  2604.    significant periods of time; likely days or weeks.  A background pro-
  2605.    cess can periodically generate new moduli.
  2606.  
  2607.       For 512-bit moduli, current estimates would provide 64 (pes-
  2608.       simistic) bit-equivalents of cryptographic strength.
  2609.  
  2610.       For 1024-bit moduli, current estimates would range from 80 (pes-
  2611.       simistic) through 98 (optimistic) bit-equivalents of cryptographic
  2612.       strength.
  2613.  
  2614.    These estimates are used when choosing moduli that are appropriate
  2615.    for the Security Association attributes.
  2616.  
  2617.  
  2618. 8.2.1.  Bootstrap Moduli
  2619.  
  2620.    Each implementation is likely to use a fixed modulus during its boot-
  2621.    strap, until it can generate another modulus in the background.  As
  2622.    the bootstrap modulus will be widely distributed, and reused whenever
  2623.    the machine reinitializes, it SHOULD be a strong prime to provide the
  2624.    greatest long-term protection.
  2625.  
  2626.    Implementors are encouraged to generate their own bootstrap moduli,
  2627.    and to change bootstrap moduli in successive implementation releases.
  2628.  
  2629.  
  2630.  
  2631.  
  2632.  
  2633.  
  2634.  
  2635.  
  2636.  
  2637.  
  2638. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 47]
  2639. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2640.  
  2641.  
  2642. 8.2.2.  Learning Moduli
  2643.  
  2644.    As Photuris exchanges are initiated, new moduli will be learned from
  2645.    the Responder Offered-Schemes.  The Initiator MAY cache these moduli
  2646.    for its own use.
  2647.  
  2648.    Before offering any learned modulus, the implementation MUST perform
  2649.    at least one iteration of probable primality verification.  In this
  2650.    fashion, many processors will perform verification in parallel as
  2651.    moduli are passed around.
  2652.  
  2653.    When primality verification failures are found, the failed moduli
  2654.    SHOULD be retained for some (implementation dependent) period of
  2655.    time, to avoid re-learning and re-testing after subsequent exchanges.
  2656.  
  2657.  
  2658. 8.3.  Generator Selection
  2659.  
  2660.    The generator (g) should be chosen such that the private-secret expo-
  2661.    nents will generate all possible public-values, evenly distributed
  2662.    throughout the range of the modulus (p), without cycling through a
  2663.    smaller subset.  Such a generator is called a "primitive root" (which
  2664.    is trivial to find when p is strong).
  2665.  
  2666.    Only one generator (2) is required to be supported.
  2667.  
  2668.    Implementation Notes:
  2669.  
  2670.       One useful technique is to select the generator, and then limit    |
  2671.       the modulus selection sieve to primes with that generator:
  2672.  
  2673.          2   when p (mod 24) = 11.
  2674.          3   when p (mod 12) = 5.
  2675.          5   when p (mod 10) = 3 or 7.
  2676.  
  2677.       The required generator (2) improves efficiency in multiplication
  2678.       performance.  It is usable even when it is not a primitive root,
  2679.       as it still covers half of the space of possible residues.
  2680.  
  2681.  
  2682. 8.4.  Exponent Selection
  2683.  
  2684.    Each implementation generates a separate random private-secret expo-
  2685.    nent for each different modulus.  Then, a D-H Exchange-Value is cal-
  2686.    culated for the given modulus, generator, and exponent.
  2687.  
  2688.    This specification recommends that the exponent length be at least    -
  2689.    twice the desired cryptographic strength of the longest session-key
  2690.  
  2691.  
  2692.  
  2693. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 48]
  2694. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2695.  
  2696.  
  2697.    needed by the strongest offered-attribute.
  2698.  
  2699.    Based on the estimates in "Moduli Selection" (above):
  2700.  
  2701.       For 512-bit moduli, exponent lengths of 128 bits (or more) are
  2702.       recommended.
  2703.  
  2704.       For 1024-bit moduli, exponent lengths of 160 to 256 bits (or more)
  2705.       are recommended.
  2706.  
  2707.    Although the same exponent and Exchange-Value may be used with sev-
  2708.    eral parties whenever the same modulus and generator are used, the
  2709.    exponent SHOULD be changed at random intervals.  A background process
  2710.    can periodically destroy the old values, generate a new random pri-
  2711.    vate-secret exponent, and recalculate the Exchange-Value.
  2712.  
  2713.    Implementation Notes:
  2714.  
  2715.       The size of the exponent is entirely implementation dependent, is
  2716.       unknown to the other party, and can be easily changed.
  2717.  
  2718.       Since these operations involve several time-consuming modular      -
  2719.       exponentiations, moving them to the "background" substantially
  2720.       improves the apparent execution speed of the Photuris protocol.
  2721.       It also reduces CPU loading sufficiently to allow a single pub-
  2722.       lic/private key-pair to be used in several closely spaced Photuris
  2723.       executions, when creating Security Associations with several dif-
  2724.       ferent nodes over a short period of time.
  2725.  
  2726.       Other precomputation suggestions are described in [BGMW93] and
  2727.       [Rooij94].
  2728.  
  2729.  
  2730. 8.5.  Defective Exchange Values
  2731.  
  2732.    Some exponents do not qualify as secret.  The exponent 0 will gener-  +
  2733.    ate the Exchange-Value 1, and the exponent 1 will generate the        +
  2734.    Exchange-Value g.  Small exponents will be easily visible and SHOULD  +
  2735.    be avoided where:                                                     +
  2736.  
  2737.       g**x < p.                                                          +
  2738.  
  2739.    Depending on the structure of the moduli, certain exponents can be    +
  2740.    used for sub-group confinement attacks.  For strong primes, this      +
  2741.    exponent is p-1, which will generate the Exchange-Value 1.            +
  2742.  
  2743.    When an implementation chooses a random exponent, the resulting       +
  2744.    Exchange-Value is examined.  If the Exchange-Value is represented in  +
  2745.  
  2746.  
  2747.  
  2748. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 49]
  2749. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2750.  
  2751.  
  2752.    less than half the number of significant bits in the modulus, then a  +
  2753.    new random exponent MUST be chosen.                                   +
  2754.  
  2755.       For 512-bit moduli, Exchange-Values of 2**256 or greater are       +
  2756.       required.                                                          +
  2757.  
  2758.       For 1024-bit moduli, Exchange-Values of 2**512 or greater are      +
  2759.       required.                                                          +
  2760.  
  2761.    Upon receipt of an Exchange-Value that is smaller than required, the  +
  2762.    Value Exchange message is silently discarded.                         +
  2763.  
  2764.    Implementation Notes:                                                 +
  2765.  
  2766.       Avoidance of small exponents can be assured by setting at least    +
  2767.       one bit in the most significant half of the exponent.              +
  2768.  
  2769.  
  2770. 9.  Exchange Scheme List
  2771.  
  2772.    Initial values are assigned as follows:
  2773.  
  2774.    (0)   Reserved.
  2775.  
  2776.    (1)   Reserved.
  2777.  
  2778.    (2)   Implementation Required.  Any modulus (p) with a recommended
  2779.          generator (g) of 2.  The modulus is contained in the Exchange
  2780.          Scheme Value field in the list of Offered-Schemes.
  2781.  
  2782.          The Key-Generation function is "MD5 Hash".                      |
  2783.  
  2784.          The Privacy-Method is "Simple Masking".                         |
  2785.  
  2786.          The Validity-Method is "MD5-KMpKp Check".
  2787.  
  2788.    (3)   Exchange-Schemes 3 to 255 are intended for future well-known
  2789.          published schemes.
  2790.  
  2791.    (256) Exchange-Schemes 256 to 32767 are intended for vendor-specific
  2792.          unpublished schemes.  Implementors wishing a number MUST
  2793.          request the number from the authors.
  2794.  
  2795.    (32768)
  2796.          Exchange-Schemes 32768 to 65535 are available for cooperating
  2797.          parties to indicate private schemes, regardless of vendor
  2798.          implementation.  These numbers are not reserved, and are sub-
  2799.          ject to duplication.  Other criteria, such as the IP Source and
  2800.  
  2801.  
  2802.  
  2803. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 50]
  2804. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2805.  
  2806.  
  2807.          Destination of the Cookie_Request, are used to differentiate
  2808.          the particular Exchange-Schemes available.
  2809.  
  2810.  
  2811.  
  2812. 10.  Key-Generation
  2813. 10.1.  MD5 Hash
  2814.  
  2815.    MD5 [RFC-1321] is used as a pseudo-random-function for generating the +
  2816.    key(s).  The key(s) begin with the most significant bits of the hash. +
  2817.    MD5 is iterated as needed to generate the requisite length of key     +
  2818.    material.                                                             +
  2819.  
  2820.    When an individual key does not use all 128-bits of the last hash,    +
  2821.    any remaining unused (least significant) bits of the last hash are    +
  2822.    discarded.  When combined with other uses of key generation for the   +
  2823.    same purpose, the next key will begin with a new hash iteration.      +
  2824.  
  2825.  
  2826. 11.  Privacy Methods                                                     +
  2827. 11.1.  Simple Masking                                                    +
  2828.  
  2829.    As described in "Privacy Masking", sufficient privacy-key material is +
  2830.    generated to match the message length, beginning with the next field  +
  2831.    after the SPI, and including the Padding.  The message is masked by   +
  2832.    XOR with the privacy-key.                                             +
  2833.  
  2834.  
  2835. 12.  Validity Methods
  2836. 12.1.  MD5-KMpKp Check
  2837.  
  2838.    As described in "Validity Verification", the MD5 [RFC-1321] hash is
  2839.    calculated over the concatenation of
  2840.  
  2841.       MD5( key, data, datafill, key, md5fill )
  2842.  
  2843.    where the key is the computed shared-secret.
  2844.  
  2845.    The leading key is not padded to any particular alignment.
  2846.  
  2847.    The datafill uses the same pad-with-length technique defined for
  2848.    md5fill.  This padding and length is implicit, and does not appear in |
  2849.    the datagram.  The datafill length includes only the leading key and  |
  2850.    data.
  2851.  
  2852.    The resulting Verification field is a 128-bit Variable Precision Num-
  2853.    ber (18 bytes including Size).                                        |
  2854.  
  2855.  
  2856.  
  2857.  
  2858. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 51]
  2859. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2860.  
  2861.  
  2862. 13.  Attribute List
  2863.  
  2864.    Implementors wishing a number MUST request the number from the
  2865.    authors.  Initial values are assigned as follows:
  2866.  
  2867.      Use    Type
  2868.       -       0* padding
  2869.       -       1* AH-Attributes
  2870.       -       2  ESP-Attributes
  2871.       I       3* MD5-KMpKp Symmetric Identification                      |
  2872.       X       5* MD5-KpMpKp Authentication                               |
  2873.       X     255  Organizational
  2874.  
  2875.       A  AH-only Attribute-Choice
  2876.       E  ESP-only Attribute-Choice
  2877.       I  Identity-Choice
  2878.       X  dependent on list location
  2879.       *  feature must be supported (mandatory)
  2880.  
  2881.    Other attributes are specified in companion documents.
  2882.  
  2883.  
  2884. 13.1.  Padding
  2885.  
  2886.    +-+-+-+-+-+-+-+-+
  2887.    |     Type      |
  2888.    +-+-+-+-+-+-+-+-+
  2889.  
  2890.  
  2891.    Type             0
  2892.  
  2893.    Each attribute may have value fields that are multiple bytes.  To     |
  2894.    facilitate processing efficiency, these fields are aligned on inte-   |
  2895.    gral modulo 8 byte (64-bit) boundaries.
  2896.  
  2897.    Padding is accomplished by insertion of 1 to 7 Type 0 padding bytes   |
  2898.    before the attribute that needs alignment.
  2899.  
  2900.    No padding is used after the final attribute in a list.
  2901.  
  2902.  
  2903.  
  2904.  
  2905.  
  2906.  
  2907.  
  2908.  
  2909.  
  2910.  
  2911.  
  2912.  
  2913. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 52]
  2914. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2915.  
  2916.  
  2917. 13.2.  AH-Attributes
  2918.  
  2919.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2920.    |     Type      |    Length     |
  2921.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2922.  
  2923.  
  2924.    Type             1
  2925.  
  2926.    Length           0
  2927.  
  2928.    When a list of Attributes is specified, this Attribute begins the
  2929.    section of the list which applies to the Authentication Header (AH).
  2930.  
  2931.  
  2932. 13.3.  ESP-Attributes
  2933.  
  2934.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2935.    |     Type      |    Length     |
  2936.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2937.  
  2938.  
  2939.    Type             2
  2940.  
  2941.    Length           0
  2942.  
  2943.    When a list of Attributes is specified, this Attribute begins the
  2944.    section of the list which applies to the Encapsulating Security Pay-
  2945.    load (ESP).
  2946.  
  2947.  
  2948. 13.4.  MD5-KMpKp Symmetric Identification
  2949.  
  2950.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2951.    |     Type      |    Length     |
  2952.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2953.  
  2954.  
  2955.    Type             3
  2956.  
  2957.    Length           0
  2958.  
  2959.    When selected as an Identity-Choice, the immediately following Iden-
  2960.    tification field contains an unstructured Variable Precision Number.
  2961.    Valid Identifications and symmetric secret-keys are preconfigured by
  2962.    the parties.
  2963.  
  2964.    There is no required format or content for the Identification value.
  2965.  
  2966.  
  2967.  
  2968. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 53]
  2969. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  2970.  
  2971.  
  2972.    The value may be a number or string of any kind.
  2973.  
  2974.    The authentication symmetric secret-key (as specified) is selected
  2975.    based on the contents of the Identification field.  All implementa-   |
  2976.    tions must support at least 62 bytes.  The selected symmetric secret-
  2977.    key SHOULD provide at least 64-bits of cryptographic strength.
  2978.  
  2979.    As described in "Identity Verification", the MD5 [RFC-1321] hash is
  2980.    calculated over the concatenation of:
  2981.  
  2982.       MD5( key, data, datafill, key, md5fill )
  2983.  
  2984.    where the key is the computed shared-secret.
  2985.  
  2986.    The leading key is not padded to any particular alignment.
  2987.  
  2988.    The datafill uses the same pad-with-length technique defined for
  2989.    md5fill.  This padding and length is implicit, and does not appear in |
  2990.    the datagram.  The datafill length includes only the leading key and  |
  2991.    data.
  2992.  
  2993.    The resulting Verification field is a 128-bit Variable Precision Num-
  2994.    ber (18 bytes including Size).                                        |
  2995.  
  2996.    For identity verification and session-key calculation, the authenti-
  2997.    cation symmetric secret-key is also used as the calculation secret-
  2998.    key.
  2999.  
  3000.  
  3001. 13.5.  MD5-KpMpKp Authentication
  3002.  
  3003.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3004.    |     Type      |    Length     |
  3005.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3006.  
  3007.  
  3008.    Type             5
  3009.  
  3010.    Length           0
  3011.  
  3012.    May be selected as an AH or ESP Attribute-Choice, pursuant to         |
  3013.    [RFC-1828] et sequitur.  The selected Exchange Scheme SHOULD provide
  3014.    at least 64-bits of cryptographic strength.
  3015.  
  3016.    As described in "Session-Key Computation", the most significant       |
  3017.    496-bits (62 bytes) of the Key-Generation iterations are used for the
  3018.    key.
  3019.  
  3020.  
  3021.  
  3022.  
  3023. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 54]
  3024. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3025.  
  3026.  
  3027.    Profile:                                                              -
  3028.  
  3029.       When negotiated with Photuris, the transform differs slightly from
  3030.       [RFC-1828].
  3031.  
  3032.       The form of the authenticated message is:
  3033.  
  3034.          MD5( key, keyfill, datagram, datafill, key, md5fill )
  3035.  
  3036.       where the key is the SPI session-key.
  3037.  
  3038.       The additional datafill protects against the attack described in
  3039.       [PO96].  This is also filled to the next 512-bit boundary, using
  3040.       the same pad-with-length technique defined for MD5.  This padding  |
  3041.       and length is implicit, and does not appear in the datagram.  The  |
  3042.       datafill length includes only the leading key and data.
  3043.  
  3044.  
  3045. 13.6.  Organizational
  3046.  
  3047.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3048.    |     Type      |    Length     |              OUI
  3049.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3050.           ...      |     Kind      |  Value(s) ...
  3051.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3052.  
  3053.  
  3054.    Type             255
  3055.  
  3056.    Length           >= 4
  3057.  
  3058.                     When the Length is four, no Value(s) field is pre-
  3059.                     sent.
  3060.  
  3061.    OUI              3 bytes.  The vendor's Organizationally Unique Iden- |
  3062.                     tifier, assigned by IEEE 802 or IANA (see [RFC-1700]
  3063.                     for contact details).  The bits within the byte are  |
  3064.                     in canonical order, and the most significant byte is |
  3065.                     transmitted first.
  3066.  
  3067.    Kind             1 byte.  Indicates a sub-type for the OUI.  There is |
  3068.                     no standardization for this field.  Each OUI imple-
  3069.                     ments its own values.
  3070.  
  3071.    Value(s)         0 or more bytes.  The details are implementation     |
  3072.                     specific.
  3073.  
  3074.  
  3075.  
  3076.  
  3077.  
  3078. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 55]
  3079. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3080.  
  3081.  
  3082.    Some implementors might not need nor want to publish their propri-
  3083.    etary algorithms and attributes.  This OUI mechanism is available to
  3084.    specify these without encumbering the authors with proprietary number
  3085.    requests.
  3086.  
  3087.  
  3088.  
  3089.  
  3090.  
  3091.  
  3092.  
  3093.  
  3094.  
  3095.  
  3096.  
  3097.  
  3098.  
  3099.  
  3100.  
  3101.  
  3102.  
  3103.  
  3104.  
  3105.  
  3106.  
  3107.  
  3108.  
  3109.  
  3110.  
  3111.  
  3112.  
  3113.  
  3114.  
  3115.  
  3116.  
  3117.  
  3118.  
  3119.  
  3120.  
  3121.  
  3122.  
  3123.  
  3124.  
  3125.  
  3126.  
  3127.  
  3128.  
  3129.  
  3130.  
  3131.  
  3132.  
  3133. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 56]
  3134. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3135.  
  3136.  
  3137. A.  Automaton
  3138.  
  3139.    An example automaton is provided to illustrate the operation of the
  3140.    protocol.  It is incomplete and non-deterministic; many of the
  3141.    Good/Bad semantic decisions are policy-based or too difficult to rep-
  3142.    resent in tabular form.  Where conflicts appear between this example
  3143.    and the text, the text takes precedence.
  3144.  
  3145.    The finite-state automaton is defined by events, actions and state
  3146.    transitions.  Events include reception of external commands such as
  3147.    expiration of a timer, and reception of datagrams from a peer.
  3148.    Actions include the starting of timers and transmission of datagrams
  3149.    to the peer.
  3150.  
  3151.    Events
  3152.  
  3153.    DU13 = Communication Administratively Prohibited
  3154.    SF0  = Bad SPI
  3155.    SF4  = Need Authentication
  3156.    SF5  = Need Authorization
  3157.    WC   = Want Confidentiality                                           |
  3158.  
  3159.    RCQ+ = Receive Cookie_Request (Good)
  3160.    RCQ- = Receive Cookie_Request (Bad)
  3161.    RCR+ = Receive Cookie_Response (Good)
  3162.    RCR- = Receive Cookie_Response (Bad)
  3163.  
  3164.    RVQ+ = Receive Value_Request (Good)
  3165.    RVQ- = Receive Value_Request (Bad)
  3166.    RVR+ = Receive Value_Response (Good)
  3167.    RVR- = Receive Value_Response (Bad)
  3168.  
  3169.    RIQ+ = Receive Identity_Request (Good)
  3170.    RIQ- = Receive Identity_Request (Bad)
  3171.    RIR+ = Receive Identity_Response (Good)
  3172.    RIR- = Receive Identity_Response (Bad)
  3173.  
  3174.    RUN+ = Receive SPI_Needed (Good)
  3175.    RUN- = Receive SPI_Needed (Bad)
  3176.    RUM+ = Receive SPI_Update (Good)
  3177.    RUM- = Receive SPI_Update (Bad)
  3178.  
  3179.    RBC  = Receive Bad Cookie
  3180.    RRL  = Receive Resource Limit
  3181.    RVF  = Receive Verification Failure
  3182.  
  3183.    TO+  = Timeout with counter > 0
  3184.    TO-  = Timeout with counter expired
  3185.  
  3186.  
  3187.  
  3188. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 57]
  3189. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3190.  
  3191.  
  3192.    UTO  = Update TimeOut
  3193.    XTO  = Exchange TimeOut
  3194.  
  3195.  
  3196.    Actions
  3197.  
  3198.    scq  = Send Cookie_Request
  3199.    scr  = Send Cookie_Response
  3200.  
  3201.    svq  = Send Value_Request
  3202.    svr  = Send Value_Response
  3203.  
  3204.    siq  = Send Identity_Request
  3205.    sir  = Send Identity_Response
  3206.  
  3207.    sum  = Send SPI_Update
  3208.  
  3209.    se*  = Send error message (see text)
  3210.    sbc  = Send Bad Cookie
  3211.    srl  = Send Resource Limit
  3212.    svf  = Send Verification Failure
  3213.  
  3214.    brto = Backoff Retransmission TimeOut
  3215.    buto = Backoff Update TimeOut
  3216.    rto  = Set Retransmission TimeOut
  3217.    uto  = Set Update TimeOut
  3218.    xto  = Set Exchange TimeOut
  3219.  
  3220.    log  = log operator message
  3221.  
  3222.  
  3223. A.1.  State Transition Table
  3224.  
  3225.    States are indicated horizontally, and events are read vertically.
  3226.    State transitions and actions are represented in the form action/new-
  3227.    state.  Multiple actions are separated by commas, and may continue on
  3228.    succeeding lines as space requires; multiple actions may be imple-
  3229.    mented in any convenient order.  The state may be followed by a let-
  3230.    ter, which indicates an explanatory footnote.  The dash ('-') indi-
  3231.    cates an illegal transition.
  3232.  
  3233.  
  3234.  
  3235.  
  3236.  
  3237.  
  3238.  
  3239.  
  3240.  
  3241.  
  3242.  
  3243. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 58]
  3244. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3245.  
  3246.  
  3247.    Initiator
  3248.  
  3249.          |    0         1         2         3         4
  3250.          | Initial    Cookie  CookieBad   Value    ValueBad
  3251.    ------+--------------------------------------------------
  3252.     DU13 |rto,scq/1 rto,scq/1 rto,scq/1     3         4
  3253.     SF0  |rto,scq/1     1         2         3         4
  3254.     SF4  |rto,scq/1     1         2         3         4
  3255.     SF5  |rto,scq/1     1         2         3         4
  3256.     WC   |rto,scq/1     1         2         3         4                  |
  3257.          |
  3258.     RCR+ |    -     rto,svq/3 rto,svq/3     3         4
  3259.     RCR- |    0         1         2         3         4
  3260.     RVR+ |    -         -         -     rto,siq/5 rto,siq/5
  3261.     RVR- |    0         1         2         3         4
  3262.     RIR+ |    -         -         -         -         -
  3263.     RIR- |    0         1         2         3         4
  3264.          |
  3265.     RUN+ |    -         -         -         -         -
  3266.     RUN- |  sbc/0     sbc/1     sbc/2     sbc/3     sbc/4
  3267.     RUM+ |    -         -         -         -         -
  3268.     RUM- |  sbc/0     sbc/1     sbc/2     sbc/3     sbc/4
  3269.          |
  3270.     RBC  |    -         2         2         4         4
  3271.     RRL  |    -       brto/1    brto/2      3         4
  3272.     RVF  |    -         -         -         -         -
  3273.          |
  3274.      TO+ |    -       scq/1     scq/2     svq/3     svq/4
  3275.      TO- |    -         0       scq/1       0       scq/1
  3276.     UTO  |    -         -         -         -         -
  3277.     XTO  |    -         0         0         0         0
  3278.  
  3279.  
  3280.  
  3281.  
  3282.  
  3283.  
  3284.  
  3285.  
  3286.  
  3287.  
  3288.  
  3289.  
  3290.  
  3291.  
  3292.  
  3293.  
  3294.  
  3295.  
  3296.  
  3297.  
  3298. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 59]
  3299. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3300.  
  3301.  
  3302.    Initiator
  3303.  
  3304.          |    5         6         8
  3305.          |Identity IdentityBad  Update
  3306.    ------+-----------------------------
  3307.     DU13 |    5         6         8
  3308.     SF0  |    5         6     rto,scq/1
  3309.     SF4  |    5         6     rto,scq/1
  3310.     SF5  |    5         6     rto,scq/1
  3311.     WC   |    5         6       sun/8                                    |
  3312.          |
  3313.     RCR+ |    5         6         8
  3314.     RCR- |    5         6         8
  3315.     RVR+ |    5         6         8
  3316.     RVR- |    5         6         8
  3317.     RIR+ |  uto/8     uto/8       8
  3318.     RIR- |  svf/5     svf/6       8
  3319.          |
  3320.     RUN+ |    -         -       sum/8
  3321.     RUN- |  sbc/5     sbc/6     se*/8
  3322.     RUM+ |    -         -         8
  3323.     RUM- |  sbc/5     sbc/6     se*/8
  3324.          |
  3325.     RBC  |    6         6     rto,scq/1
  3326.     RRL  |    5         6       buto/8
  3327.     RVF  |  log/5     log/6     log/8
  3328.          |
  3329.      TO+ |  sim/5     sim/6       -
  3330.      TO- |    0       scq/1       -
  3331.     UTO  |    -         -       sum/8
  3332.     XTO  |    0         0         0
  3333.  
  3334.  
  3335.  
  3336.  
  3337.  
  3338.  
  3339.  
  3340.  
  3341.  
  3342.  
  3343.  
  3344.  
  3345.  
  3346.  
  3347.  
  3348.  
  3349.  
  3350.  
  3351.  
  3352.  
  3353. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 60]
  3354. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3355.  
  3356.  
  3357.    Responder
  3358.  
  3359.          |    0         7         8
  3360.          | Initial    Ready     Update
  3361.    ------+-----------------------------
  3362.     WC   |    -         7       sun/8                                    |
  3363.          |
  3364.     RCQ+ |  scr/0     scr/7     scr/8
  3365.     RCQ- |  srl/0     srl/7     srl/8
  3366.     RVQ+ |xto,svr/7   svr/7     svr/8
  3367.     RVQ- |  sbc/0     sbc/7     sbc/8
  3368.     RIQ+ |    -     uto,sir/8   sir/8
  3369.     RIQ- |  sbc/0     se*/7     se*/8
  3370.          |
  3371.     RUN+ |    -         -       sum/8
  3372.     RUN- |  sbc/0     sbc/7     se*/8
  3373.     RUM+ |    -         -         8
  3374.     RUM- |  sbc/0     sbc/7     se*/8
  3375.          |
  3376.     RBC  |    -         7     rto,scq/1
  3377.     RRL  |    -         -       buto/8
  3378.     RVF  |    -         -       log/8
  3379.          |
  3380.     UTO  |    -         -       sum/8
  3381.     XTO  |    -         0         0
  3382.  
  3383.  
  3384.  
  3385. A.2.  States
  3386.  
  3387.    Following is a more detailed description of each automaton state.
  3388.  
  3389.    The "Bad" version of a state is to indicate that the Bad_Cookie mes-
  3390.    sage has been received.
  3391.  
  3392.  
  3393. A.2.1.  Initial
  3394.  
  3395.    The Initial state is fictional, in that there is no state between the
  3396.    parties.
  3397.  
  3398.  
  3399. A.2.2.  Cookie
  3400.  
  3401.    In the Cookie state, the Initiator has sent a Cookie_Request, and is
  3402.    waiting for a Cookie_Response.  Both the Restart and Exchange timers
  3403.    are running.
  3404.  
  3405.  
  3406.  
  3407.  
  3408. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 61]
  3409. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3410.  
  3411.  
  3412.    Note that the Responder has no Cookie state.
  3413.  
  3414.  
  3415. A.2.3.  Value
  3416.  
  3417.    In the Value state, the Initiator has sent its Exchange-Value, and is
  3418.    waiting for an Identity_Message.  Both the Restart and Exchange
  3419.    timers are running.
  3420.  
  3421.  
  3422. A.2.4.  Identity
  3423.  
  3424.    In the Identity state, the Initiator has sent an Identity_Request,
  3425.    and is waiting for an Identity_Response in reply.  Both the Restart
  3426.    and Exchange timers are running.
  3427.  
  3428.  
  3429. A.2.5.  Ready
  3430.  
  3431.    In the Ready state, the Responder has sent its Exchange-Value, and is
  3432.    waiting for an Identity_Message.  The Exchange timer is running.
  3433.  
  3434.  
  3435. A.2.6.  Update
  3436.  
  3437.    In the Update state, each party has concluded the Photuris exchange,
  3438.    and is unilaterally updating expiring SPIs until the Exchange Life-
  3439.    Time expires.  Both the Update and Exchange timers are running.
  3440.  
  3441.  
  3442.  
  3443.  
  3444.  
  3445.  
  3446.  
  3447.  
  3448.  
  3449.  
  3450.  
  3451.  
  3452.  
  3453.  
  3454.  
  3455.  
  3456.  
  3457.  
  3458.  
  3459.  
  3460.  
  3461.  
  3462.  
  3463. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 62]
  3464. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3465.  
  3466.  
  3467. B.  Use of Identification and Secrets
  3468.  
  3469.    Implementation of the base protocol requires support for operator
  3470.    configuration of participant identities and associated symmetric
  3471.    secret-keys.
  3472.  
  3473.    The form of the Identification and Secret fields is not constrained
  3474.    to be a readable string.  In addition to a simpler quoted string con-
  3475.    figuration, an implementation MUST allow configuration of an arbi-    |
  3476.    trary stream of bytes.
  3477.  
  3478.  
  3479. B.1.  Identification
  3480.  
  3481.    Typically, the Identification is a user name, a site name, a Fully
  3482.    Qualified Domain Name, or an email address which contains a user name
  3483.    and a domain name.  Examples include:
  3484.  
  3485.       user
  3486.       node.site.
  3487.       user@node.site.
  3488.       rcmd@node.site.
  3489.       "Mundane Name" <user@node.site>
  3490.  
  3491.    There is no requirement that the domain name match any of the partic-
  3492.    ular IP addresses in use by the parties.
  3493.  
  3494.  
  3495. B.2.  Group Identity With Group Secret
  3496.  
  3497.    A simple configuration approach could use a single Identity and
  3498.    Secret, distributed to all the participants in the trusted group.
  3499.    This might be appropriate between routers under a single administra-
  3500.    tion comprising a Virtual Private Network over the Internet.
  3501.  
  3502.    Nota Bene:
  3503.       The passwords used in these examples do not meet the "MD5-KMpKp    |
  3504.       Symmetric Identification" recommendation for at least 64-bits of   |
  3505.       cryptographic strength.
  3506.  
  3507.    The administrator configures each router with the same username and
  3508.    password:
  3509.  
  3510.       identity local "Tiny VPN 1995 November" "abracadabra"
  3511.       identity remote "Tiny VPN 1995 November" "abracadabra"
  3512.  
  3513.    When the Initiator sends its Identity_Request, the SPI Owner Identi-
  3514.    fication field is "Tiny VPN 1995 November" and the SPI Owner secret-
  3515.  
  3516.  
  3517.  
  3518. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 63]
  3519. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3520.  
  3521.  
  3522.    key is "abracadabra".  The SPI User is considered unknown (despite
  3523.    the fact that only one possible user has been configured).  Thus, the
  3524.    SPI User Identification and SPI User secret-key are omitted from the
  3525.    Identity Verification calculation.
  3526.  
  3527.    When the Responder sends its Identity_Response, the SPI Owner Identi-
  3528.    fication field is "Tiny VPN 1995 November" and the SPI Owner secret-
  3529.    key is "abracadabra".  The SPI User Identification is "Tiny VPN 1995
  3530.    November" (taken from the request), and the SPI User secret-key is
  3531.    "abracadabra".
  3532.  
  3533.    Note that even in the face of implementations with very poor random
  3534.    number generation yielding the same random numbers for both parties
  3535.    at every step, with completely identical configuration, the addition
  3536.    of the SPI User fields in the response calculation is highly likely
  3537.    to produce a different Verification value.  In turn, the different
  3538.    Verification values affect the calculation of SPI session-keys that
  3539.    are highly likely to be different in each direction.
  3540.  
  3541.  
  3542. B.3.  Multiple Identities With Group Secrets
  3543.  
  3544.    A more robust configuration approach could use a separate Identity
  3545.    and Secret for each party, distributed to the participants in the
  3546.    trusted group.  This might be appropriate for Authenticated Firewall
  3547.    Traversal.
  3548.  
  3549.    An administrator has one or more networks, and a number of mobile
  3550.    users.  It is desirable to restrict access to authorized external
  3551.    users.  The boundary router is 10.0.0.1.
  3552.  
  3553.    The administrator gives each user a different username and password,
  3554.    together with a group username and password for the router.
  3555.  
  3556.    The administrator configures (in part):
  3557.  
  3558.       identity local "199511@router.site" "FalDaRah"
  3559.       identity remote "Happy_Wanderer@router.site" "FalDaRee"
  3560.  
  3561.    Each mobile user adds commands to tunnel and authenticate.
  3562.  
  3563.       route addprivate 10.0.0.0/8 tunnel 10.0.0.1
  3564.       secure 10.0.0.1 authenticate-only
  3565.       identity local "Happy_Wanderer@router.site" "FalDaRee"
  3566.       identity remote "199511@router.site" "FalDaRah"
  3567.       identity remote "199512@router.site" "FalDaHaHaHaHaHaHa"
  3568.  
  3569.    When the mobile Initiator sends its Identity_Request, the SPI Owner
  3570.  
  3571.  
  3572.  
  3573. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 64]
  3574. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3575.  
  3576.  
  3577.    Identification field is "Happy_Wanderer@router.site" and the SPI
  3578.    Owner secret-key is "FalDaRee".  The SPI User is considered unknown
  3579.    (despite the fact that the mobile user has only a single configura-
  3580.    tion).  Thus, the SPI User Identification and SPI User secret-key are
  3581.    omitted from the Identity Verification calculation.
  3582.  
  3583.    When the firewall Responder sends its Identity_Response, the SPI
  3584.    Owner Identification field is "199511@router.site" and the SPI Owner
  3585.    secret-key is "FalDaRah".  The SPI User Identification field is
  3586.    "Happy_Wanderer@router.site" (taken from the request), and the SPI
  3587.    User secret-key is "FalDaRee".
  3588.  
  3589.    In this example, the mobile user is already prepared for a monthly
  3590.    password changeover, where the router might identify itself as
  3591.    "199512@router.site".
  3592.  
  3593.  
  3594. B.4.  Multiple Identities With Multiple Secrets
  3595.  
  3596.    Greater security might be achieved through configuration of a pair of
  3597.    secrets between each party.  As before, one secret is used for ini-
  3598.    tial contact to any member of the group, but another secret is used
  3599.    between specific parties.  Compromise of one secret or pair of
  3600.    secrets does not affect any other member of the group.  This might be
  3601.    appropriate between the routers forming a boundary between cooperat-
  3602.    ing Virtual Private Networks that establish local policy for each VPN
  3603.    member access.
  3604.  
  3605.    One administrator configures:
  3606.  
  3607.       identity local "Apple" "all for one"
  3608.       identity local "Apple-Baker" "Apple to Baker" "Baker"
  3609.       identity remote "Baker" "one for all"
  3610.       identity remote "Baker-Apple" "Baker to Apple"
  3611.  
  3612.    Another configures:
  3613.  
  3614.       identity local "Baker" "one for all"
  3615.       identity local "Baker-Apple" "Baker to Apple" "Apple"
  3616.       identity remote "Apple" "all for one"
  3617.       identity remote "Apple-Baker" "Apple to Baker"
  3618.  
  3619.    When the Initiator sends its Identity_Request, the SPI Owner Identi-
  3620.    fication field is "Apple" and the SPI Owner secret-key is "all for
  3621.    one".  The SPI User is unknown (many more destination parties could
  3622.    be configured).  Thus, the SPI User Identification and SPI User
  3623.    secret-key are omitted from the Identity Verification calculation.
  3624.  
  3625.  
  3626.  
  3627.  
  3628. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 65]
  3629. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3630.  
  3631.  
  3632.    When the Responder sends its Identity_Response, finding that the spe-
  3633.    cial pairing exists for "Apple" (in this example, indicated by a
  3634.    third field), the SPI Owner Identification field is "Baker-Apple" and
  3635.    the SPI Owner secret-key is "Baker to Apple".  The SPI User Identifi-
  3636.    cation is "Apple" (taken from the request), and the SPI User secret-
  3637.    key is "all for one".
  3638.  
  3639.  
  3640. Operational Considerations
  3641.  
  3642.    The specification provides only a few configurable parameters, with
  3643.    defaults that should satisfy most situations.
  3644.  
  3645.    Retransmissions
  3646.       Default: 3.
  3647.  
  3648.    Initial Retransmission TimeOut (IRTO)
  3649.       Default: 5 seconds.                                                |
  3650.  
  3651.    Exchange TimeOut (ETO)
  3652.       Default: 30 seconds.  Minimum: Retransmissions * IRTO.             |
  3653.  
  3654.    Exchange LifeTime (ELT)
  3655.       Default: 30 minutes.  Minimum: 2 * ETO.
  3656.  
  3657.    SPI LifeTime (SPILT)
  3658.       Default: 5 minutes.  Minimum: 3 * ETO.                             |
  3659.  
  3660.    Each party configures a list of known identities and symmetric
  3661.    secret-keys.
  3662.  
  3663.    In addition, each party configures local policy that determines what
  3664.    access (if any) is granted to the holder of a particular identity.
  3665.    For example, the party might allow anonymous FTP, but prohibit Tel-
  3666.    net.  Such considerations are outside the scope of this document.
  3667.  
  3668.  
  3669.  
  3670.  
  3671.  
  3672.  
  3673.  
  3674.  
  3675.  
  3676.  
  3677.  
  3678.  
  3679.  
  3680.  
  3681.  
  3682.  
  3683. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 66]
  3684. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3685.  
  3686.  
  3687. Security Considerations
  3688.  
  3689.    Photuris was based on currently available tools, by experienced net-
  3690.    work protocol designers with an interest in cryptography, rather than
  3691.    by cryptographers with an interest in network protocols.  This speci-
  3692.    fication is intended to be readily implementable without requiring an
  3693.    extensive background in cryptology.
  3694.  
  3695.    Therefore, only minimal background cryptologic discussion and ratio-
  3696.    nale is included in this document.  Although some review has been
  3697.    provided by the general cryptologic community, it is anticipated that
  3698.    design decisions and tradeoffs will be thoroughly analysed in subse-
  3699.    quent dissertations and debated for many years to come.
  3700.  
  3701.    Cryptologic details are reserved for separate documents that may be
  3702.    more readily and timely updated with new analysis.
  3703.  
  3704.  
  3705. History                                                                  +
  3706.  
  3707.    The initial specification of Photuris, now called version 1 (December +
  3708.    1994 to March 1995), was based on a short list of design require-     +
  3709.    ments, and simple experimental code by Phil Karn.  Only one modular   +
  3710.    exponentiation form was used, with a single byte index of pre-        +
  3711.    specified group parameters.  The transform attributes were selected   +
  3712.    during the public value exchange.  Party privacy was protected in the +
  3713.    identification signature exchange with standard ESP transforms.       +
  3714.  
  3715.    Upon submission for review by the IP Security Working Group, a large  +
  3716.    number of features were demanded.  A mere 254 future group choices    +
  3717.    were not deemed enough, was expanded to two bytes (and renamed        +
  3718.    schemes), and was expanded again to carry variable parameters.  The   +
  3719.    transform attributes were made variable length to accomodate optional +
  3720.    parameters.  Every other possible parameter was made negotiable.      +
  3721.    Some participants were unable to switch modes on the UDP sockets to   +
  3722.    use standard ESP transforms for only some messages, and party privacy +
  3723.    was integrated into the protocol.  The message headers were reorga-   +
  3724.    nized, and selection of transform attributes was delayed to the iden- +
  3725.    tification exchange.  An additional update message phase was added.   +
  3726.  
  3727.    Version 2 (July 1995 to December 1995) specification stability was    +
  3728.    achieved in November 1995 by moving most parameters into separate     +
  3729.    documents for later discussion, and leaving only a few mandatory fea- +
  3730.    tures in the base specification.  Within a month, multiple interoper- +
  3731.    able implementations were produced.                                   +
  3732.  
  3733.    Unfortunately, in a fit of demagoguery, the IP Security Working Group +
  3734.    decided in a straw poll to remove party privacy protection, and the   +
  3735.  
  3736.  
  3737.  
  3738. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 67]
  3739. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3740.  
  3741.  
  3742.    Working Group chair terminated the meeting without allowing further   +
  3743.    discussion.  Because the identification exchange messages required    +
  3744.    privacy to function correctly, the messages were reorganized again.   +
  3745.    Party privacy and other optional schemes were split into a separate   +
  3746.    document.                                                             +
  3747.  
  3748.    The implementors established a separate discussion group.  Version 3  +
  3749.    (April 1996 to June 1997) enjoyed a long period of specification sta- +
  3750.    bility and multiple implementations on half a dozen platforms.        +
  3751.  
  3752.    Meanwhile, the IP Security Working Group has developed a competing    +
  3753.    specification with large numbers of negotiable parameters.  Also, the +
  3754.    PPP Extensions Working Group has deployed link security transforms.   +
  3755.  
  3756.    Version 4 (July 1997 onward) attempts to maintain a semblance of      +
  3757.    interface compatibility with these other efforts.  Minor changes are  +
  3758.    specified in transform padding format and key generation.  The oppor- +
  3759.    tunity is taken to return party privacy to the base document, and     +
  3760.    make small semantic changes in automated updates and error recovery.  +
  3761.    All ESP transform attributes are moved to separate documents, to      +
  3762.    (hopefully) avoid future incompatible changes to the base document.   +
  3763.  
  3764.  
  3765. Acknowledgements
  3766.  
  3767.       Thou shalt make no law restricting the size of integers that may
  3768.       be multiplied together, nor the number of times that an integer
  3769.       may be multiplied by itself, nor the modulus by which an integer
  3770.       may be reduced.  [Prime Commandment]
  3771.  
  3772.    Phil Karn was principally responsible for the design of the protocol
  3773.    phases, particularly the "cookie" anti-clogging defense, developed
  3774.    the initial testing implementation, and provided much of the design
  3775.    rationale text (now removed to a separate document).
  3776.  
  3777.    William Simpson was responsible for the packet formats and
  3778.    attributes, additional message types, editing and formatting.  All
  3779.    such mistakes are his responsibility.
  3780.  
  3781.    This protocol was later discovered to have many elements in common
  3782.    with the Station-To-Station authentication protocol [DOW92].
  3783.  
  3784.    Angelos Keromytis suggested the cookie exchange rate limitation
  3785.    counter.  Also, he developed the first completely independent imple-  |
  3786.    mentation (circa October 1995).
  3787.  
  3788.    Paul C van Oorschot suggested signing both the public exponents and
  3789.    the shared-secret, to provide an authentication-only version of
  3790.  
  3791.  
  3792.  
  3793. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 68]
  3794. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3795.  
  3796.  
  3797.    identity verification.  Also, he provided text regarding moduli, gen-
  3798.    erator, and exponent selection (now removed to a separate document).
  3799.  
  3800.    Hilarie Orman suggested adding secret asymmetric "nonces" to session- |
  3801.    key generation (now removed to a separate document), and provided
  3802.    extensive review of the protocol details.
  3803.  
  3804.    Bart Preneel and Paul C van Oorschot in [PO96] suggested adding
  3805.    padding between the data and trailing key when hashing for authenti-
  3806.    cation.
  3807.  
  3808.    Niels Provos developed a third independent implementation (circa May
  3809.    1997), ported to AIX, Linux, OpenBSD, and Solaris, and provided sug-  |
  3810.    gestions regarding automated update.
  3811.  
  3812.    Bill Sommerfeld suggested including the authentication symmetric      |
  3813.    secret-keys in the session-key generation, and using the Cookie val-  |
  3814.    ues on successive exchanges to provide bi-directional user-oriented   |
  3815.    keying (now removed to a separate document).
  3816.  
  3817.    Oliver Spatscheck developed the second independent implementation
  3818.    (circa December 1995) for the Xkernel.
  3819.  
  3820.    International interoperability testing between early implementors     |
  3821.    provided the impetus for many of the implementation notes herein, and |
  3822.    numerous refinements in the semantics of the protocol messages.
  3823.  
  3824.    Randall Atkinson, Steven Bellovin, Wataru Hamada, James Hughes, Brian
  3825.    LaMacchia, Cheryl Madson, Perry Metzger, Bob Quinn, Ron Rivest, Rich
  3826.    Schroeppel, and Norman Shulman provided useful critiques of earlier
  3827.    versions of this document.
  3828.  
  3829.  
  3830. References
  3831.  
  3832.    [BGMW93] E. Brickell, D. Gordon, K. McCurley, and D. Wilson, "Fast
  3833.             Exponentiation with Precomputation (Extended Abstract)",
  3834.             Advances in Cryptology -- Eurocrypt '92, Lecture Notes in
  3835.             Computer Science 658 (1993), Springer-Verlag, 200-207.
  3836.  
  3837.             Also U.S. Patent #5,299,262, E.F. Brickell, D.M. Gordon,
  3838.             K.S. McCurley, "Method for exponentiating in cryptographic
  3839.             systems", 29 Mar 1994.
  3840.  
  3841.    [DH76]   Diffie, W., and Hellman, H.E., "New Directions in Cryptogra-
  3842.             phy", IEEE Transactions on Information Theory, v IT-22 n 6
  3843.             pp 644-654, November 1976.
  3844.  
  3845.  
  3846.  
  3847.  
  3848. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 69]
  3849. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3850.  
  3851.  
  3852.    [DOW92]  Whitfield Diffie, Paul C van Oorshot, Michael J Wiener,
  3853.             "Authentication and Authenticated Key Exchanges", Designs,
  3854.             Codes and Cryptography, v 2 pp 107-125, Kluwer Academic Pub-
  3855.             lishers, 1992.
  3856.  
  3857.    [Firefly]
  3858.             "Photuris" is the latin name for the firefly.  "Firefly" is
  3859.             in turn the name for the USA National Security Administra-
  3860.             tion's (classified) key exchange protocol for the STU-III
  3861.             secure telephone.  Informed speculation has it that Firefly
  3862.             is based on very similar design principles.
  3863.  
  3864.    [Prime Commandment]
  3865.             A derivation of an apocryphal quote from the usenet list
  3866.             sci.crypt.
  3867.  
  3868.    [PO96]   Bart Preneel, Paul C van Oorshot, "On the security of two
  3869.             MAC algorithms", Advances in Cryptology -- Eurocrypt '96,
  3870.             Lecture Notes in Computer Science 1070 (May 1996), Springer-
  3871.             Verlag, pages 19-32.
  3872.  
  3873.    [RFC-768]
  3874.             Postel, J., "User Datagram Protocol", STD 6, August 1980.
  3875.  
  3876.    [RFC-1321]
  3877.             Rivest, R., "The MD5 Message-Digest Algorithm", RFC-1321,
  3878.             MIT Laboratory for Computer Science, April 1992.
  3879.  
  3880.    [RFC-1700]
  3881.             Reynolds, J., and Postel, J., "Assigned Numbers", STD 2,
  3882.             USC/Information Sciences Institute, October 1994.
  3883.  
  3884.    [RFC-1812]
  3885.             Baker, F., Editor, "Requirements for IP Version 4 Routers",
  3886.             Cisco Systems, June 1995.
  3887.  
  3888.    [RFC-1825]
  3889.             Atkinson, R., "Security Architecture for the Internet Proto-
  3890.             col", Naval Research Laboratory, July 1995.
  3891.  
  3892.    [RFC-1828]
  3893.             Metzger, P., Simpson, W., "IP Authentication using Keyed
  3894.             MD5", July 1995.
  3895.  
  3896.    [RFC-1829]
  3897.             Karn, P., Metzger, P., Simpson, W., "The ESP DES-CBC Trans-
  3898.             form", July 1995.
  3899.  
  3900.  
  3901.  
  3902.  
  3903. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 70]
  3904. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3905.  
  3906.  
  3907.    [RFC-2119]
  3908.             Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate Require-
  3909.             ment Levels", BCP 14, Harvard University, March 1997.
  3910.  
  3911.    [RFC-xxxx]
  3912.             Karn, P., and Simpson, W., "ICMP Security Failures Mes-
  3913.             sages", draft-ietf-ipsec-icmp-fail-01.txt, work in progress.
  3914.  
  3915.    [Rooij94]
  3916.             P. de Rooij, "Efficient exponentiation using precomputation
  3917.             and vector addition chains", Advances in Cryptology -- Euro-
  3918.             crypt '94, Lecture Notes in Computer Science, Springer-
  3919.             Verlag, pages 403-415.
  3920.  
  3921.    [Schneier95]
  3922.             Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition", John
  3923.             Wiley & Sons, New York, NY, 1995.  ISBN 0-471-12845-7.
  3924.  
  3925.  
  3926.  
  3927.  
  3928.  
  3929.  
  3930.  
  3931.  
  3932.  
  3933.  
  3934.  
  3935.  
  3936.  
  3937.  
  3938.  
  3939.  
  3940.  
  3941.  
  3942.  
  3943.  
  3944.  
  3945.  
  3946.  
  3947.  
  3948.  
  3949.  
  3950.  
  3951.  
  3952.  
  3953.  
  3954.  
  3955.  
  3956.  
  3957.  
  3958. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 71]
  3959. DRAFT                       Photuris Protocol                  July 1997
  3960.  
  3961.  
  3962. Contacts
  3963.  
  3964.    Comments about this document should be discussed on the
  3965.    photuris@majordomo.soscorp.com mailing list.
  3966.  
  3967.    Questions about this document can also be directed to:
  3968.  
  3969.       Phil Karn
  3970.       Qualcomm, Inc.
  3971.       6455 Lusk Blvd.
  3972.       San Diego, California  92121-2779
  3973.  
  3974.           karn@qualcomm.com
  3975.           karn@unix.ka9q.ampr.org (preferred)
  3976.  
  3977.  
  3978.       William Allen Simpson
  3979.       DayDreamer
  3980.       Computer Systems Consulting Services
  3981.       1384 Fontaine
  3982.       Madison Heights, Michigan  48071
  3983.  
  3984.           wsimpson@UMich.edu
  3985.           wsimpson@GreenDragon.com (preferred)
  3986.           bsimpson@MorningStar.com
  3987.  
  3988.  
  3989.  
  3990.  
  3991.  
  3992.  
  3993.  
  3994.  
  3995.  
  3996.  
  3997.  
  3998.  
  3999.  
  4000.  
  4001.  
  4002.  
  4003.  
  4004.  
  4005.  
  4006.  
  4007.  
  4008.  
  4009.  
  4010.  
  4011.  
  4012.  
  4013. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 72]
  4014.  
  4015.  
  4016.