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-16.txt < prev    next >
Text File  |  1997-09-04  |  148KB  |  4,124 lines
  1. Network Working Group                                  P Karn [Qualcomm]
  2. Internet Draft                                  W A Simpson [DayDreamer]
  3. expires in six months                                     September 1997
  4.  
  5.  
  6.                Photuris: Session-Key Management Protocol                 |
  7.                      draft-simpson-photuris-16.txt                       |
  8.  
  9.  
  10. Status of this Memo
  11.  
  12.    This document is an Internet-Draft.  Internet Drafts are working doc-
  13.    uments of the Internet Engineering Task Force (IETF), its Areas, and
  14.    its Working Groups.  Note that other groups may also distribute work-
  15.    ing documents as Internet Drafts.
  16.  
  17.    Internet Drafts are draft documents valid for a maximum of six
  18.    months, and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents
  19.    at any time.  It is not appropriate to use Internet Drafts as refer-
  20.    ence material, or to cite them other than as a ``working draft'' or
  21.    ``work in progress.''
  22.  
  23.    To learn the current status of any Internet-Draft, please check the
  24.    ``1id-abstracts.txt'' listing contained in the internet-drafts Shadow
  25.    Directories on:
  26.  
  27.       ftp.is.co.za (Africa)
  28.       nic.nordu.net (Europe)
  29.       ds.internic.net (US East Coast)
  30.       ftp.isi.edu (US West Coast)
  31.       munnari.oz.au (Pacific Rim)
  32.  
  33.    Distribution of this memo is unlimited.
  34.  
  35. Abstract
  36.  
  37.    Photuris is a session-key management protocol intended for use with
  38.    the IP Security Protocols (AH and ESP).  This document defines the
  39.    basic protocol mechanisms.
  40.  
  41.  
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.  
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page i]
  53. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  54.  
  55.  
  56. 1.  Introduction
  57.  
  58.    Photuris [Firefly] establishes short-lived session-keys between two
  59.    parties, without passing the session-keys across the Internet.  These
  60.    session-keys directly replace the long-lived secret-keys (such as
  61.    passwords and passphrases) that have been historically configured for
  62.    security purposes.
  63.  
  64.    The basic Photuris protocol utilizes these existing previously con-   |
  65.    figured secret-keys for identification of the parties.  This is
  66.    intended to speed deployment and reduce administrative configuration
  67.    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.  
  105.  
  106.  
  107. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 1]
  108. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  109.  
  110.  
  111.                     pair.  An example is a user password.
  112.  
  113.    Security Association (SA)
  114.                     A collection of parameters describing the security
  115.                     relationship between two nodes.  These parameters
  116.                     include the identities of the parties, the transform
  117.                     (including algorithm and algorithm mode), the key(s)
  118.                     (such as a session-key, secret-key, or appropriate
  119.                     public/private key-pair), and possibly other infor-
  120.                     mation such as sensitivity labelling.
  121.  
  122.    Security Parameters Index (SPI)
  123.                     A number that indicates a particular set of unidi-
  124.                     rectional attributes used under a Security Associa-
  125.                     tion, such as transform(s) and session-key(s).  The
  126.                     number is relative to the IP Destination, which is
  127.                     the SPI Owner, and is unique per IP (Next Header)
  128.                     Protocol.  That is, the same value MAY be used by    +
  129.                     multiple protocols to concurrently indicate differ-  +
  130.                     ent Security Association parameters.
  131.  
  132.    session-key      A key that is independently derived from a shared-
  133.                     secret by the parties, and used for keying one
  134.                     direction of traffic.  This key is changed fre-
  135.                     quently.
  136.  
  137.    shared-secret    As used in this document, the calculated result of
  138.                     the Photuris exchange.
  139.  
  140.    SPI Owner        The party that corresponds to the IP Destination;
  141.                     the intended recipient of a protected datagram.
  142.  
  143.    SPI User         The party that corresponds to the IP Source; the
  144.                     sender of a protected datagram.
  145.  
  146.    transform        A cryptographic manipulation of a particular set of
  147.                     data.  As used in this document, refers to certain
  148.                     well-specified methods (defined elsewhere).  For
  149.                     example, AH-MD5 [RFC-1828] transforms an IP datagram
  150.                     into a cryptographic hash, and ESP-DES-CBC
  151.                     [RFC-1829] transforms plaintext to ciphertext and
  152.                     back again.
  153.  
  154.    Implementors will find details of cryptographic hashing (such as
  155.    MD5), encryption algorithms and modes (such as DES), digital signa-
  156.    tures (such as DSS), and other algorithms in [Schneier95].
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 2]
  163. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  164.  
  165.  
  166. 1.2.  Protocol Overview
  167.  
  168.    The Photuris protocol consists of several simple phases:
  169.  
  170.    1. A "Cookie" Exchange guards against simple flooding attacks sent
  171.       with bogus IP Sources or UDP Ports.  Each party passes a "cookie"
  172.       to the other.
  173.  
  174.       In return, a list of supported Exchange-Schemes are offered by the
  175.       Responder for calculating a shared-secret.
  176.  
  177.    2. A Value Exchange establishes a shared-secret between the parties.
  178.       Each party passes an Exchange-Value to the other.  These values
  179.       are used to establish a shared-secret.  The Responder remains
  180.       stateless until a shared-secret has been created.
  181.  
  182.       In addition, supported attributes are offered by each party for
  183.       use in establishing new Security Parameters.
  184.  
  185.    3. An Identification Exchange identifies the parties to each other,
  186.       and verifies the integrity of values sent in phases 1 and 2.
  187.  
  188.       In addition, the shared-secret provides a basis to generate sepa-
  189.       rate session-keys in each direction, which are in turn used for
  190.       conventional authentication or encryption.  Additional security
  191.       attributes are also exchanged as needed.
  192.  
  193.       This exchange is masked for party privacy protection using a mes-
  194.       sage privacy-key based on the shared-secret.  This protects the
  195.       identities of the parties, hides the Security Parameter attribute
  196.       values, and improves security for the exchange protocol and secu-
  197.       rity transforms.
  198.  
  199.    4. Additional messages may be exchanged to periodically change the
  200.       session-keys, and to establish new or revised Security Parameters.
  201.  
  202.       These exchanges are also masked for party privacy protection in
  203.       the same fashion as above.
  204.  
  205.    The sequence of message types and their purposes are summarized in
  206.    the diagram below.  The first three phases (cookie, exchange, and
  207.    identification) must be carried out in their entirety before any
  208.    Security Association can be used.
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 3]
  218. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  219.  
  220.  
  221.    Initiator                            Responder
  222.    =========                            =========
  223.    Cookie_Request                 ->
  224.                                    <-   Cookie_Response
  225.                                            offer schemes
  226.    Value_Request                  ->
  227.       pick scheme
  228.       offer value
  229.       offer attributes
  230.                                    <-   Value_Response
  231.                                            offer value
  232.                                            offer attributes
  233.  
  234.              [generate shared-secret from exchanged values]
  235.  
  236.  
  237.    Identity_Request               ->
  238.       make SPI
  239.       pick SPI attribute(s)
  240.       identify self
  241.       authenticate
  242.       make privacy key(s)
  243.       mask/encrypt message
  244.                                    <-   Identity_Response
  245.                                            make SPI
  246.                                            pick SPI attribute(s)
  247.                                            identify self
  248.                                            authenticate
  249.                                            make privacy key(s)
  250.                                            mask/encrypt message
  251.  
  252.                [make SPI session-keys in each direction]
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269.  
  270.  
  271.  
  272. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 4]
  273. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  274.  
  275.  
  276.    SPI User                             SPI Owner
  277.    ========                             =========
  278.    SPI_Needed                     ->
  279.       list SPI attribute(s)
  280.       make validity key
  281.       authenticate
  282.       make privacy key(s)
  283.       mask/encrypt message
  284.                                    <-   SPI_Update
  285.                                            make SPI
  286.                                            pick SPI attribute(s)
  287.                                            make SPI session-key(s)
  288.                                            make validity key
  289.                                            authenticate
  290.                                            make privacy key(s)
  291.                                            mask/encrypt message
  292.  
  293.    Either party may initiate an exchange at any time.  For example, the
  294.    Initiator need not be a "caller" in a telephony link.
  295.  
  296.    The Initiator is responsible for recovering from all message losses
  297.    by retransmission.
  298.  
  299.  
  300. 1.3.  Security Parameters
  301.  
  302.    A Photuris exchange between two parties results in a pair of SPI val-
  303.    ues (one in each direction).  Each SPI is used in creating separate
  304.    session-key(s) in each direction.
  305.  
  306.    The SPI is assigned by the entity controlling the IP Destination: the
  307.    SPI Owner (receiver).  The parties use the combination of IP Destina-
  308.    tion, IP (Next Header) Protocol, and SPI to distinguish the correct
  309.    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 SPIs with different parameters, the parties may
  317.    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. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 5]
  328. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  329.  
  330.  
  331.    Implementation Notes:
  332.  
  333.       The method used for SPI assignment is implementation dependent.
  334.       The only requirement is that the SPI be unique for the IP Destina-
  335.       tion and IP (Next Header) Protocol.
  336.  
  337.       However, selection of a cryptographically random SPI value can
  338.       help prevent attacks that depend on a predicatable sequence of
  339.       values.  The implementor MUST NOT expect SPI values to have a par-
  340.       ticular order or range.
  341.  
  342.  
  343. 1.4.  LifeTimes
  344.  
  345.    The Photuris exchange results in two kinds of state, each with sepa-
  346.    rate LifeTimes.
  347.  
  348.    1) The Exchange LifeTime of the small amount of state associated with
  349.       the Photuris exchange itself.  This state may be viewed as between
  350.       Internet nodes.
  351.  
  352.    2) The SPI LifeTimes of the individual SPIs that are established.
  353.       This state may be viewed as between users and nodes.
  354.  
  355.    The SPI LifeTimes may be shorter or longer than the Exchange Life-
  356.    Time.  These LifeTimes are not required to be related to each other.
  357.  
  358.    When an Exchange-Value expires (or is replaced by a newer value), any
  359.    unexpired derived SPIs are not affected.  This is important to allow
  360.    traffic to continue without interruption during new Photuris
  361.    exchanges.
  362.  
  363.  
  364. 1.4.1.  Exchange LifeTimes
  365.  
  366.    All retained exchange state of both parties has an associated
  367.    Exchange LifeTime (ELT), and is subject to periodic expiration.  This
  368.    depends on the physical and logistical security of the machine, and
  369.    is typically in the range of 10 minutes to one day (default 30 min-
  370.    utes).
  371.  
  372.    In addition, during a Photuris exchange, an Exchange TimeOut (ETO)
  373.    limits the wait for the exchange to complete.  This timeout includes
  374.    the packet round trips, and the time for completing the Identifica-
  375.    tion Exchange calculations.  The time is bounded by both the maximum
  376.    amount of calculation delay expected for the processing power of an
  377.    unknown peer, and the minimum user expectation for results (default
  378.    30 seconds).
  379.  
  380.  
  381.  
  382. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 6]
  383. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  384.  
  385.  
  386.    These Exchange LifeTimes and TimeOuts are implementation dependent
  387.    and are not disclosed in any Photuris message.  The paranoid operator
  388.    will have a fairly short Exchange LifeTime, but it MUST NOT be less
  389.    than twice the ETO.
  390.  
  391.    To prevent synchronization between Photuris exchanges, the implemen-
  392.    tation SHOULD randomly vary each Exchange LifeTime within twice the
  393.    range of seconds that are required to calculate a new Exchange-Value.
  394.    For example, when the Responder uses a base ELT of 30 minutes, and
  395.    takes 10 seconds to calculate the new Exchange-Value, the equation
  396.    might be (in milliseconds):
  397.  
  398.       1790000 + urandom(20000)
  399.  
  400.    The Exchange-Scheme, Exchange-Values, and resulting shared-secret MAY
  401.    be cached in short-term storage for the Exchange LifeTime.  When
  402.    repetitive Photuris exchanges occur between the same parties, and the
  403.    Exchange-Values are discovered to be unchanged, the previously com-
  404.    puted shared-secret can be used to rapidly generate new session-keys.
  405.  
  406.  
  407. 1.4.2.  SPI LifeTimes
  408.  
  409.    Each SPI has an associated LifeTime, specified by the SPI owner
  410.    (receiver).  This SPI LifeTime (SPILT) is usually related to the
  411.    speed of the link (typically 2 to 30 minutes), but it MUST NOT be
  412.    less than thrice the ETO.
  413.  
  414.    The SPI can also be deleted by the SPI Owner using the SPI_Update.
  415.    Once the SPI has expired or been deleted, the parties cease using the
  416.    SPI.
  417.  
  418.    To prevent synchronization between multiple Photuris exchanges, the
  419.    implementation SHOULD randomly vary each SPI LifeTime.  For example,
  420.    when the Responder uses a base SPILT of 5 minutes, and 30 seconds for
  421.    the ETO, the equation might be (in milliseconds):
  422.  
  423.       285000 + urandom(30000)
  424.  
  425.    There is no requirement that a long LifeTime be accepted by the SPI
  426.    User.  The SPI User might never use an established SPI, or cease
  427.    using the SPI at any time.
  428.  
  429.    When more than one unexpired SPI is available to the SPI User for the
  430.    same function, a common implementation technique is to select the SPI
  431.    with the greatest remaining LifeTime.  However, selecting randomly
  432.    among a large number of SPIs might provide some defense against traf-
  433.    fic analysis.
  434.  
  435.  
  436.  
  437. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 7]
  438. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  439.  
  440.  
  441.    To prevent resurrection of deleted or expired SPIs, SPI Owners SHOULD
  442.    remember those SPIs, but mark them as unusable until the Photuris
  443.    exchange shared-secret used to create them also expires and purges
  444.    the associated state.
  445.  
  446.    When the SPI Owner detects an incoming SPI that has recently expired,
  447.    but the associated exchange state has not yet been purged, the imple-
  448.    mentation MAY accept the SPI.  The length of time allowed is highly
  449.    dependent on clock drift and variable packet round trip time, and is
  450.    therefore implementation dependent.
  451.  
  452.  
  453. 1.5.  Random Number Generation
  454.  
  455.    The security of Photuris critically depends on the quality of the
  456.    secret random numbers generated by each party.  A poor random number
  457.    generator at either party will compromise the shared-secret produced
  458.    by the algorithm.
  459.  
  460.    Generating cryptographic quality random numbers on a general purpose
  461.    computer without hardware assistance is a very tricky problem.  In
  462.    general, this requires using a cryptographic hashing function to
  463.    "distill" the entropy from a large number of semi-random external
  464.    events, such as the timing of key strokes.  An excellent discussion
  465.    can be found in [RFC-1750].
  466.  
  467.  
  468. 2.  Protocol Details
  469.  
  470.    The Initiator begins a Photuris exchange under several circumstances:
  471.  
  472.    -  The Initiator has a datagram that it wishes to send with confiden-
  473.       tiality, and has no current Photuris exchange state with the IP
  474.       Destination.  This datagram is discarded, and a Cookie_Request is
  475.       sent instead.
  476.  
  477.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-1812] Destination
  478.       Unreachable: Communication Administratively Prohibited (Type 3,
  479.       Code 13), and has no current Photuris exchange state with the ICMP
  480.       Source.
  481.  
  482.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-xxxx] Security
  483.       Failures: Bad SPI (Type 40, Code 0), that matches current Photuris
  484.       exchange state with the ICMP Source.
  485.  
  486.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-xxxx] Security
  487.       Failures: Need Authentication (Type 40, Code 4), and has no cur-
  488.       rent Photuris exchange state with the ICMP Source.
  489.  
  490.  
  491.  
  492. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 8]
  493. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  494.  
  495.  
  496.    -  The Initiator has received the ICMP message [RFC-xxxx] Security
  497.       Failures: Need Authorization (Type 40, Code 5), that matches cur-
  498.       rent Photuris exchange state with the ICMP Source.
  499.  
  500.    When the event is an ICMP message, special care MUST be taken that
  501.    the ICMP message actually includes information that matches a previ-
  502.    ously sent IP datagram.  Otherwise, this could provide an opportunity
  503.    for a clogging attack, by stimulating a new Photuris Exchange.
  504.  
  505.  
  506. 2.1.  UDP
  507.  
  508.    All Photuris messages use the User Datagram Protocol header
  509.    [RFC-768].  The Initiator sends to UDP Destination Port 468.
  510.  
  511.    When replying to the Initiator, the Responder swaps the IP Source and
  512.    Destination, and the UDP Source and Destination Ports.
  513.  
  514.    The UDP checksum MUST be correctly calculated when sent.  When a mes-
  515.    sage is received with an incorrect UDP checksum, it is silently dis-
  516.    carded.
  517.  
  518.    Implementation Notes:
  519.  
  520.       It is expected that installation of Photuris will ensure that UDP
  521.       checksum calculations are enabled for the computer operating sys-
  522.       tem and later disabling by operators is prevented.
  523.  
  524.       Internet Protocol version 4 [RFC-791] restricts the maximum        +
  525.       reassembled datagram to 576 bytes.                                 +
  526.  
  527.       When processing datagrams containing variable size values, the
  528.       length must be checked against the overall datagram length.  An
  529.       invalid size (too long or short) that causes a poorly coded
  530.       receiver to abort could be used as a denial of service attack.
  531.  
  532.  
  533.  
  534.  
  535.  
  536.  
  537.  
  538.  
  539.  
  540.  
  541.  
  542.  
  543.  
  544.  
  545.  
  546.  
  547. Karn & Simpson            expires in six months                 [Page 9]
  548. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  549.  
  550.  
  551. 2.2.  Header Format
  552.  
  553.    All of the messages have a format similar to the following, as trans-
  554.    mitted left to right in network order (most significant to least sig-
  555.    nificant):
  556.  
  557.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  558.    |                                                               |
  559.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  560.    |                                                               |
  561.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  562.    |                                                               |
  563.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  564.    |                                                               |
  565.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  566.    |    Message    |
  567.    +-+-+-+-+-+-+-+-+
  568.  
  569.  
  570.    Initiator-Cookie 16 bytes.
  571.  
  572.    Responder-Cookie 16 bytes.
  573.  
  574.    Message          1 byte.  Each message type has a unique value.  Ini-
  575.                     tial values are assigned as follows:
  576.  
  577.                         0  Cookie_Request
  578.                         1  Cookie_Response
  579.                         2  Value_Request
  580.                         3  Value_Response
  581.                         4  Identity_Request
  582.                         5  Secret_Response (optional)
  583.                         6  Secret_Request (optional)
  584.                         7  Identity_Response
  585.                         8  SPI_Needed
  586.                         9  SPI_Update
  587.                        10  Bad_Cookie
  588.                        11  Resource_Limit
  589.                        12  Verification_Failure
  590.                        13  Message_Reject
  591.  
  592.  
  593.    Further details and differences are elaborated in the individual mes-
  594.    sages.
  595.  
  596.  
  597.  
  598.  
  599.  
  600.  
  601.  
  602. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 10]
  603. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  604.  
  605.  
  606. 2.3.  Variable Precision Integers
  607.  
  608.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  609.    |             Size              |             Value ...
  610.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  611.  
  612.  
  613.    Size             2, 4, or 8 bytes.  The number of significant bits
  614.                     used in the Value field.  Always transmitted most
  615.                     significant byte first.
  616.  
  617.                     When the Size is zero, no Value field is present;
  618.                     there are no significant bits.  This means "missing"
  619.                     or "null".  It should not be confused with the value
  620.                     zero, which includes an indication of the number of
  621.                     significant bits.
  622.  
  623.                     When the most significant byte is in the range 0
  624.                     through 254 (0xfe), the field is 2 bytes.  Both
  625.                     bytes are used to indicate the size of the Value
  626.                     field, which ranges from 1 to 65,279 significant
  627.                     bits (in 1 to 8,160 bytes).
  628.  
  629.                     When the most significant byte is 255 (0xff), the
  630.                     field is 4 bytes.  The remaining 3 bytes are added
  631.                     to 65,280 to indicate the size of the Value field,
  632.                     which is limited to 16,776,959 significant bits (in
  633.                     2,097,120 bytes).
  634.  
  635.                     When the most significant 2 bytes are 65,535
  636.                     (0xffff), the field is 8 bytes.  The remaining 6
  637.                     bytes are added to 16,776,960 to indicate the size
  638.                     of the Value field.                                  -
  639.  
  640.    Value            0 or more bytes.  Always transmitted most signifi-
  641.                     cant byte first.
  642.  
  643.                     The bits used are right justified within byte bound-
  644.                     aries; that is, any unused bits are in the most sig-
  645.                     nificant byte.  When there are no unused bits, or    |
  646.                     unused bits are zero filled, the value is assumed to |
  647.                     be an unsigned positive integer.                     |
  648.  
  649.                     When the leading unused bits are ones filled, the    |
  650.                     number is assumed to be a two's-complement negative  |
  651.                     integer.  A negative integer will always have at     |
  652.                     least one unused leading sign bit in the most sig-   |
  653.                     nificant byte.
  654.  
  655.  
  656.  
  657. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 11]
  658. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  659.  
  660.  
  661.    Shortened forms SHOULD NOT be used when the Value includes a number
  662.    of leading zero significant bits.  The Size SHOULD indicate the cor-
  663.    rect number of significant bits.
  664.  
  665.    Implementation Notes:                                                 |
  666.  
  667.       Negative integers are not required to be supported, but are        |
  668.       included for completeness.                                         |
  669.  
  670.       No more than 65,279 significant bits are required to be supported. |
  671.       Other ranges are vastly too long for these UDP messages, but are   |
  672.       included for completeness.
  673.  
  674.  
  675. 2.4.  Exchange-Schemes
  676.  
  677.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  678.    |            Scheme             |             Size              |
  679.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  680.    |             Value ...
  681.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  682.  
  683.  
  684.    Scheme           2 bytes.  A unique value indicating the Exchange-
  685.                     Scheme.  See the "Basic Exchange-Schemes" for
  686.                     details.
  687.  
  688.    Size             2 bytes, ranging from 0 to 65,279.  See "Variable    |
  689.                     Precision Integer".
  690.  
  691.    Value            0 or more bytes.  See "Variable Precision Integer".  |
  692.  
  693.    The Size MUST NOT be assumed to be constant for a particular Scheme.
  694.    Multiple kinds of the same Scheme with varying Sizes MAY be present
  695.    in any list of schemes.
  696.  
  697.    However, only one of each Scheme and Size combination will be present
  698.    in any list of schemes.
  699.  
  700.  
  701.  
  702.  
  703.  
  704.  
  705.  
  706.  
  707.  
  708.  
  709.  
  710.  
  711.  
  712. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 12]
  713. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  714.  
  715.  
  716. 2.5.  Attributes
  717.  
  718.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  719.    |   Attribute   |    Length     |  Value(s) ...
  720.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  721.  
  722.  
  723.    Attribute        1 byte.  A unique value indicating the kind of
  724.                     attribute.  See the "Basic Attributes" for details.
  725.  
  726.                     When the value is zero (padding), no Length field is
  727.                     present (always zero).
  728.  
  729.    Length           1 byte.  The size of the Value(s) field in bytes.
  730.  
  731.                     When the Length is zero, no Value(s) field is pre-
  732.                     sent.
  733.  
  734.    Value(s)         0 or more bytes.  See the "Basic Attributes" for
  735.                     details.
  736.  
  737.    The Length MUST NOT be assumed to be constant for a particular
  738.    Attribute.  Multiple kinds of the same Attribute with varying Lengths
  739.    MAY be present in any list of attributes.
  740.  
  741.    Implementation Note:
  742.  
  743.       The authentication, compression, encryption and identification
  744.       mechanisms chosen, as well as the encapsulation modes (if any),
  745.       need not be the same in both directions.
  746.  
  747.  
  748. 3.  Cookie Exchange
  749.  
  750.    Initiator                            Responder
  751.    =========                            =========
  752.    Cookie_Request                 ->
  753.                                    <-   Cookie_Response
  754.                                            offer schemes
  755.  
  756.  
  757.  
  758. 3.0.1.  Send Cookie_Request
  759.  
  760.    The Initiator initializes local state, and generates a unique
  761.    "cookie".  The Initiator-Cookie MUST be different in each new
  762.    Cookie_Request between the same parties.  See "Cookie Generation" for
  763.    details.
  764.  
  765.  
  766.  
  767. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 13]
  768. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  769.  
  770.  
  771.    -  If any previous exchange between the peer IP nodes has not expired
  772.       in which this party was the Initiator, this Responder-Cookie is
  773.       set to the most recent Responder-Cookie, and this Counter is set
  774.       to the corresponding Counter.
  775.  
  776.       For example, a new Virtual Private Network (VPN) tunnel is about
  777.       to be established to an existing partner.  The Counter is the same
  778.       value received in the prior Cookie_Response, the Responder-Cookie
  779.       remains the same, and a new Initiator-Cookie is generated.
  780.  
  781.    -  If the new Cookie_Request is in response to a message of a previ-
  782.       ous exchange in which this party was the Responder, this Respon-
  783.       der-Cookie is set to the previous Initiator-Cookie, and this
  784.       Counter is set to zero.
  785.  
  786.       For example, a Bad_Cookie message was received from the previous
  787.       Initiator in response to SPI_Needed.  The Responder-Cookie is
  788.       replaced with the Initiator-Cookie, and a new Initiator-Cookie is
  789.       generated.  This provides bookkeeping to detect bogus Bad_Cookie
  790.       messages.
  791.  
  792.       Also, can be used for bi-directional User, Transport, and Process
  793.       oriented keying.  Such mechanisms are outside the scope of this
  794.       document.
  795.  
  796.    -  Otherwise, this Responder-Cookie and Counter are both set to zero.
  797.  
  798.       By default, the Initiator operates in the same manner as when all
  799.       of its previous exchange state has expired.  The Responder will
  800.       send a Resource_Limit when its own exchange state has not expired.
  801.  
  802.    The Initiator also starts a retransmission timer.  If no valid
  803.    Cookie_Response arrives within the time limit, the same
  804.    Cookie_Request is retransmitted for the remaining number of Retrans-
  805.    missions.  The Initiator-Cookie value MUST be the same in each such
  806.    retransmission to the same IP Destination and UDP Port.
  807.  
  808.    When Retransmissions have been exceeded, if a Resource_Limit message
  809.    has been received during the exchange, the Initiator SHOULD begin the
  810.    Photuris exchange again by sending a new Cookie_Request with updated
  811.    values.
  812.  
  813.  
  814.  
  815.  
  816.  
  817.  
  818.  
  819.  
  820.  
  821.  
  822. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 14]
  823. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  824.  
  825.  
  826. 3.0.2.  Receive Cookie_Request
  827.  
  828.    On receipt of a Cookie_Request, the Responder determines whether
  829.    there are sufficient resources to begin another Photuris exchange.
  830.  
  831.    -  When too many SPI values are already in use for this particular
  832.       peer, or too many concurrent exchanges are in progress, or some
  833.       other resource limit is reached, a Resource_Limit message is sent.
  834.  
  835.    -  When any previous exchange initiated by this particular peer has
  836.       not exceeded the Exchange TimeOut, and the Responder-Cookie does
  837.       not specify one of these previous exchanges, a Resource_Limit mes-
  838.       sage is sent.
  839.  
  840.    Otherwise, the Responder returns a Cookie_Response.
  841.  
  842.    Note that the Responder creates no additional state at this time.
  843.  
  844.  
  845. 3.0.3.  Send Cookie_Response
  846.  
  847.    The IP Source for the Initiator is examined.  If any previous
  848.    exchange between the peer IP nodes has not expired, the response
  849.    Counter is set to the most recent exchange Counter plus one (allowing
  850.    for out of order retransmissions).  Otherwise, the response Counter
  851.    is set to the request Counter plus one.
  852.  
  853.    If (through rollover of the Counter) the new Counter value is zero
  854.    (modulo 256), the value is set to one.
  855.  
  856.    If this new Counter value matches some previous exchange initiated by
  857.    this particular peer that has not yet exceeded the Exchange TimeOut,
  858.    the Counter is incremented again, until a unique Counter value is
  859.    reached.
  860.  
  861.    Nota Bene:
  862.       No more than 254 concurrent exchanges between the same two peers
  863.       are supported.
  864.  
  865.    The Responder generates a unique cookie.  The Responder-Cookie value
  866.    in each successive response SHOULD be different.  See "Cookie Genera-
  867.    tion" for details.
  868.  
  869.    The Exchange-Schemes available between the peers are listed in the
  870.    Offered-Schemes.
  871.  
  872.  
  873.  
  874.  
  875.  
  876.  
  877. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 15]
  878. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  879.  
  880.  
  881. 3.0.4.  Receive Cookie_Response
  882.  
  883.    The Initiator validates the Initiator-Cookie, and the Offered-
  884.    Schemes.
  885.  
  886.    -  Whenever an invalid/expired Initiator-Cookie is detected, the mes-
  887.       sage is silently discarded.
  888.  
  889.    -  Whenever the variable length Offered-Schemes do not match the UDP
  890.       Length, or all Offered-Schemes are obviously defective and/or
  891.       insufficient for the purposes intended, the message is silently
  892.       discarded; the implementation SHOULD log the occurance, and notify
  893.       an operator as appropriate.
  894.  
  895.    -  Once a valid message has been received, later Cookie_Responses
  896.       with matching Initiator-Cookies are also silently discarded, until
  897.       a new Cookie_Request is sent.
  898.  
  899.    When the message is valid, an Exchange-Scheme is chosen from the list
  900.    of Offered-Schemes.
  901.  
  902.    This Scheme-Choice may affect the next Photuris message sent.  By
  903.    default, the next Photuris message is a Value_Request.
  904.  
  905.    Implementation Notes:
  906.  
  907.       Only the Initiator-Cookie is used to identify the exchange.  The
  908.       Counter and Responder-Cookie will both be different from the
  909.       Cookie_Request.
  910.  
  911.       Various proposals for extensions utilize the Scheme-Choice to
  912.       indicate a different message sequence.  Such mechanisms are out-
  913.       side the scope of this document.
  914.  
  915.  
  916.  
  917.  
  918.  
  919.  
  920.  
  921.  
  922.  
  923.  
  924.  
  925.  
  926.  
  927.  
  928.  
  929.  
  930.  
  931.  
  932. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 16]
  933. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  934.  
  935.  
  936. 3.1.  Cookie_Request
  937.  
  938.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  939.    |                                                               |
  940.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  941.    |                                                               |
  942.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  943.    |                                                               |
  944.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  945.    |                                                               |
  946.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  947.    |    Message    |    Counter    |
  948.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  949.  
  950.  
  951.    Initiator-Cookie 16 bytes.  A randomized value that identifies the
  952.                     exchange.  The value MUST NOT be zero.  See "Cookie
  953.                     Generation" for details.
  954.  
  955.    Responder-Cookie 16 bytes.  Identifies a specific previous exchange.
  956.                     Copied from a previous Cookie_Response.
  957.  
  958.                     When zero, no previous exchange is specified.
  959.  
  960.                     When non-zero, and the Counter is zero, contains the
  961.                     Initiator-Cookie of a previous exchange.  The speci-
  962.                     fied party is requested to be the Responder in this
  963.                     exchange, to retain previous party pairings.
  964.  
  965.                     When non-zero, and the Counter is also non-zero,
  966.                     contains the Responder-Cookie of a previous
  967.                     exchange.  The specified party is requested to be
  968.                     the Responder in this exchange, to retain previous
  969.                     party pairings.
  970.  
  971.    Message          0
  972.  
  973.    Counter          1 byte.  Indicates the number of previous exchanges.
  974.  
  975.                     When zero, the Responder-Cookie indicates the Ini-
  976.                     tiator of a previous exchange, or no previous
  977.                     exchange is specified.
  978.  
  979.                     When non-zero, the Responder-Cookie indicates the
  980.                     Responder to a previous exchange.  This value is set
  981.                     to the Counter from the corresponding
  982.                     Cookie_Response or from a Resource_Limit.
  983.  
  984.  
  985.  
  986.  
  987. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 17]
  988. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  989.  
  990.  
  991. 3.2.  Cookie_Response
  992.  
  993.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  994.    |                                                               |
  995.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  996.    |                                                               |
  997.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  998.    |                                                               |
  999.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1000.    |                                                               |
  1001.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1002.    |    Message    |    Counter    |  Offered-Schemes ...
  1003.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1004.  
  1005.  
  1006.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Cookie_Request.
  1007.  
  1008.    Responder-Cookie 16 bytes.  A randomized value that identifies the
  1009.                     exchange.  The value MUST NOT be zero.  See "Cookie
  1010.                     Generation" for details.
  1011.  
  1012.    Message          1
  1013.  
  1014.    Counter          1 byte.  Indicates the number of the current
  1015.                     exchange.  Must be greater than zero.
  1016.  
  1017.    Offered-Schemes  4 or more bytes.  A list of one or more Exchange-
  1018.                     Schemes supported by the Responder, ordered from
  1019.                     most to least preferable.  See the "Basic Exchange-
  1020.                     Schemes" for details.
  1021.  
  1022.                     Only one Scheme (#2) is required to be supported,
  1023.                     and SHOULD be present in every Offered-Schemes list.
  1024.  
  1025.                     More than one of each kind of Scheme may be offered,
  1026.                     but each is distinguished by its Size.  The end of
  1027.                     the list is indicated by the UDP Length.
  1028.  
  1029.  
  1030.  
  1031.  
  1032.  
  1033.  
  1034.  
  1035.  
  1036.  
  1037.  
  1038.  
  1039.  
  1040.  
  1041.  
  1042. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 18]
  1043. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1044.  
  1045.  
  1046. 3.3.  Cookie Generation
  1047.  
  1048.    The exact technique by which a Photuris party generates a cookie is
  1049.    implementation dependent.  The method chosen must satisfy some basic
  1050.    requirements:
  1051.  
  1052.    1. The cookie MUST depend on the specific parties.  This prevents an
  1053.       attacker from obtaining a cookie using a real IP address and UDP
  1054.       port, and then using it to swamp the victim with requests from
  1055.       randomly chosen IP addresses or ports.
  1056.  
  1057.    2. It MUST NOT be possible for anyone other than the issuing entity
  1058.       to generate cookies that will be accepted by that entity.  This
  1059.       implies that the issuing entity will use local secret information
  1060.       in the generation and subsequent verification of a cookie.  It
  1061.       must not be possible to deduce this secret information from any
  1062.       particular cookie.
  1063.  
  1064.    3. The cookie generation and verification methods MUST be fast to
  1065.       thwart attacks intended to sabotage CPU resources.
  1066.  
  1067.    A recommended technique is to use a cryptographic hashing function
  1068.    (such as MD5).
  1069.  
  1070.    An incoming cookie can be verified at any time by regenerating it
  1071.    locally from values contained in the incoming datagram and the local
  1072.    secret random value.
  1073.  
  1074.  
  1075. 3.3.1.  Initiator Cookie
  1076.  
  1077.    The Initiator secret value that affects its cookie SHOULD change for
  1078.    each new Photuris exchange, and is thereafter internally cached on a
  1079.    per Responder basis.  This provides improved synchronization and pro-
  1080.    tection against replay attacks.
  1081.  
  1082.    An alternative is to cache the cookie instead of the secret value.
  1083.    Incoming cookies can be compared directly without the computational
  1084.    cost of regeneration.
  1085.  
  1086.    It is recommended that the cookie be calculated over the secret
  1087.    value, the IP Source and Destination addresses, and the UDP Source
  1088.    and Destination ports.
  1089.  
  1090.  
  1091.  
  1092.  
  1093.  
  1094.  
  1095.  
  1096.  
  1097. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 19]
  1098. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1099.  
  1100.  
  1101.    Implementation Notes:
  1102.  
  1103.       Although the recommendation includes the UDP Source port, this is
  1104.       very implementation specific.  For example, it might not be
  1105.       included when the value is constant.
  1106.  
  1107.       However, it is important that the implementation protect mutually
  1108.       suspicious users of the same machine from generating the same
  1109.       cookie.
  1110.  
  1111.  
  1112. 3.3.2.  Responder Cookie
  1113.  
  1114.    The Responder secret value that affects its cookies MAY remain the
  1115.    same for many different Initiators.  However, this secret SHOULD be
  1116.    changed periodically to limit the time for use of its cookies (typi-
  1117.    cally each 60 seconds).
  1118.  
  1119.    The Responder-Cookie SHOULD include the Initiator-Cookie.  The
  1120.    Responder-Cookie MUST include the Counter (that is returned in the
  1121.    Cookie_Response).  This provides improved synchronization and protec-
  1122.    tion against replay attacks.
  1123.  
  1124.    It is recommended that the cookie be calculated over the secret
  1125.    value, the IP Source and Destination addresses, its own UDP Destina-
  1126.    tion port, the Counter, the Initiator-Cookie, and the currently
  1127.    Offered-Schemes.
  1128.  
  1129.    The cookie is not cached per Initiator to avoid saving state during
  1130.    the initial Cookie Exchange.  On receipt of a Value_Request
  1131.    (described later), the Responder regenerates its cookie for valida-
  1132.    tion.
  1133.  
  1134.    Once the Value_Response is sent (also described later), both Initia-
  1135.    tor and Responder cookies are cached to identify the exchange.
  1136.  
  1137.    Implementation Notes:
  1138.  
  1139.       Although the recommendation does not include the UDP Source port,
  1140.       this is very implementation specific.  It might be successfully
  1141.       included in some variants.
  1142.  
  1143.       However, it is important that the UDP Source port not be included
  1144.       when matching existing Photuris exchanges for determining the
  1145.       appropriate Counter.
  1146.  
  1147.       The recommendation includes the Offered-Schemes to detect a
  1148.       dynamic change of scheme value between the Cookie_Response and
  1149.  
  1150.  
  1151.  
  1152. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 20]
  1153. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1154.  
  1155.  
  1156.       Value_Response.
  1157.  
  1158.       Some mechanism MAY be needed to detect a dynamic change of pre-    |
  1159.       calculated Responder Exchange-Value between the Value_Response and
  1160.       Identity_Response.  For example, change the secret value to render
  1161.       the cookie invalid, or explicitly mark the Photuris exchange state
  1162.       as expired.
  1163.  
  1164.  
  1165. 4.  Value Exchange
  1166.  
  1167.    Initiator                            Responder
  1168.    =========                            =========
  1169.    Value_Request                  ->
  1170.       pick scheme
  1171.       offer value
  1172.       offer attributes
  1173.                                    <-   Value_Response
  1174.                                            offer value
  1175.                                            offer attributes
  1176.  
  1177.              [generate shared-secret from exchanged values]
  1178.  
  1179.  
  1180.  
  1181. 4.0.1.  Send Value_Request
  1182.  
  1183.    The Initiator generates an appropriate Exchange-Value for the Scheme-
  1184.    Choice.  This Exchange-Value may be pre-calculated and used for mul-  |
  1185.    tiple Responders.
  1186.  
  1187.    The IP Destination for the Responder is examined, and the attributes
  1188.    available between the parties are listed in the Offered-Attributes.
  1189.  
  1190.    The Initiator also starts a retransmission timer.  If no valid
  1191.    Value_Response arrives within the time limit, the same Value_Request
  1192.    is retransmitted for the remaining number of Retransmissions.
  1193.  
  1194.    When Retransmissions have been exceeded, if a Bad_Cookie or
  1195.    Resource_Limit message has been received during the exchange, the
  1196.    Initiator SHOULD begin the Photuris exchange again by sending a new
  1197.    Cookie_Request.
  1198.  
  1199.  
  1200.  
  1201.  
  1202.  
  1203.  
  1204.  
  1205.  
  1206.  
  1207. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 21]
  1208. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1209.  
  1210.  
  1211. 4.0.2.  Receive Value_Request
  1212.  
  1213.    The Responder validates the Responder-Cookie, the Counter, the
  1214.    Scheme-Choice, the Exchange-Value, and the Offered-Attributes.
  1215.  
  1216.    -  Whenever an invalid/expired Responder-Cookie is detected, a
  1217.       Bad_Cookie message is sent.
  1218.  
  1219.    -  Whenever an invalid Scheme-Choice is detected, or the Exchange-
  1220.       Value is obviously defective, or the variable length Offered-
  1221.       Attributes do not match the UDP Length, the message is silently
  1222.       discarded; the implementation SHOULD log the occurance, and notify
  1223.       an operator as appropriate.
  1224.  
  1225.    When the message is valid, the Responder sets its Exchange timer to
  1226.    the Exchange TimeOut, and returns a Value_Response.
  1227.  
  1228.    The Responder keeps a copy of the incoming Value_Request cookie pair,
  1229.    and its Value_Response.  If a duplicate Value_Request is received, it
  1230.    merely resends its previous Value_Response, and takes no further
  1231.    action.
  1232.  
  1233.  
  1234. 4.0.3.  Send Value_Response
  1235.  
  1236.    The Responder generates an appropriate Exchange-Value for the Scheme-
  1237.    Choice.  This Exchange-Value may be pre-calculated and used for mul-  |
  1238.    tiple Initiators.
  1239.  
  1240.    The IP Source for the Initiator is examined, and the attributes
  1241.    available between the parties are listed in the Offered-Attributes.
  1242.  
  1243.    Implementation Notes:
  1244.  
  1245.       At this time, the Responder begins calculation of the shared-
  1246.       secret.  Calculation of the shared-secret is executed in parallel
  1247.       to minimize delay.
  1248.  
  1249.       This may take a substantial amount of time.  The implementor
  1250.       should ensure that retransmission is not blocked by this calcula-
  1251.       tion.  This is not usually a problem, as retransmission timeouts
  1252.       typically exceed calculation time.
  1253.  
  1254.  
  1255.  
  1256.  
  1257.  
  1258.  
  1259.  
  1260.  
  1261.  
  1262. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 22]
  1263. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1264.  
  1265.  
  1266. 4.0.4.  Receive Value_Response
  1267.  
  1268.    The Initiator validates the pair of Cookies, the Exchange-Value, and
  1269.    the Offered-Attributes.
  1270.  
  1271.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, the message is
  1272.       silently discarded.
  1273.  
  1274.    -  Whenever the Exchange-Value is obviously defective, or the vari-
  1275.       able length Offered-Attributes do not match the UDP Length, the
  1276.       message is silently discarded; the implementation SHOULD log the
  1277.       occurance, and notify an operator as appropriate.
  1278.  
  1279.    -  Once a valid message has been received, later Value_Responses with
  1280.       both matching cookies are also silently discarded, until a new
  1281.       Cookie_Request is sent.
  1282.  
  1283.    When the message is valid, the Initiator begins its parallel computa-
  1284.    tion of the shared-secret.
  1285.  
  1286.    When the Initiator completes computation, it sends an Iden-
  1287.    tity_Request to the Responder.
  1288.  
  1289.  
  1290.  
  1291.  
  1292.  
  1293.  
  1294.  
  1295.  
  1296.  
  1297.  
  1298.  
  1299.  
  1300.  
  1301.  
  1302.  
  1303.  
  1304.  
  1305.  
  1306.  
  1307.  
  1308.  
  1309.  
  1310.  
  1311.  
  1312.  
  1313.  
  1314.  
  1315.  
  1316.  
  1317. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 23]
  1318. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1319.  
  1320.  
  1321. 4.1.  Value_Request
  1322.  
  1323.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1324.    |                                                               |
  1325.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  1326.    |                                                               |
  1327.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1328.    |                                                               |
  1329.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1330.    |                                                               |
  1331.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1332.    |    Message    |    Counter    |         Scheme-Choice         |
  1333.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1334.    |                                                               |
  1335.    ~                   Initiator-Exchange-Value                    ~
  1336.    |                                                               |
  1337.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1338.    |  Initiator-Offered-Attributes ...
  1339.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
  1340.  
  1341.  
  1342.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Cookie_Response.
  1343.  
  1344.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Cookie_Response.
  1345.  
  1346.    Message          2
  1347.  
  1348.    Counter          1 byte.  Copied from the Cookie_Response.
  1349.  
  1350.    Scheme-Choice    2 bytes.  A value selected by the Initiator from the
  1351.                     list of Offered-Schemes in the Cookie_Response.
  1352.  
  1353.                     Only the Scheme is specified; the Size will match
  1354.                     the Initiator-Exchange-Value, and the Value(s) are
  1355.                     implicit.
  1356.  
  1357.    Initiator-Exchange-Value
  1358.                     Variable Precision Integer.  Provided by the Initia- |
  1359.                     tor for calculating a shared-secret between the par-
  1360.                     ties.  The Value format is indicated by the Scheme-
  1361.                     Choice.
  1362.  
  1363.                     The field may be any integral number of bytes in
  1364.                     length, as indicated by its Size field.  It does not
  1365.                     require any particular alignment.  The 32-bit align-
  1366.                     ment shown is for convenience in the illustration.
  1367.  
  1368.  
  1369.  
  1370.  
  1371.  
  1372. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 24]
  1373. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1374.  
  1375.  
  1376.    Initiator-Offered-Attributes
  1377.                     4 or more bytes.  A list of Security Parameter
  1378.                     attributes supported by the Initiator.
  1379.  
  1380.                     The contents and usage of this list are further
  1381.                     described in "Offered Attributes List".  The end of
  1382.                     the list is indicated by the UDP Length.
  1383.  
  1384.  
  1385.  
  1386. 4.2.  Value_Response
  1387.  
  1388.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1389.    |                                                               |
  1390.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  1391.    |                                                               |
  1392.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1393.    |                                                               |
  1394.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1395.    |                                                               |
  1396.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1397.    |    Message    |                    Reserved                   |
  1398.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1399.    |                                                               |
  1400.    ~                   Responder-Exchange-Value                    ~
  1401.    |                                                               |
  1402.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1403.    |  Responder-Offered-Attributes ...
  1404.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
  1405.  
  1406.  
  1407.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  1408.  
  1409.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  1410.  
  1411.    Message          3
  1412.  
  1413.    Reserved         3 bytes.  For future use; MUST be set to zero when
  1414.                     transmitted, and MUST be ignored when received.
  1415.  
  1416.    Responder-Exchange-Value
  1417.                     Variable Precision Integer.  Provided by the Respon- |
  1418.                     der for calculating a shared-secret between the par-
  1419.                     ties.  The Value format is indicated by the current
  1420.                     Scheme-Choice specified in the Value_Request.
  1421.  
  1422.                     The field may be any integral number of bytes in
  1423.                     length, as indicated by its Size field.  It does not
  1424.  
  1425.  
  1426.  
  1427. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 25]
  1428. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1429.  
  1430.  
  1431.                     require any particular alignment.  The 32-bit align-
  1432.                     ment shown is for convenience in the illustration.
  1433.  
  1434.    Responder-Offered-Attributes
  1435.                     4 or more bytes.  A list of Security Parameter
  1436.                     attributes supported by the Responder.
  1437.  
  1438.                     The contents and usage of this list are further
  1439.                     described in "Offered Attributes List".  The end of
  1440.                     the list is indicated by the UDP Length.
  1441.  
  1442.  
  1443.  
  1444. 4.3.  Offered Attribute List
  1445.  
  1446.    This list includes those attributes supported by the party that are
  1447.    available to the other party.  The attribute formats are specified in
  1448.    the "Basic Attributes".
  1449.  
  1450.    The list is composed of two or three sections: Identification-
  1451.    Attributes, Authentication-Attributes, and (optional) Encapsulation-
  1452.    Attributes.  Within each section, the attributes are ordered from
  1453.    most to least preferable.
  1454.  
  1455.    The first section of the list includes methods of identification.  An
  1456.    Identity-Choice is selected from this list.
  1457.  
  1458.    The second section of the list begins with "AH-Attributes" (#1).  It
  1459.    includes methods of authentication, and other operational types.
  1460.  
  1461.    The third section of the list begins with "ESP-Attributes" (#2).  It
  1462.    includes methods of authentication, compression, encryption, and
  1463.    other operational types.  When no Encapsulation-Attributes are
  1464.    offered, the "ESP-Attributes" attribute itself is omitted from the
  1465.    list.
  1466.  
  1467.    Attribute-Choices are selected from the latter two sections of the
  1468.    list.
  1469.  
  1470.    Support is required for the "MD5-IPMAC Symmetric Identification" (#3) |
  1471.    and "MD5-IPMAC Authentication" (#5) attributes, and they SHOULD be    |
  1472.    present in every Offered-Attributes list.
  1473.  
  1474.  
  1475.  
  1476.  
  1477.  
  1478.  
  1479.  
  1480.  
  1481.  
  1482. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 26]
  1483. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1484.  
  1485.  
  1486.    Implementation Notes:
  1487.  
  1488.       Since the offer is made by the prospective SPI User (sender),
  1489.       order of preference likely reflects the capabilities and engineer-
  1490.       ing tradeoffs of a particular implementation.
  1491.  
  1492.       However, the critical processing bottlenecks are frequently in the
  1493.       receiver.  The SPI Owner (receiver) may express its needs by
  1494.       choosing a less preferable attribute.
  1495.  
  1496.       The order may also be affected by operational policy and requested
  1497.       services for an application.  Such considerations are outside the
  1498.       scope of this document.
  1499.  
  1500.  
  1501. 5.  Identification Exchange
  1502.  
  1503.    Initiator                            Responder
  1504.    =========                            =========
  1505.    Identity_Request               ->
  1506.       make SPI
  1507.       pick SPI attribute(s)
  1508.       identify self
  1509.       authenticate
  1510.       make privacy key(s)
  1511.       mask/encrypt message
  1512.                                    <-   Identity_Response
  1513.                                            make SPI
  1514.                                            pick SPI attribute(s)
  1515.                                            identify self
  1516.                                            authenticate
  1517.                                            make privacy key(s)
  1518.                                            mask/encrypt message
  1519.  
  1520.                [make SPI session-keys in each direction]
  1521.  
  1522.    The exchange of messages is ordered, although the formats and mean-
  1523.    ings of the messages are identical in each direction.  The messages
  1524.    are easily distinguished by the parties themselves, by examining the
  1525.    Message and Identification fields.
  1526.  
  1527.    Implementation Notes:
  1528.  
  1529.       The amount of time for the calculation may be dependent on the
  1530.       value of particular bits in secret values used in generating the
  1531.       shared-secret or identity verification.  To prevent analysis of
  1532.       these secret bits by recording the time for calculation, sending
  1533.       of the Identity_Messages SHOULD be delayed until the time expected
  1534.  
  1535.  
  1536.  
  1537. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 27]
  1538. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1539.  
  1540.  
  1541.       for the longest calculation.  This will be different for different
  1542.       processor speeds, different algorithms, and different length vari-
  1543.       ables.  Therefore, the method for estimating time is implementa-
  1544.       tion dependent.
  1545.  
  1546.       Any authenticated and/or encrypted user datagrams received before
  1547.       the completion of identity verification can be placed on a queue
  1548.       pending completion of this step.  If verification succeeds, the
  1549.       queue is processed as though the datagrams had arrived subsequent
  1550.       to the verification.  If verification fails, the queue is dis-
  1551.       carded.
  1552.  
  1553.  
  1554. 5.0.1.  Send Identity_Request
  1555.  
  1556.    The Initiator chooses an appropriate Identification, the SPI and
  1557.    SPILT, a set of Attributes for the SPI, calculates the Verification,
  1558.    and masks the message using the Privacy-Method indicated by the cur-
  1559.    rent Scheme-Choice.
  1560.  
  1561.    The Initiator also starts a retransmission timer.  If no valid Iden-
  1562.    tity_Response arrives within the time limit, its previous Iden-
  1563.    tity_Request is retransmitted for the remaining number of Retransmis-
  1564.    sions.
  1565.  
  1566.    When Retransmissions have been exceeded, if a Bad_Cookie message has
  1567.    been received during the exchange, the Initiator SHOULD begin the
  1568.    Photuris exchange again by sending a new Cookie_Request.
  1569.  
  1570.  
  1571. 5.0.2.  Receive Identity_Request
  1572.  
  1573.    The Responder validates the pair of Cookies, the Padding, the Identi-
  1574.    fication, the Verification, and the Attribute-Choices.
  1575.  
  1576.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, a Bad_Cookie mes-
  1577.       sage is sent.
  1578.  
  1579.    -  Whenever invalid Padding is detected, an invalid Identification is
  1580.       detected, or the message verification fails, a Verifica-
  1581.       tion_Failure message is sent.
  1582.  
  1583.    -  Whenever the variable length Attribute-Choices do not match the
  1584.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  1585.       Offered-Attributes, the message is silently discarded.
  1586.  
  1587.    -  Whenever such a problem is detected, the Security Association is
  1588.       not established; the implementation SHOULD log the occurance, and
  1589.  
  1590.  
  1591.  
  1592. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 28]
  1593. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1594.  
  1595.  
  1596.       notify an operator as appropriate.
  1597.  
  1598.    When the message is valid, the Responder sets its Exchange timer to
  1599.    the Exchange LifeTime (if this has not already been done for a previ-
  1600.    ous exchange).  When its parallel computation of the shared-secret is
  1601.    complete, the Responder returns an Identity_Response.
  1602.  
  1603.    The Responder keeps a copy of the incoming Identity_Request values,
  1604.    and its Identity_Response.  If a duplicate Identity_Request is
  1605.    received, it merely resends its previous Identity_Response, and takes
  1606.    no further action.
  1607.  
  1608.  
  1609. 5.0.3.  Send Identity_Response
  1610.  
  1611.    The Responder chooses an appropriate Identification, the SPI and
  1612.    SPILT, a set of Attributes for the SPI, calculates the Verification,
  1613.    and masks the message using the Privacy-Method indicated by the cur-
  1614.    rent Scheme-Choice.
  1615.  
  1616.    The Responder calculates the SPI session-keys in both directions.
  1617.  
  1618.    At this time, the Responder begins the authentication and/or encryp-
  1619.    tion of user datagrams.
  1620.  
  1621.  
  1622. 5.0.4.  Receive Identity_Response
  1623.  
  1624.    The Initiator validates the pair of Cookies, the Padding, the Identi-
  1625.    fication, the Verification, and the Attribute-Choices.
  1626.  
  1627.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, the message is
  1628.       silently discarded.
  1629.  
  1630.    -  Whenever invalid Padding is detected, an invalid Identification is
  1631.       detected, or the message verification fails, a Verifica-
  1632.       tion_Failure message is sent.
  1633.  
  1634.    -  Whenever the variable length Attribute-Choices do not match the
  1635.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  1636.       Offered-Attributes, the message is silently discarded.
  1637.  
  1638.    -  Whenever such a problem is detected, the Security Association is
  1639.       not established; the implementation SHOULD log the occurance, and
  1640.       notify an operator as appropriate.
  1641.  
  1642.    -  Once a valid message has been received, later Identity_Responses
  1643.       with both matching cookies are also silently discarded, until a
  1644.  
  1645.  
  1646.  
  1647. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 29]
  1648. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1649.  
  1650.  
  1651.       new Cookie_Request is sent.
  1652.  
  1653.    When the message is valid, the Initiator sets its Exchange timer to
  1654.    the Exchange LifeTime (if this has not already been done for a previ-
  1655.    ous exchange).
  1656.  
  1657.    The Initiator calculates the SPI session-keys in both directions.
  1658.  
  1659.    At this time, the Initiator begins the authentication and/or encryp-
  1660.    tion of user datagrams.
  1661.  
  1662.  
  1663. 5.1.  Identity_Messages
  1664.  
  1665.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1666.    |                                                               |
  1667.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  1668.    |                                                               |
  1669.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1670.    |                                                               |
  1671.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  1672.    |                                                               |
  1673.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1674.    |    Message    |                    LifeTime                   |
  1675.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1676.    |                   Security-Parameters-Index                   |     |
  1677.    +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
  1678.    |        Identity-Choice        |                               |
  1679.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
  1680.    |                                                               |
  1681.    ~                        Identification                         ~
  1682.    |                                                               |
  1683.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1684.    |                                                               |
  1685.    ~                         Verification                          ~
  1686.    |                                                               |
  1687.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1688.    |  Attribute-Choices ...
  1689.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1690.                              ... Padding                           |
  1691.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1692.  
  1693.  
  1694.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  1695.  
  1696.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  1697.  
  1698.  
  1699.  
  1700.  
  1701.  
  1702. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 30]
  1703. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1704.  
  1705.  
  1706.    Message          4 (Request) or 7 (Response)
  1707.  
  1708.    LifeTime         3 bytes.  The number of seconds remaining before the
  1709.                     indicated SPI expires.
  1710.  
  1711.                     When the SPI is zero, this field MUST be filled with
  1712.                     a random non-zero value.
  1713.  
  1714.    Security-Parameters-Index (SPI)
  1715.                     4 bytes.  The SPI to be used for incoming communica-
  1716.                     tions.
  1717.  
  1718.                     When zero, indicates that no SPI is created in this
  1719.                     direction.
  1720.  
  1721.    Identity-Choice  2 or more bytes.  An identity attribute is selected
  1722.                     from the list of Offered-Attributes sent by the
  1723.                     peer, and is used to calculate the Verification.
  1724.  
  1725.                     The field may be any integral number of bytes in
  1726.                     length, as indicated by its Length field.  It does
  1727.                     not require any particular alignment.  The 16-bit
  1728.                     alignment shown is for convenience in the illustra-
  1729.                     tion.
  1730.  
  1731.    Identification   Variable Precision Integer, or alternative format    |
  1732.                     indicated by the Identity-Choice.  See the "Basic
  1733.                     Attributes" for details.
  1734.  
  1735.                     The field may be any integral number of bytes in
  1736.                     length.  It does not require any particular align-
  1737.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  1738.                     in the illustration.
  1739.  
  1740.    Verification     Variable Precision Integer, or alternative format    |
  1741.                     indicated by the Identity-Choice.  The calculation
  1742.                     of the value is described in "Identity Verifica-
  1743.                     tion".
  1744.  
  1745.                     The field may be any integral number of bytes in
  1746.                     length.  It does not require any particular align-
  1747.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  1748.                     in the illustration.
  1749.  
  1750.    Attribute-Choices
  1751.                     0 or more bytes.  When the SPI is non-zero, a list
  1752.                     of attributes selected from the list of Offered-
  1753.                     Attributes supported by the peer.
  1754.  
  1755.  
  1756.  
  1757. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 31]
  1758. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1759.  
  1760.  
  1761.                     The contents and usage of this list are further
  1762.                     described in "Attribute Choices List".  The end of
  1763.                     the list is indicated by the UDP Length after remov-
  1764.                     ing the Padding (UDP Length - last Padding value).
  1765.  
  1766.    Padding          8 to 255 bytes.  This field is filled up to at least
  1767.                     a 128 byte boundary, measured from the beginning of
  1768.                     the message.  The number of pad bytes are chosen
  1769.                     randomly.
  1770.  
  1771.                     In addition, when a Privacy-Method indicated by the
  1772.                     current Scheme-Choice requires the plaintext to be a
  1773.                     multiple of some number of bytes (the block size of
  1774.                     a block cipher), this field is adjusted as necessary
  1775.                     to the size required by the algorithm.
  1776.  
  1777.                     Self-Describing-Padding begins with the value 1.
  1778.                     Each byte contains the index of that byte.  Thus,
  1779.                     the final pad byte indicates the number of pad bytes
  1780.                     to remove.  For example, when the unpadded message
  1781.                     length is 120 bytes, the padding values might be 1,
  1782.                     2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8.
  1783.  
  1784.    The portion of the message after the SPI field is masked using the
  1785.    Privacy-Method indicated by the current Scheme-Choice.
  1786.  
  1787.    The fields following the SPI are opaque.  That is, the values are set
  1788.    prior to masking (and optional encryption), and examined only after
  1789.    unmasking (and optional decryption).
  1790.  
  1791.  
  1792. 5.2.  Attribute Choices List
  1793.  
  1794.    This list specifies the attributes of the SPI.  The attribute formats
  1795.    are specified in the "Basic Attributes".
  1796.  
  1797.    The list is composed of one or two sections: Authentication-
  1798.    Attributes, and/or Encapsulation-Attributes.
  1799.  
  1800.    When sending from the SPI User to the SPI Owner, the attributes are
  1801.    processed in the order listed.  For example,
  1802.  
  1803.  
  1804.  
  1805.  
  1806.  
  1807.  
  1808.  
  1809.  
  1810.  
  1811.  
  1812. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 32]
  1813. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1814.  
  1815.  
  1816.       "ESP-Attributes",
  1817.       "ESP-Sequence",
  1818.       "Deflate Compression",
  1819.       "DES-CBC Encryption",
  1820.       "DES Decryption",
  1821.       "DES-CBC Encryption",
  1822.       "AH-Attributes",
  1823.       "MD5-IPMAC Authentication",                                        |
  1824.  
  1825.    would result in ESP with sequence numbers, compression and triple
  1826.    encryption (inside), and then AH authentication (outside) of the ESP
  1827.    payload.
  1828.  
  1829.    The SPI Owner will naturally process the datagram in the reverse
  1830.    order.
  1831.  
  1832.    This ordering also affects the order of key generation.  Both SPI
  1833.    Owner and SPI User generate the keys in the order listed.
  1834.  
  1835.    Implementation Notes:
  1836.  
  1837.       When choices are made from the list of Offered-Attributes, it is
  1838.       not required that any Security Association include every kind of
  1839.       offered attribute in any single SPI, or that a separate SPI be
  1840.       created for every offered attribute.
  1841.  
  1842.       Some kinds of attributes may be included more than once in a sin-
  1843.       gle SPI.  The set of allowable combinations of attributes are
  1844.       dependent on implementation and operational policy.  Such consid-
  1845.       erations are outside the scope of this document.
  1846.  
  1847.  
  1848. 5.3.  Shared-Secret
  1849.  
  1850.    A shared-secret is used in a number of calculations.  Regardless of   |
  1851.    the internal representation of the shared-secret, when used in calcu-
  1852.    lations it is in the same form as the Value part of a Variable Preci- |
  1853.    sion Integer:
  1854.  
  1855.     - most significant byte first.
  1856.     - bits used are right justified within byte boundaries.
  1857.     - any unused bits are in the most significant byte.
  1858.     - unused bits are zero filled.
  1859.  
  1860.    The shared-secret does not include a Size field.
  1861.  
  1862.  
  1863.  
  1864.  
  1865.  
  1866.  
  1867. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 33]
  1868. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1869.  
  1870.  
  1871. 5.4.  Integrity Check
  1872.  
  1873.    After unmasking (and optional decryption), if a decryption failure is
  1874.    detected, the Padding bytes are not the correct values, or the Iden-
  1875.    tification format is unrecognizable, the users are notified, and a
  1876.    Verification_Failure message is sent, without adding any SPI.  For
  1877.    any other message format processing failures, the message is silently
  1878.    discarded.  Otherwise, the usual identity verification procedures
  1879.    begin.
  1880.  
  1881.  
  1882. 5.5.  Identity Verification
  1883.  
  1884.    These messages are authenticated using the Identity-Choice.  The Ver-
  1885.    ification value is calculated prior to masking (and optional encryp-
  1886.    tion), and verified after unmasking (and optional decryption).
  1887.  
  1888.    The Identity-Choice authentication function is supplied with two
  1889.    input values:
  1890.  
  1891.     - the sender (SPI Owner) verification-key,                           |
  1892.     - the data to be verified (as a concatenated sequence of bytes).
  1893.  
  1894.    The resulting output value is stored in the Verification field.
  1895.  
  1896.    The Identity-Choice verification data consists of the following con-  |
  1897.    catenated values:
  1898.  
  1899.     + the Initiator Cookie,
  1900.     + the Responder Cookie,
  1901.     + the Message, LifeTime and SPI fields,
  1902.     + the Responder Offered-Schemes,
  1903.     + the SPI Owner Exchange-Value,
  1904.     + the SPI Owner Offered-Attributes,
  1905.     + the SPI Owner Identification,
  1906.     + the SPI User Exchange-Value,                                       -
  1907.     + the SPI User Offered-Attributes,
  1908.     + the SPI User Identity Verification (response only),                |
  1909.     + the Attribute-Choices following the Verification field,
  1910.     + the Padding.
  1911.  
  1912.    Note that the order of the Exchange-Value and Offered-Attribute
  1913.    fields is different in each direction, and the Identification and SPI |
  1914.    fields are also likely to be different in each direction.  Note also  |
  1915.    that the SPI User Identity Verification (from the Identity_Request)   |
  1916.    is present only in the Identity_Response.
  1917.  
  1918.    If the verification fails, the users are notified, and a
  1919.  
  1920.  
  1921.  
  1922. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 34]
  1923. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1924.  
  1925.  
  1926.    Verification_Failure message is sent, without adding any SPI.  On
  1927.    success, normal operation begins with the authentication and/or
  1928.    encryption of user datagrams.
  1929.  
  1930.    Implementation Notes:
  1931.  
  1932.       This is distinct from any authentication method specified for the
  1933.       SPI.
  1934.  
  1935.       The exact details of the Identification and verification-key       |
  1936.       included in the Verification calculation are dependent on the
  1937.       Identity-Choice, as described in the "Basic Attributes".
  1938.  
  1939.       Each party may wish to keep their own trusted databases, such as
  1940.       the Pretty Good Privacy (PGP) web of trust, and accept only those
  1941.       identities found there.  Failure to find the Identification in
  1942.       either an internal or external database results in the same Veri-
  1943.       fication_Failure message as failure of the verification computa-
  1944.       tion.
  1945.  
  1946.       The Exchange-Value data includes both the Size and Value fields.
  1947.       The Offered-Attributes and Attribute-Choices data includes the
  1948.       Attribute, Length and Value fields.
  1949.  
  1950.  
  1951. 5.6.  Privacy-Key Computation
  1952.  
  1953.    Identification Exchange messages are masked using the Privacy-Method
  1954.    indicated by the current Scheme-Choice.  Masking begins with the next
  1955.    field after the SPI, and continues to the end of the data indicated
  1956.    by the UDP Length, including the Padding.
  1957.  
  1958.    The Scheme-Choice specified Key-Generation-Function is used to create
  1959.    a special privacy-key for each message.  This function is calculated
  1960.    over the following concatenated values:
  1961.  
  1962.     + the SPI Owner Exchange-Value,                                      -
  1963.     + the SPI User Exchange-Value,
  1964.     + the Initiator Cookie,                                              +
  1965.     + the Responder Cookie,                                              +
  1966.     + the Message, LifeTime and SPI (or Reserved) fields,                +
  1967.     + the computed shared-secret.
  1968.  
  1969.    Since the order of the Exchange-Value fields is different in each
  1970.    direction, and the Message, LifeTime and SPI fields are also differ-  |
  1971.    ent in each direction, the resulting privacy-key will usually be dif-
  1972.    ferent in each direction.
  1973.  
  1974.  
  1975.  
  1976.  
  1977. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 35]
  1978. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  1979.  
  1980.  
  1981.    When a larger number of keying-bits are needed than are available
  1982.    from one iteration of the specified Key-Generation-Function, more
  1983.    keying-bits are generated by duplicating the trailing shared-secret,
  1984.    and recalculating the function.  That is, the first iteration will
  1985.    have one trailing copy of the shared-secret, the second iteration
  1986.    will have two trailing copies of the shared-secret, and so forth.
  1987.  
  1988.    Implementation Notes:
  1989.  
  1990.       This is distinct from any encryption method specified for the SPI.
  1991.  
  1992.       The length of the Padding, and other details, are dependent on the
  1993.       Privacy-Method.  See the "Basic Privacy-Method" list for details.
  1994.  
  1995.       To avoid keeping the Exchange-Values in memory after the initial   +
  1996.       verification, it is often possible to pre-compute the function     +
  1997.       over the initial bytes of the concatenated data values for each    +
  1998.       direction, and append the trailing copies of the shared-secret.    +
  1999.  
  2000.       The Exchange-Value data includes both the Size and Value fields.
  2001.  
  2002.  
  2003. 5.7.  Session-Key Computation
  2004.  
  2005.    Each SPI has one or more session-keys.  These keys are generated
  2006.    based on the attributes of the SPI.  See the "Basic Attributes" for
  2007.    details.
  2008.  
  2009.    The Scheme-Choice specified Key-Generation-Function is used to create
  2010.    the SPI session-key for that particular attribute.  This function is
  2011.    calculated over the following concatenated values:
  2012.  
  2013.     + the Initiator Cookie,
  2014.     + the Responder Cookie,
  2015.     + the SPI Owner generation-key,                                      |
  2016.     + the SPI User generation-key,                                       |
  2017.     + the message Verification field,
  2018.     + the computed shared-secret.
  2019.  
  2020.    Since the order of the generation-keys is different in each direc-    +
  2021.    tion, and the Verification field is also likely to be different in    +
  2022.    each direction, the resulting session-key will usually be different   +
  2023.    in each direction.                                                    +
  2024.  
  2025.    When a larger number of keying-bits are needed than are available
  2026.    from one iteration of the specified Key-Generation-Function, more
  2027.    keying-bits are generated by duplicating the trailing shared-secret,
  2028.    and recalculating the function.  That is, the first iteration will
  2029.  
  2030.  
  2031.  
  2032. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 36]
  2033. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2034.  
  2035.  
  2036.    have one trailing copy of the shared-secret, the second iteration
  2037.    will have two trailing copies of the shared-secret, and so forth.
  2038.  
  2039.    Implementation Notes:
  2040.  
  2041.       This is distinct from any privacy-key generated for the Photuris
  2042.       exchange.  Different initialization data is used, and iterations
  2043.       are maintained separately.
  2044.  
  2045.       The exact details of the Verification field and generation-keys    |
  2046.       that are included in the session-key calculation are dependent on
  2047.       the Identity-Choices, as described in the "Basic Attributes".
  2048.  
  2049.       To avoid keeping the generation-keys in memory after the initial   |
  2050.       verification, it is often possible to pre-compute the function     |
  2051.       over the initial bytes of the concatenated data values for each
  2052.       direction, and append the trailing copies of the shared-secret.
  2053.  
  2054.       When both authentication and encryption attributes are used for
  2055.       the same SPI, there may be multiple session-keys associated with
  2056.       the same SPI.  These session-keys are generated in the order of
  2057.       the Attribute-Choices list.
  2058.  
  2059.  
  2060. 6.  SPI Messages
  2061.  
  2062.    SPI User                             SPI Owner
  2063.    ========                             =========
  2064.    SPI_Needed                     ->
  2065.       list SPI attribute(s)
  2066.       make validity key
  2067.       authenticate
  2068.       make privacy key(s)
  2069.       mask/encrypt message
  2070.                                    <-   SPI_Update
  2071.                                            make SPI
  2072.                                            pick SPI attribute(s)
  2073.                                            make SPI session-key(s)
  2074.                                            make validity key
  2075.                                            authenticate
  2076.                                            make privacy key(s)
  2077.                                            mask/encrypt message
  2078.  
  2079.    The exchange of messages is not related to the Initiator and Respon-
  2080.    der.  Instead, either party may send one of these messages at any
  2081.    time.  The messages are easily distinguished by the parties.
  2082.  
  2083.  
  2084.  
  2085.  
  2086.  
  2087. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 37]
  2088. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2089.  
  2090.  
  2091. 6.0.1.  Send SPI_Needed
  2092.  
  2093.    At any time after completion of the Identification Exchange, either
  2094.    party can send SPI_Needed.  This message is sent when a prospective
  2095.    SPI User needs particular attributes for a datagram (such as confi-
  2096.    dentiality), and no current SPI has those attributes.
  2097.  
  2098.    The prospective SPI User selects from the intersection of attributes
  2099.    that both parties have previously offered, calculates the Verifica-
  2100.    tion, and masks the message using the Privacy-Method indicated by the
  2101.    current Scheme-Choice.
  2102.  
  2103.  
  2104. 6.0.2.  Receive SPI_Needed
  2105.  
  2106.    The potential SPI Owner validates the pair of Cookies, the Padding,
  2107.    the Verification, and the Attributes-Needed.
  2108.  
  2109.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, a Bad_Cookie mes-
  2110.       sage is sent.
  2111.  
  2112.    -  Whenever invalid Padding is detected, or the message verification
  2113.       fails, a Verification_Failure message is sent.
  2114.  
  2115.    -  When too many SPI values are already in use for this particular
  2116.       peer, or some other resource limit is reached, a Resource_Limit
  2117.       message is sent.
  2118.  
  2119.    -  Whenever the variable length Attributes-Needed do not match the
  2120.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  2121.       Offered-Attributes, the message is silently discarded.
  2122.  
  2123.    -  Whenever such a problem is detected, the SPI is not established;
  2124.       the implementation SHOULD log the occurance, and notify an opera-
  2125.       tor as appropriate.
  2126.  
  2127.    When the message is valid, the party SHOULD send SPI_Update with the
  2128.    necessary attributes.
  2129.  
  2130.    If an existing SPI has those attributes, that SPI is returned in the
  2131.    SPI_Update with the remaining SPILT.
  2132.  
  2133.  
  2134.  
  2135.  
  2136.  
  2137.  
  2138.  
  2139.  
  2140.  
  2141.  
  2142. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 38]
  2143. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2144.  
  2145.  
  2146. 6.0.3.  Send SPI_Update
  2147.  
  2148.    At any time after completion of the Identification Exchange, either
  2149.    party can send SPI_Update.  This message has effect in only one
  2150.    direction, from the SPI Owner to the SPI User.
  2151.  
  2152.    The SPI Owner chooses the SPI and SPILT, a set of Attributes for the
  2153.    SPI, calculates the Verification, and masks the message using the
  2154.    Privacy-Method indicated by the current Scheme-Choice.
  2155.  
  2156.  
  2157. 6.0.4.  Receive SPI_Update
  2158.  
  2159.    The prospective SPI User validates the pair of Cookies, the Padding,
  2160.    the Verification, and the Attributes-Needed.
  2161.  
  2162.    -  Whenever an invalid/expired cookie is detected, a Bad_Cookie mes-
  2163.       sage is sent.
  2164.  
  2165.    -  Whenever invalid Padding is detected, or the message verification
  2166.       fails, a Verification_Failure message is sent.
  2167.  
  2168.    -  Whenever the variable length Attribute-Choices do not match the
  2169.       UDP Length, or the attributes are not a subset of those in the
  2170.       Offered-Attributes, or the message modifies an existing SPI, the
  2171.       message is silently discarded.
  2172.  
  2173.    -  Whenever such a problem is detected, the SPI is not established;
  2174.       the implementation SHOULD log the occurance, and notify an opera-
  2175.       tor as appropriate.
  2176.  
  2177.    When the message is valid, further actions are dependent on the value
  2178.    of the LifeTime field, as described later.
  2179.  
  2180.  
  2181. 6.0.5.  Automated SPI_Updates
  2182.  
  2183.    Each SPI requires replacement under several circumstances:
  2184.  
  2185.    -  the volume of data processed (inhibiting probability cryptanaly-
  2186.       sis),
  2187.  
  2188.    -  exhaustion of available anti-replay Sequence Numbers,
  2189.  
  2190.    -  and expiration of the LifeTime.
  2191.  
  2192.    In general, a determination is made upon receipt of a datagram.  If
  2193.    the transform specific processing finds that refreshment is needed,
  2194.  
  2195.  
  2196.  
  2197. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 39]
  2198. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2199.  
  2200.  
  2201.    an automated SPI_Update is triggered.
  2202.  
  2203.    In addition, automated SPI_Updates allow rapid SPI refreshment for
  2204.    high bandwidth applications in a high delay environment.  The update
  2205.    messages flow in the opposite direction from the primary traffic,
  2206.    conserving bandwidth and avoiding service interruption.
  2207.  
  2208.    When creating each SPI, the implementation MAY optionally set an
  2209.    Update TimeOut (UTO); by default, to half the value of the LifeTime
  2210.    (SPILT/2).  This time is highly dynamic, and adjustable to provide an
  2211.    automated SPI_Update long before transform specific processing.  If
  2212.    no new Photuris exchange occurs within the time limit, and the cur-
  2213.    rent exchange state has not expired, an automated SPI_Update is sent.
  2214.  
  2215.  
  2216. 6.1.  SPI_Needed
  2217.  
  2218.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2219.    |                                                               |
  2220.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  2221.    |                                                               |
  2222.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2223.    |                                                               |
  2224.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  2225.    |                                                               |
  2226.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2227.    |    Message    |                  Reserved-LT                  |
  2228.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2229.    |                         Reserved-SPI                          |
  2230.    +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
  2231.    |                                                               |
  2232.    ~                         Verification                          ~
  2233.    |                                                               |
  2234.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2235.    |  Attributes-Needed ...
  2236.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2237.                              ... Padding                           |
  2238.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2239.  
  2240.  
  2241.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  2242.  
  2243.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  2244.  
  2245.    Message          8
  2246.  
  2247.    Reserved-LT      3 bytes.  For future use; MUST be filled with a ran-
  2248.                     dom non-zero value when transmitted, and MUST be
  2249.  
  2250.  
  2251.  
  2252. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 40]
  2253. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2254.  
  2255.  
  2256.                     ignored when received.
  2257.  
  2258.    Reserved-SPI     4 bytes.  For future use; MUST be set to zero when
  2259.                     transmitted, and MUST be ignored when received.
  2260.  
  2261.    Verification     Variable Precision Integer, or other format indi-    |
  2262.                     cated by the current Scheme-Choice.  The calculation
  2263.                     of the value is described in "Validity Verifica-
  2264.                     tion".
  2265.  
  2266.                     The field may be any integral number of bytes in
  2267.                     length.  It does not require any particular align-
  2268.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  2269.                     in the illustration.
  2270.  
  2271.    Attributes-Needed
  2272.                     4 or more bytes.  A list of two or more attributes,
  2273.                     selected from the list of Offered-Attributes sup-
  2274.                     ported by the peer.
  2275.  
  2276.                     The contents and usage of this list are as previ-
  2277.                     ously described in "Attribute Choices List".  The
  2278.                     end of the list is indicated by the UDP Length after
  2279.                     removing the Padding (UDP Length - last Padding
  2280.                     value).
  2281.  
  2282.    Padding          8 or more bytes.  The message is padded in the same
  2283.                     fashion specified for Identification Exchange mes-
  2284.                     sages.
  2285.  
  2286.    The portion of the message after the SPI field is masked using the
  2287.    Privacy-Method indicated by the current Scheme-Choice.
  2288.  
  2289.    The fields following the SPI are opaque.  That is, the values are set
  2290.    prior to masking (and optional encryption), and examined only after
  2291.    unmasking (and optional decryption).
  2292.  
  2293.  
  2294.  
  2295.  
  2296.  
  2297.  
  2298.  
  2299.  
  2300.  
  2301.  
  2302.  
  2303.  
  2304.  
  2305.  
  2306.  
  2307. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 41]
  2308. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2309.  
  2310.  
  2311. 6.2.  SPI_Update
  2312.  
  2313.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2314.    |                                                               |
  2315.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  2316.    |                                                               |
  2317.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2318.    |                                                               |
  2319.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  2320.    |                                                               |
  2321.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2322.    |    Message    |                    LifeTime                   |
  2323.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2324.    |                   Security-Parameters-Index                   |     |
  2325.    +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
  2326.    |                                                               |
  2327.    ~                         Verification                          ~
  2328.    |                                                               |
  2329.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2330.    |  Attribute-Choices ...
  2331.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2332.                              ... Padding                           |
  2333.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2334.  
  2335.  
  2336.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  2337.  
  2338.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the Value_Request.
  2339.  
  2340.    Message          9
  2341.  
  2342.    LifeTime         3 bytes.  The number of seconds remaining before the
  2343.                     indicated SPI expires.  The value zero indicates
  2344.                     deletion of the indicated SPI.
  2345.  
  2346.    Security-Parameters-Index (SPI)
  2347.                     4 bytes.  The SPI to be used for incoming communica-
  2348.                     tions.
  2349.  
  2350.                     This may be a new SPI value (for creation), or an
  2351.                     existing SPI value (for deletion).  The value zero
  2352.                     indicates special processing.
  2353.  
  2354.    Verification     Variable Precision Integer, or other format indi-    |
  2355.                     cated by the current Scheme-Choice.  The calculation
  2356.                     of the value is described in "Validity Verifica-
  2357.                     tion".
  2358.  
  2359.  
  2360.  
  2361.  
  2362. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 42]
  2363. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2364.  
  2365.  
  2366.                     The field may be any integral number of bytes in
  2367.                     length.  It does not require any particular align-
  2368.                     ment.  The 32-bit alignment shown is for convenience
  2369.                     in the illustration.
  2370.  
  2371.    Attribute-Choices
  2372.                     0 or more bytes.  When the SPI and SPILT are non-
  2373.                     zero, a list of attributes selected from the list of
  2374.                     Offered-Attributes supported by the peer.
  2375.  
  2376.                     The contents and usage of this list are as previ-
  2377.                     ously described in "Attribute Choices List".  The
  2378.                     end of the list is indicated by the UDP Length after
  2379.                     removing the Padding (UDP Length - last Padding
  2380.                     value).
  2381.  
  2382.    Padding          8 or more bytes.  The message is padded in the same
  2383.                     fashion specified for Identification Exchange mes-
  2384.                     sages.
  2385.  
  2386.    The portion of the message after the SPI field is masked using the
  2387.    Privacy-Method indicated by the current Scheme-Choice.
  2388.  
  2389.    The fields following the SPI are opaque.  That is, the values are set
  2390.    prior to masking (and optional encryption), and examined only after
  2391.    unmasking (and optional decryption).
  2392.  
  2393.  
  2394. 6.2.1.  Creation
  2395.  
  2396.    When the LifeTime is non-zero, and the SPI is also non-zero, the
  2397.    SPI_Update can be used to create a new SPI.  When the SPI is zero,
  2398.    the SPI_Update is silently discarded.
  2399.  
  2400.    The new session-keys are calculated in the same fashion as the Iden-
  2401.    tity_Messages.  Since the SPI value is always different than any pre-
  2402.    vious SPI during the Exchange LifeTime of the shared-secret, the
  2403.    resulting session-keys will necessarily be different from all others
  2404.    used in the same direction.
  2405.  
  2406.    No retransmission timer is necessary.  Success is indicated by the
  2407.    peer use of the new SPI.
  2408.  
  2409.    Should all creation attempts fail, eventually the peer will find that
  2410.    all existing SPIs have expired, and will begin the Photuris exchange
  2411.    again by sending a new Cookie_Request.  When appropriate, this
  2412.    Cookie_Request MAY include a Responder-Cookie to retain previous
  2413.    party pairings.
  2414.  
  2415.  
  2416.  
  2417. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 43]
  2418. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2419.  
  2420.  
  2421. 6.2.2.  Deletion
  2422.  
  2423.    When the LifeTime is zero, the SPI_Update can be used to delete a
  2424.    single existing SPI.  When the SPI is also zero, the SPI_Update will
  2425.    delete all existing SPIs related to this Security Association, and
  2426.    mark the Photuris exchange state as expired.  This is especially use-
  2427.    ful when the application that needed them terminates.
  2428.  
  2429.    No retransmission timer is necessary.  This message is advisory, to
  2430.    reduce the number of ICMP Security Failures messages.
  2431.  
  2432.    Should any deletion attempts fail, the peer will learn that the
  2433.    deleted SPIs are invalid through the normal ICMP Security Failures
  2434.    messages, and will initiate a Photuris exchange by sending a new
  2435.    Cookie_Request.
  2436.  
  2437.  
  2438. 6.2.3.  Modification
  2439.  
  2440.    The SPI_Update cannot be used to modify existing SPIs, such as
  2441.    lengthen an existing SPI LifeTime, resurrect an expired SPI, or
  2442.    add/remove an Attribute-Choice.
  2443.  
  2444.    On receipt, such an otherwise valid message is silently discarded.
  2445.  
  2446.  
  2447. 6.3.  Integrity Check
  2448.  
  2449.    The message format integrity is checked in the same fashion specified
  2450.    for Identification Exchange messages.
  2451.  
  2452.  
  2453. 6.4.  Validity Verification
  2454.  
  2455.    These messages are authenticated using the Validity-Method indicated
  2456.    by the current Scheme-Choice.  The Verification value is calculated
  2457.    prior to masking (and optional encryption), and verified after
  2458.    unmasking (and optional decryption).
  2459.  
  2460.    The Validity-Method authentication function is supplied with two
  2461.    input values:
  2462.  
  2463.     - the sender (SPI Owner) verification-key,                           |
  2464.     - the data to be verified (as a concatenated sequence of bytes).
  2465.  
  2466.    The resulting output value is stored in the Verification field.
  2467.  
  2468.    The Validity-Method verification data consists of the following       |
  2469.  
  2470.  
  2471.  
  2472. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 44]
  2473. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2474.  
  2475.  
  2476.    concatenated values:
  2477.  
  2478.     + the Initiator Cookie,
  2479.     + the Responder Cookie,
  2480.     + the Message, LifeTime and SPI (or Reserved) fields,
  2481.     + the SPI Owner Identity Verification,
  2482.     + the SPI User Identity Verification,
  2483.     + the Attribute-Choices following the Verification field,
  2484.     + the Padding.
  2485.  
  2486.    Note that the order of the Identity Verification fields (from the
  2487.    Identity_Messages) is different in each direction, and the Message,   |
  2488.    LifeTime and SPI fields are also likely to be different in each       |
  2489.    direction.
  2490.  
  2491.    If the verification fails, the users are notified, and a Verifica-
  2492.    tion_Failure message is sent, without adding or deleting any SPIs.
  2493.    On success, normal operation begins with the authentication and/or
  2494.    encryption of user datagrams.
  2495.  
  2496.    Implementation Notes:
  2497.  
  2498.       This is distinct from any authentication method specified for the
  2499.       SPI.
  2500.  
  2501.       The Identity Verification data includes both the Size and Value
  2502.       fields.  The Attribute-Choices data includes the Attribute, Length
  2503.       and Value fields.
  2504.  
  2505.  
  2506. 7.  Error Messages
  2507.  
  2508.    These messages are issued in response to Photuris state loss or other
  2509.    problems.  A message has effect in only one direction.  No retrans-
  2510.    mission timer is necessary.
  2511.  
  2512.    These messages are not masked.
  2513.  
  2514.    The receiver checks the Cookies for validity.  Special care MUST be
  2515.    taken that the Cookie pair in the Error Message actually match a pair
  2516.    currently in use, and that the protocol is currently in a state where
  2517.    such an Error Message might be expected.  Otherwise, these messages
  2518.    could provide an opportunity for a denial of service attack.  Invalid
  2519.    messages are silently discarded.
  2520.  
  2521.  
  2522.  
  2523.  
  2524.  
  2525.  
  2526.  
  2527. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 45]
  2528. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2529.  
  2530.  
  2531. 7.1.  Bad_Cookie
  2532.  
  2533.    For the format of the 33 byte message, see "Header Format".  There
  2534.    are no additional fields.
  2535.  
  2536.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2537.  
  2538.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2539.  
  2540.    Message          10
  2541.  
  2542.    This error message is sent when a Value_Request, Identity_Request,
  2543.    SPI_Needed, or SPI_Update is received, and the receiver specific
  2544.    Cookie is invalid or the associated exchange state has expired.
  2545.  
  2546.    During the Photuris exchange, when this error message is received, it
  2547.    has no immediate effect on the operation of the protocol phases.
  2548.    Later, when Retransmissions have been exceeded, and this error mes-
  2549.    sage has been received, the Initiator SHOULD begin the Photuris
  2550.    exchange again by sending a new Cookie_Request with the Responder-
  2551.    Cookie and Counter updated appropriately.
  2552.  
  2553.    When this error message is received in response to SPI_Needed, the
  2554.    exchange state SHOULD NOT be marked as expired, but the party SHOULD
  2555.    initiate a Photuris exchange by sending a new Cookie_Request.
  2556.  
  2557.    When this error message is received in response to SPI_Update, the
  2558.    exchange state SHOULD NOT be marked as expired, and no further action
  2559.    is taken.  A new exchange will be initiated later when needed by the
  2560.    peer to send authenticated and/or encrypted data.
  2561.  
  2562.    Existing SPIs are not deleted.  They expire normally, and are purged
  2563.    sometime later.
  2564.  
  2565.  
  2566. 7.2.  Resource_Limit
  2567.  
  2568.    For the format of the 34 byte message, see "Cookie_Request".  There
  2569.    are no additional fields.
  2570.  
  2571.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2572.  
  2573.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2574.  
  2575.                     Special processing is applied to a Cookie_Request.
  2576.                     When the offending message Responder-Cookie and
  2577.                     Counter were both zero, and an existing exchange has
  2578.                     not yet been purged, this field is replaced with the
  2579.  
  2580.  
  2581.  
  2582. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 46]
  2583. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2584.  
  2585.  
  2586.                     Responder-Cookie from the existing exchange.
  2587.  
  2588.    Message          11
  2589.  
  2590.    Counter          1 byte.  Copied from the offending message.
  2591.  
  2592.                     When zero, the Responder-Cookie indicates the Ini-
  2593.                     tiator of a previous exchange, or no previous
  2594.                     exchange is specified.
  2595.  
  2596.                     When non-zero, the Responder-Cookie indicates the
  2597.                     Responder to a previous exchange.  This value is set
  2598.                     to the Counter from the corresponding
  2599.                     Cookie_Response.
  2600.  
  2601.    This error message is sent when a Cookie_Request, Value_Request or
  2602.    SPI_Needed is received, and too many SPI values are already in use
  2603.    for that peer, or some other Photuris resource is unavailable.
  2604.  
  2605.    During the Photuris exchange, when this error message is received in
  2606.    response to a Cookie_Request or Value_Request, the implementation
  2607.    SHOULD double the retransmission timeout (as usual) for sending
  2608.    another Cookie_Request or Value_Request.  Otherwise, it has no imme-
  2609.    diate effect on the operation of the protocol phases.  Later, when
  2610.    Retransmissions have been exceeded, and this error message has been
  2611.    received, the Initiator SHOULD begin the Photuris exchange again by
  2612.    sending a new Cookie_Request with the Responder-Cookie and Counter
  2613.    updated appropriately.
  2614.  
  2615.    When this error message is received in response to SPI_Needed, the
  2616.    implementation SHOULD NOT send another SPI_Needed until one of the
  2617.    existing SPIs associated with this exchange is deleted or has
  2618.    expired.
  2619.  
  2620.  
  2621. 7.3.  Verification_Failure
  2622.  
  2623.    For the format of the 33 byte message, see "Header Format".  There
  2624.    are no additional fields.
  2625.  
  2626.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2627.  
  2628.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2629.  
  2630.    Message          12
  2631.  
  2632.    This error message is sent when an Identity_Message, SPI_Needed or
  2633.    SPI_Update is received, and verification fails.
  2634.  
  2635.  
  2636.  
  2637. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 47]
  2638. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2639.  
  2640.  
  2641.    When this error message is received, the implementation SHOULD log
  2642.    the occurance, and notify an operator as appropriate.  However,
  2643.    receipt has no effect on the operation of the protocol.
  2644.  
  2645.  
  2646. 7.4.  Message_Reject
  2647.  
  2648.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2649.    |                                                               |
  2650.    ~                       Initiator-Cookie                        ~
  2651.    |                                                               |
  2652.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2653.    |                                                               |
  2654.    ~                       Responder-Cookie                        ~
  2655.    |                                                               |
  2656.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2657.    |    Message    |  Bad-Message  |             Offset            |
  2658.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  2659.  
  2660.  
  2661.    Initiator-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2662.  
  2663.    Responder-Cookie 16 bytes.  Copied from the offending message.
  2664.  
  2665.    Message          13
  2666.  
  2667.    Bad-Message      1 byte.  Indicates the Message number of the offend-
  2668.                     ing message.
  2669.  
  2670.    Offset           2 bytes.  The number of bytes from the beginning of
  2671.                     the offending message where the unrecognized field   |
  2672.                     starts.  The minimum value is 32.
  2673.  
  2674.    This error message is sent when an optional Message type is received
  2675.    that is not supported, or an optional format of a supported Message
  2676.    is not recognized.
  2677.  
  2678.    When this error message is received, the implementation SHOULD log
  2679.    the occurance, and notify an operator as appropriate.  However,
  2680.    receipt has no effect on the operation of the protocol.
  2681.  
  2682.  
  2683.  
  2684.  
  2685.  
  2686.  
  2687.  
  2688.  
  2689.  
  2690.  
  2691.  
  2692. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 48]
  2693. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2694.  
  2695.  
  2696. 8.  Public Value Exchanges
  2697.  
  2698.    Photuris is based in principle on public-key cryptography, specifi-
  2699.    cally Diffie-Hellman key exchange.  Exchange of public D-H Exchange-
  2700.    Values based on private-secret values results in a mutual shared-
  2701.    secret between the parties.  This shared-secret can be used on its
  2702.    own, or to generate a series of session-keys for authentication and
  2703.    encryption of subsequent traffic.
  2704.  
  2705.    This document assumes familiarity with the Diffie-Hellman public-key
  2706.    algorithm.  A good description can be found in [Schneier95].
  2707.  
  2708.  
  2709. 8.1.  Modular Exponentiation Groups
  2710.  
  2711.    The original Diffie-Hellman technique [DH76] specified modular expo-
  2712.    nentiation.  A public-value is generated using a generator (g),
  2713.    raised to a private-secret exponent (x), modulo a prime (p):
  2714.  
  2715.       (g**x) mod p.
  2716.  
  2717.    When these public-values are exchanged between parties, the parties
  2718.    can calculate a shared-secret value between themselves:
  2719.  
  2720.       (g**xy) mod p.
  2721.  
  2722.    The generator (g) and modulus (p) are established by the Scheme-
  2723.    Choice (see the "Basic Exchange-Schemes" for details).  They are
  2724.    offered in the Cookie_Response, and one pair is chosen in the
  2725.    Value_Request.
  2726.  
  2727.    The private exponents (x) and (y) are kept secret by the parties.
  2728.    Only the public-value result of the modular exponentiation with (x)
  2729.    or (y) is sent as the Initiator and Responder Exchange-Value.
  2730.  
  2731.    These public-values are represented in single Variable Precision      |
  2732.    Integers.  The Size of these Exchange-Values will match the Size of
  2733.    the modulus (p).
  2734.  
  2735.  
  2736. 8.2.  Moduli Selection
  2737.  
  2738.    Each implementation proposes one or more moduli in its Offered-
  2739.    Schemes.  Every implementation MUST support up to 1024-bit moduli.
  2740.  
  2741.    For any particular Photuris node, these moduli need not change for
  2742.    significant periods of time; likely days or weeks.  A background pro-
  2743.    cess can periodically generate new moduli.
  2744.  
  2745.  
  2746.  
  2747. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 49]
  2748. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2749.  
  2750.  
  2751.       For 512-bit moduli, current estimates would provide 64 (pes-
  2752.       simistic) bit-equivalents of cryptographic strength.
  2753.  
  2754.       For 1024-bit moduli, current estimates would range from 80 (pes-
  2755.       simistic) through 98 (optimistic) bit-equivalents of cryptographic
  2756.       strength.
  2757.  
  2758.    These estimates are used when choosing moduli that are appropriate
  2759.    for the desired Security Parameter attributes.
  2760.  
  2761.  
  2762. 8.2.1.  Bootstrap Moduli
  2763.  
  2764.    Each implementation is likely to use a fixed modulus during its boot-
  2765.    strap, until it can generate another modulus in the background.  As
  2766.    the bootstrap modulus will be widely distributed, and reused whenever
  2767.    the machine reinitializes, it SHOULD be a "safe" prime (p = 2q+1) to
  2768.    provide the greatest long-term protection.
  2769.  
  2770.    Implementors are encouraged to generate their own bootstrap moduli,
  2771.    and to change bootstrap moduli in successive implementation releases.
  2772.  
  2773.  
  2774. 8.2.2.  Learning Moduli
  2775.  
  2776.    As Photuris exchanges are initiated, new moduli will be learned from
  2777.    the Responder Offered-Schemes.  The Initiator MAY cache these moduli
  2778.    for its own use.
  2779.  
  2780.    Before offering any learned modulus, the implementation MUST perform
  2781.    at least one iteration of probable primality verification.  In this
  2782.    fashion, many processors will perform verification in parallel as
  2783.    moduli are passed around.
  2784.  
  2785.    When primality verification failures are found, the failed moduli
  2786.    SHOULD be retained for some (implementation dependent) period of
  2787.    time, to avoid re-learning and re-testing after subsequent exchanges.
  2788.  
  2789.  
  2790. 8.3.  Generator Selection
  2791.  
  2792.    The generator (g) should be chosen such that the private-secret expo-
  2793.    nents will generate all possible public-values, evenly distributed
  2794.    throughout the range of the modulus (p), without cycling through a
  2795.    smaller subset.  Such a generator is called a "primitive root" (which
  2796.    is trivial to find when p is "safe").
  2797.  
  2798.    Only one generator (2) is required to be supported.
  2799.  
  2800.  
  2801.  
  2802. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 50]
  2803. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2804.  
  2805.  
  2806.    Implementation Notes:
  2807.  
  2808.       One useful technique is to select the generator, and then limit
  2809.       the modulus selection sieve to primes with that generator:
  2810.  
  2811.          2   when p (mod 24) = 11.
  2812.          3   when p (mod 12) = 5.
  2813.          5   when p (mod 10) = 3 or 7.
  2814.  
  2815.       The required generator (2) improves efficiency in multiplication
  2816.       performance.  It is usable even when it is not a primitive root,
  2817.       as it still covers half of the space of possible residues.
  2818.  
  2819.  
  2820. 8.4.  Exponent Selection
  2821.  
  2822.    Each implementation generates a separate random private-secret expo-
  2823.    nent for each different modulus.  Then, a D-H Exchange-Value is cal-
  2824.    culated for the given modulus, generator, and exponent.
  2825.  
  2826.    This specification recommends that the exponent length be at least
  2827.    twice the desired cryptographic strength of the longest session-key
  2828.    needed by the strongest offered-attribute.
  2829.  
  2830.    Based on the estimates in "Moduli Selection" (above):
  2831.  
  2832.       For 512-bit moduli, exponent lengths of 128 bits (or more) are
  2833.       recommended.
  2834.  
  2835.       For 1024-bit moduli, exponent lengths of 160 to 256 bits (or more)
  2836.       are recommended.
  2837.  
  2838.    Although the same exponent and Exchange-Value may be used with sev-
  2839.    eral parties whenever the same modulus and generator are used, the
  2840.    exponent SHOULD be changed at random intervals.  A background process
  2841.    can periodically destroy the old values, generate a new random pri-
  2842.    vate-secret exponent, and recalculate the Exchange-Value.
  2843.  
  2844.    Implementation Notes:
  2845.  
  2846.       The size of the exponent is entirely implementation dependent, is
  2847.       unknown to the other party, and can be easily changed.
  2848.  
  2849.       Since these operations involve several time-consuming modular
  2850.       exponentiations, moving them to the "background" substantially
  2851.       improves the apparent execution speed of the Photuris protocol.
  2852.       It also reduces CPU loading sufficiently to allow a single pub-
  2853.       lic/private key-pair to be used in several closely spaced Photuris
  2854.  
  2855.  
  2856.  
  2857. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 51]
  2858. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2859.  
  2860.  
  2861.       executions, when creating Security Associations with several dif-
  2862.       ferent nodes over a short period of time.
  2863.  
  2864.       Other pre-computation suggestions are described in [BGMW93, LL94,  |
  2865.       Rooij94].
  2866.  
  2867.  
  2868. 8.5.  Defective Exchange Values
  2869.  
  2870.    Some exponents do not qualify as secret.  The exponent 0 will gener-
  2871.    ate the Exchange-Value 1, and the exponent 1 will generate the
  2872.    Exchange-Value g.  Small exponents will be easily visible and SHOULD
  2873.    be avoided where:
  2874.  
  2875.       g**x < p.
  2876.  
  2877.    Depending on the structure of the moduli, certain exponents can be
  2878.    used for sub-group confinement attacks.  For "safe" primes (p =
  2879.    2q+1), these exponents are p-1 and (p-1)/2, which will generate the
  2880.    Exchange-Values 1 and p-1 respectively.
  2881.  
  2882.    When an implementation chooses a random exponent, the resulting
  2883.    Exchange-Value is examined.  If the Exchange-Value is represented in
  2884.    less than half the number of significant bits in the modulus, then a
  2885.    new random exponent MUST be chosen.
  2886.  
  2887.       For 512-bit moduli, Exchange-Values of 2**256 or greater are
  2888.       required.
  2889.  
  2890.       For 1024-bit moduli, Exchange-Values of 2**512 or greater are
  2891.       required.
  2892.  
  2893.    In addition, if the resulting Exchange-Value is p-1, then a new ran-
  2894.    dom exponent MUST be chosen.
  2895.  
  2896.    Upon receipt of an Exchange-Value that fails to meet the require-
  2897.    ments, the Value Exchange message is silently discarded.
  2898.  
  2899.    Implementation Notes:
  2900.  
  2901.       Avoidance of small exponents can be assured by setting at least
  2902.       one bit in the most significant half of the exponent.
  2903.  
  2904.  
  2905.  
  2906.  
  2907.  
  2908.  
  2909.  
  2910.  
  2911.  
  2912. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 52]
  2913. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2914.  
  2915.  
  2916. 9.  Basic Exchange-Schemes
  2917.  
  2918.    Initial values are assigned as follows:
  2919.  
  2920.    (0)   Reserved.
  2921.  
  2922.    (1)   Reserved.
  2923.  
  2924.    (2)   Implementation Required.  Any modulus (p) with a recommended
  2925.          generator (g) of 2.  When the Exchange-Scheme Size is non-zero,
  2926.          the modulus is contained in the Exchange-Scheme Value field in
  2927.          the list of Offered-Schemes.
  2928.  
  2929.          An Exchange-Scheme Size of zero is invalid.
  2930.  
  2931.          The Key-Generation-Function is "MD5 Hash".
  2932.  
  2933.          The Privacy-Method is "Simple Masking".
  2934.  
  2935.          The Validity-Method is "MD5-IPMAC Check".                       |
  2936.  
  2937.          This combination of features requires a modulus with at least
  2938.          64-bits of cryptographic strength.
  2939.  
  2940.    (3)   Exchange-Schemes 3 to 255 are intended for future well-known
  2941.          published schemes.
  2942.  
  2943.    (256) Exchange-Schemes 256 to 32767 are intended for vendor-specific
  2944.          unpublished schemes.  Implementors wishing a number MUST
  2945.          request the number from the authors.
  2946.  
  2947.    (32768)
  2948.          Exchange-Schemes 32768 to 65535 are available for cooperating
  2949.          parties to indicate private schemes, regardless of vendor
  2950.          implementation.  These numbers are not reserved, and are sub-
  2951.          ject to duplication.  Other criteria, such as the IP Source and
  2952.          Destination of the Cookie_Request, are used to differentiate
  2953.          the particular Exchange-Schemes available.
  2954.  
  2955.    Other Exchange-Schemes are specified in companion documents.
  2956.  
  2957.  
  2958.  
  2959.  
  2960.  
  2961.  
  2962.  
  2963.  
  2964.  
  2965.  
  2966.  
  2967. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 53]
  2968. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  2969.  
  2970.  
  2971. 10.  Basic Key-Generation-Function
  2972. 10.1.  MD5 Hash
  2973.  
  2974.    MD5 [RFC-1321] is used as a pseudo-random-function for generating the
  2975.    key(s).  The key(s) begin with the most significant bits of the hash.
  2976.    MD5 is iterated as needed to generate the requisite length of key
  2977.    material.
  2978.  
  2979.    When an individual key does not use all 128-bits of the last hash,
  2980.    any remaining unused (least significant) bits of the last hash are
  2981.    discarded.  When combined with other uses of key generation for the
  2982.    same purpose, the next key will begin with a new hash iteration.
  2983.  
  2984.  
  2985. 11.  Basic Privacy-Method
  2986. 11.1.  Simple Masking
  2987.  
  2988.    As described in "Privacy-Key Computation", sufficient privacy-key
  2989.    material is generated to match the message length, beginning with the
  2990.    next field after the SPI, and including the Padding.  The message is
  2991.    masked by XOR with the privacy-key.
  2992.  
  2993.  
  2994. 12.  Basic Validity-Method
  2995. 12.1.  MD5-IPMAC Check
  2996.  
  2997.    As described in "Validity Verification", the Verification field value |
  2998.    is the MD5 [RFC-1321] hash over the concatenation of
  2999.  
  3000.       MD5( key, keyfill, data, datafill, key, md5fill )                  |
  3001.  
  3002.    where the key is the computed verification-key.                       |
  3003.  
  3004.    The keyfill and datafill use the same pad-with-length technique       |
  3005.    defined for md5fill.  This padding and length is implicit, and does
  3006.    not appear in the datagram.                                           -
  3007.  
  3008.    The resulting Verification field is a 128-bit Variable Precision      |
  3009.    Integer (18 bytes including Size).
  3010.  
  3011.  
  3012.  
  3013.  
  3014.  
  3015.  
  3016.  
  3017.  
  3018.  
  3019.  
  3020.  
  3021.  
  3022. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 54]
  3023. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3024.  
  3025.  
  3026. 13.  Basic Attributes
  3027.  
  3028.    Implementors wishing a number MUST request the number from the
  3029.    authors.  Initial values are assigned as follows:
  3030.  
  3031.      Use    Type
  3032.       -       0* padding
  3033.       -       1* AH-Attributes
  3034.       -       2  ESP-Attributes
  3035.       I       3* MD5-IPMAC Symmetric Identification                      |
  3036.       X       5* MD5-IPMAC Authentication                                |
  3037.       X     255  Organizational
  3038.  
  3039.       A  AH-only Attribute-Choice
  3040.       E  ESP-only Attribute-Choice
  3041.       I  Identity-Choice
  3042.       X  dependent on list location
  3043.       *  feature must be supported (mandatory)
  3044.  
  3045.    Other attributes are specified in companion documents.
  3046.  
  3047.  
  3048. 13.1.  Padding
  3049.  
  3050.    +-+-+-+-+-+-+-+-+
  3051.    |   Attribute   |
  3052.    +-+-+-+-+-+-+-+-+
  3053.  
  3054.  
  3055.    Attribute        0
  3056.  
  3057.    Each attribute may have value fields that are multiple bytes.  To
  3058.    facilitate processing efficiency, these fields are aligned on inte-
  3059.    gral modulo 8 byte (64-bit) boundaries.
  3060.  
  3061.    Padding is accomplished by insertion of 1 to 7 Attribute 0 padding
  3062.    bytes before the attribute that needs alignment.
  3063.  
  3064.    No padding is used after the final attribute in a list.
  3065.  
  3066.  
  3067.  
  3068.  
  3069.  
  3070.  
  3071.  
  3072.  
  3073.  
  3074.  
  3075.  
  3076.  
  3077. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 55]
  3078. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3079.  
  3080.  
  3081. 13.2.  AH-Attributes
  3082.  
  3083.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3084.    |   Attribute   |    Length     |
  3085.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3086.  
  3087.  
  3088.    Attribute        1
  3089.  
  3090.    Length           0
  3091.  
  3092.    When a list of Attributes is specified, this Attribute begins the
  3093.    section of the list which applies to the Authentication Header (AH).
  3094.  
  3095.  
  3096. 13.3.  ESP-Attributes
  3097.  
  3098.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3099.    |   Attribute   |    Length     |
  3100.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3101.  
  3102.  
  3103.    Attribute        2
  3104.  
  3105.    Length           0
  3106.  
  3107.    When a list of Attributes is specified, this Attribute begins the
  3108.    section of the list which applies to the Encapsulating Security Pay-
  3109.    load (ESP).
  3110.  
  3111.  
  3112. 13.4.  MD5-IPMAC Symmetric Identification
  3113.  
  3114.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3115.    |   Attribute   |    Length     |
  3116.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3117.  
  3118.  
  3119.    Attribute        3
  3120.  
  3121.    Length           0
  3122.  
  3123.    When selected as an Identity-Choice, the immediately following Iden-
  3124.    tification field contains an unstructured Variable Precision Integer. |
  3125.    Valid Identifications and symmetric secret-keys are preconfigured by
  3126.    the parties.
  3127.  
  3128.    There is no required format or content for the Identification value.
  3129.  
  3130.  
  3131.  
  3132. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 56]
  3133. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3134.  
  3135.  
  3136.    The value may be a number or string of any kind.  See "Use of Identi-
  3137.    fication and Secrets" for details.
  3138.  
  3139.    The symmetric secret-key (as specified) is selected based on the con- |
  3140.    tents of the Identification field.  All implementations MUST support
  3141.    at least 62 bytes.  The selected symmetric secret-key SHOULD provide
  3142.    at least 64-bits of cryptographic strength.
  3143.  
  3144.    As described in "Identity Verification", the Verification field value |
  3145.    is the MD5 [RFC-1321] hash over the concatenation of:
  3146.  
  3147.       MD5( key, keyfill, data, datafill, key, md5fill )                  |
  3148.  
  3149.    where the key is the computed verification-key.                       |
  3150.  
  3151.    The keyfill and datafill use the same pad-with-length technique       |
  3152.    defined for md5fill.  This padding and length is implicit, and does
  3153.    not appear in the datagram.                                           -
  3154.  
  3155.    The resulting Verification field is a 128-bit Variable Precision      |
  3156.    Integer (18 bytes including Size).
  3157.  
  3158.    For both "Identity Verification" and "Validity Verification", the     |
  3159.    verification-key is the MD5 [RFC-1321] hash of the following concate- |
  3160.    nated values:                                                         |
  3161.  
  3162.     + the symmetric secret-key,                                          |
  3163.     + the computed shared-secret.                                        |
  3164.  
  3165.    For "Session-Key Computation", the symmetric secret-key is used       |
  3166.    directly as the generation-key.                                       |
  3167.  
  3168.    Regardless of the internal representation of the symmetric secret-    |
  3169.    key, when used in calculations it is in the same form as the Value    |
  3170.    part of a Variable Precision Integer:                                 |
  3171.  
  3172.     - most significant byte first.                                       |
  3173.     - bits used are right justified within byte boundaries.              |
  3174.     - any unused bits are in the most significant byte.                  |
  3175.     - unused bits are zero filled.                                       |
  3176.  
  3177.    The symmetric secret-key does not include a Size field.
  3178.  
  3179.  
  3180.  
  3181.  
  3182.  
  3183.  
  3184.  
  3185.  
  3186.  
  3187. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 57]
  3188. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3189.  
  3190.  
  3191. 13.5.  MD5-IPMAC Authentication
  3192.  
  3193.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3194.    |   Attribute   |    Length     |
  3195.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3196.  
  3197.  
  3198.    Attribute        5
  3199.  
  3200.    Length           0
  3201.  
  3202.    May be selected as an AH or ESP Attribute-Choice, pursuant to
  3203.    [RFC-1828] et sequitur.  The selected Exchange-Scheme SHOULD provide
  3204.    at least 64-bits of cryptographic strength.
  3205.  
  3206.    As described in "Session-Key Computation", the most significant
  3207.    384-bits (48 bytes) of the Key-Generation-Function iterations are
  3208.    used for the key.
  3209.  
  3210.    Profile:
  3211.  
  3212.       When negotiated with Photuris, the transform differs slightly from
  3213.       [RFC-1828].
  3214.  
  3215.       The form of the authenticated message is:
  3216.  
  3217.          MD5( key, keyfill, datagram, datafill, key, md5fill )
  3218.  
  3219.       where the key is the SPI session-key.
  3220.  
  3221.       The additional datafill protects against the attack described in
  3222.       [PO96].  This is also filled to the next 512-bit boundary, using
  3223.       the same pad-with-length technique defined for MD5.  This padding
  3224.       and length is implicit, and does not appear in the datagram.       -
  3225.  
  3226.  
  3227.  
  3228.  
  3229.  
  3230.  
  3231.  
  3232.  
  3233.  
  3234.  
  3235.  
  3236.  
  3237.  
  3238.  
  3239.  
  3240.  
  3241.  
  3242. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 58]
  3243. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3244.  
  3245.  
  3246. 13.6.  Organizational
  3247.  
  3248.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3249.    |   Attribute   |    Length     |              OUI
  3250.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3251.           ...      |     Kind      |  Value(s) ...
  3252.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  3253.  
  3254.  
  3255.    Attribute        255
  3256.  
  3257.    Length           >= 4
  3258.  
  3259.                     When the Length is four, no Value(s) field is pre-
  3260.                     sent.
  3261.  
  3262.    OUI              3 bytes.  The vendor's Organizationally Unique Iden-
  3263.                     tifier, assigned by IEEE 802 or IANA (see [RFC-1700]
  3264.                     for contact details).  The bits within the byte are
  3265.                     in canonical order, and the most significant byte is
  3266.                     transmitted first.
  3267.  
  3268.    Kind             1 byte.  Indicates a sub-type for the OUI.  There is
  3269.                     no standardization for this field.  Each OUI imple-
  3270.                     ments its own values.
  3271.  
  3272.    Value(s)         0 or more bytes.  The details are implementation
  3273.                     specific.
  3274.  
  3275.    Some implementors might not need nor want to publish their propri-
  3276.    etary algorithms and attributes.  This OUI mechanism is available to
  3277.    specify these without encumbering the authors with proprietary number
  3278.    requests.
  3279.  
  3280.  
  3281.  
  3282.  
  3283.  
  3284.  
  3285.  
  3286.  
  3287.  
  3288.  
  3289.  
  3290.  
  3291.  
  3292.  
  3293.  
  3294.  
  3295.  
  3296.  
  3297. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 59]
  3298. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3299.  
  3300.  
  3301. A.  Automaton
  3302.  
  3303.    An example automaton is provided to illustrate the operation of the
  3304.    protocol.  It is incomplete and non-deterministic; many of the
  3305.    Good/Bad semantic decisions are policy-based or too difficult to rep-
  3306.    resent in tabular form.  Where conflicts appear between this example
  3307.    and the text, the text takes precedence.
  3308.  
  3309.    The finite-state automaton is defined by events, actions and state
  3310.    transitions.  Events include reception of external commands such as
  3311.    expiration of a timer, and reception of datagrams from a peer.
  3312.    Actions include the starting of timers and transmission of datagrams
  3313.    to the peer.
  3314.  
  3315.    Events
  3316.  
  3317.    DU13 = Communication Administratively Prohibited
  3318.    SF0  = Bad SPI
  3319.    SF4  = Need Authentication
  3320.    SF5  = Need Authorization
  3321.    WC   = Want Confidentiality
  3322.  
  3323.    RCQ+ = Receive Cookie_Request (Good)
  3324.    RCQ- = Receive Cookie_Request (Bad)
  3325.    RCR+ = Receive Cookie_Response (Good)
  3326.    RCR- = Receive Cookie_Response (Bad)
  3327.  
  3328.    RVQ+ = Receive Value_Request (Good)
  3329.    RVQ- = Receive Value_Request (Bad)
  3330.    RVR+ = Receive Value_Response (Good)
  3331.    RVR- = Receive Value_Response (Bad)
  3332.  
  3333.    RIQ+ = Receive Identity_Request (Good)
  3334.    RIQ- = Receive Identity_Request (Bad)
  3335.    RIR+ = Receive Identity_Response (Good)
  3336.    RIR- = Receive Identity_Response (Bad)
  3337.  
  3338.    RUN+ = Receive SPI_Needed (Good)
  3339.    RUN- = Receive SPI_Needed (Bad)
  3340.    RUM+ = Receive SPI_Update (Good)
  3341.    RUM- = Receive SPI_Update (Bad)
  3342.  
  3343.    RBC  = Receive Bad Cookie
  3344.    RRL  = Receive Resource Limit
  3345.    RVF  = Receive Verification Failure
  3346.    RMR  = Receive Message Reject
  3347.  
  3348.    TO+  = Timeout with counter > 0
  3349.  
  3350.  
  3351.  
  3352. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 60]
  3353. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3354.  
  3355.  
  3356.    TO-  = Timeout with counter expired
  3357.    UTO  = Update TimeOut
  3358.    XTO  = Exchange TimeOut
  3359.  
  3360.  
  3361.    Actions
  3362.  
  3363.    scq  = Send Cookie_Request
  3364.    scr  = Send Cookie_Response
  3365.  
  3366.    svq  = Send Value_Request
  3367.    svr  = Send Value_Response
  3368.  
  3369.    siq  = Send Identity_Request
  3370.    sir  = Send Identity_Response
  3371.  
  3372.    sum  = Send SPI_Update
  3373.  
  3374.    se*  = Send error message (see text)
  3375.    sbc  = Send Bad Cookie
  3376.    srl  = Send Resource Limit
  3377.    svf  = Send Verification Failure
  3378.  
  3379.    brto = Backoff Retransmission TimeOut
  3380.    buto = Backoff Update TimeOut
  3381.    rto  = Set Retransmission TimeOut
  3382.    uto  = Set Update TimeOut
  3383.    xto  = Set Exchange TimeOut
  3384.  
  3385.    log  = log operator message
  3386.  
  3387.  
  3388. A.1.  State Transition Table
  3389.  
  3390.    States are indicated horizontally, and events are read vertically.
  3391.    State transitions and actions are represented in the form action/new-
  3392.    state.  Multiple actions are separated by commas, and may continue on
  3393.    succeeding lines as space requires; multiple actions may be imple-
  3394.    mented in any convenient order.  The state may be followed by a let-
  3395.    ter, which indicates an explanatory footnote.  The dash ('-') indi-
  3396.    cates an illegal transition.
  3397.  
  3398.  
  3399.  
  3400.  
  3401.  
  3402.  
  3403.  
  3404.  
  3405.  
  3406.  
  3407. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 61]
  3408. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3409.  
  3410.  
  3411.    Initiator
  3412.  
  3413.          |    0         1         2         3         4
  3414.          | Initial    Cookie  CookieBad   Value    ValueBad
  3415.    ------+--------------------------------------------------
  3416.     DU13 |rto,scq/1 rto,scq/1 rto,scq/1     3         4
  3417.     SF0  |rto,scq/1     1         2         3         4
  3418.     SF4  |rto,scq/1     1         2         3         4
  3419.     SF5  |rto,scq/1     1         2         3         4
  3420.     WC   |rto,scq/1     1         2         3         4
  3421.          |
  3422.     RCR+ |    -     rto,svq/3 rto,svq/3     3         4
  3423.     RCR- |    0         1         2         3         4
  3424.     RVR+ |    -         -         -     rto,siq/5 rto,siq/5
  3425.     RVR- |    0         1         2         3         4
  3426.     RIR+ |    -         -         -         -         -
  3427.     RIR- |    0         1         2         3         4
  3428.          |
  3429.     RUN+ |    -         -         -         -         -
  3430.     RUN- |  sbc/0     sbc/1     sbc/2     sbc/3     sbc/4
  3431.     RUM+ |    -         -         -         -         -
  3432.     RUM- |  sbc/0     sbc/1     sbc/2     sbc/3     sbc/4
  3433.          |
  3434.     RBC  |    -         -         -         4         4
  3435.     RRL  |    -       brto/2    brto/2    brto/4    brto/4
  3436.     RVF  |    -         -         -         -         -
  3437.     RMR  |    -         -         -         -         -
  3438.          |
  3439.      TO+ |    -       scq/1     scq/2     svq/3     svq/4
  3440.      TO- |    -         0       scq/1       0       scq/1
  3441.     UTO  |    -         -         -         -         -
  3442.     XTO  |    -         0         0         0         0
  3443.  
  3444.  
  3445.  
  3446.  
  3447.  
  3448.  
  3449.  
  3450.  
  3451.  
  3452.  
  3453.  
  3454.  
  3455.  
  3456.  
  3457.  
  3458.  
  3459.  
  3460.  
  3461.  
  3462. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 62]
  3463. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3464.  
  3465.  
  3466.    Initiator
  3467.  
  3468.          |    5         6         8
  3469.          |Identity IdentityBad  Update
  3470.    ------+-----------------------------
  3471.     DU13 |    5         6         8
  3472.     SF0  |    5         6     rto,scq/1
  3473.     SF4  |    5         6     rto,scq/1
  3474.     SF5  |    5         6     rto,scq/1
  3475.     WC   |    5         6       sun/8
  3476.          |
  3477.     RCR+ |    5         6         8
  3478.     RCR- |    5         6         8
  3479.     RVR+ |    5         6         8
  3480.     RVR- |    5         6         8
  3481.     RIR+ |  uto/8     uto/8       8
  3482.     RIR- |  svf/5     svf/6       8
  3483.          |
  3484.     RUN+ |    -         -       sum/8
  3485.     RUN- |  sbc/5     sbc/6     se*/8
  3486.     RUM+ |    -         -         8
  3487.     RUM- |  sbc/5     sbc/6     se*/8
  3488.          |
  3489.     RBC  |    6         6     rto,scq/1
  3490.     RRL  |    5         6       buto/8
  3491.     RVF  |  log/5     log/6     log/8
  3492.     RMR  |  log/5     log/6     log/8
  3493.          |
  3494.      TO+ |  sim/5     sim/6       -
  3495.      TO- |    0       scq/1       -
  3496.     UTO  |    -         -       sum/8
  3497.     XTO  |    0         0         0
  3498.  
  3499.  
  3500.  
  3501.  
  3502.  
  3503.  
  3504.  
  3505.  
  3506.  
  3507.  
  3508.  
  3509.  
  3510.  
  3511.  
  3512.  
  3513.  
  3514.  
  3515.  
  3516.  
  3517. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 63]
  3518. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3519.  
  3520.  
  3521.    Responder
  3522.  
  3523.          |    0         7         8
  3524.          | Initial    Ready     Update
  3525.    ------+-----------------------------
  3526.     WC   |    -         7       sun/8
  3527.          |
  3528.     RCQ+ |  scr/0     scr/7     scr/8
  3529.     RCQ- |  srl/0     srl/7     srl/8
  3530.     RVQ+ |xto,svr/7   svr/7     svr/8
  3531.     RVQ- |  sbc/0     sbc/7     sbc/8
  3532.     RIQ+ |    -     uto,sir/8   sir/8
  3533.     RIQ- |  sbc/0     se*/7     se*/8
  3534.          |
  3535.     RUN+ |    -         -       sum/8
  3536.     RUN- |  sbc/0     sbc/7     se*/8
  3537.     RUM+ |    -         -         8
  3538.     RUM- |  sbc/0     sbc/7     se*/8
  3539.          |
  3540.     RBC  |    -         7     rto,scq/1
  3541.     RRL  |    -         -       buto/8
  3542.     RVF  |    -         -       log/8
  3543.     RMR  |    -         -       log/8
  3544.          |
  3545.     UTO  |    -         -       sum/8
  3546.     XTO  |    -         0         0
  3547.  
  3548.  
  3549.  
  3550. A.2.  States
  3551.  
  3552.    Following is a more detailed description of each automaton state.
  3553.  
  3554.    The "Bad" version of a state is to indicate that the Bad_Cookie or
  3555.    Resource_Limit message has been received.
  3556.  
  3557.  
  3558. A.2.1.  Initial
  3559.  
  3560.    The Initial state is fictional, in that there is no state between the
  3561.    parties.
  3562.  
  3563.  
  3564.  
  3565.  
  3566.  
  3567.  
  3568.  
  3569.  
  3570.  
  3571.  
  3572. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 64]
  3573. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3574.  
  3575.  
  3576. A.2.2.  Cookie
  3577.  
  3578.    In the Cookie state, the Initiator has sent a Cookie_Request, and is
  3579.    waiting for a Cookie_Response.  Both the Restart and Exchange timers
  3580.    are running.
  3581.  
  3582.    Note that the Responder has no Cookie state.
  3583.  
  3584.  
  3585. A.2.3.  Value
  3586.  
  3587.    In the Value state, the Initiator has sent its Exchange-Value, and is
  3588.    waiting for an Identity_Message.  Both the Restart and Exchange
  3589.    timers are running.
  3590.  
  3591.  
  3592. A.2.4.  Identity
  3593.  
  3594.    In the Identity state, the Initiator has sent an Identity_Request,
  3595.    and is waiting for an Identity_Response in reply.  Both the Restart
  3596.    and Exchange timers are running.
  3597.  
  3598.  
  3599. A.2.5.  Ready
  3600.  
  3601.    In the Ready state, the Responder has sent its Exchange-Value, and is
  3602.    waiting for an Identity_Message.  The Exchange timer is running.
  3603.  
  3604.  
  3605. A.2.6.  Update
  3606.  
  3607.    In the Update state, each party has concluded the Photuris exchange,
  3608.    and is unilaterally updating expiring SPIs until the Exchange Life-
  3609.    Time expires.  Both the Update and Exchange timers are running.
  3610.  
  3611.  
  3612.  
  3613.  
  3614.  
  3615.  
  3616.  
  3617.  
  3618.  
  3619.  
  3620.  
  3621.  
  3622.  
  3623.  
  3624.  
  3625.  
  3626.  
  3627. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 65]
  3628. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3629.  
  3630.  
  3631. B.  Use of Identification and Secrets
  3632.  
  3633.    Implementation of the base protocol requires support for operator
  3634.    configuration of participant identities and associated symmetric
  3635.    secret-keys.
  3636.  
  3637.    The form of the Identification and Secret fields is not constrained
  3638.    to be a readable string.  In addition to a simpler quoted string con-
  3639.    figuration, an implementation MUST allow configuration of an arbi-
  3640.    trary stream of bytes.
  3641.  
  3642.  
  3643. B.1.  Identification
  3644.  
  3645.    Typically, the Identification is a user name, a site name, a Fully
  3646.    Qualified Domain Name, or an email address which contains a user name
  3647.    and a domain name.  Examples include:
  3648.  
  3649.       user
  3650.       node.site.
  3651.       user@node.site.
  3652.       rcmd@node.site.
  3653.       "Mundane Name" <user@node.site>
  3654.  
  3655.    There is no requirement that the domain name match any of the partic-
  3656.    ular IP addresses in use by the parties.
  3657.  
  3658.  
  3659. B.2.  Group Identity With Group Secret
  3660.  
  3661.    A simple configuration approach could use a single Identity and
  3662.    Secret, distributed to all the participants in the trusted group.
  3663.    This might be appropriate between routers under a single administra-
  3664.    tion comprising a Virtual Private Network over the Internet.
  3665.  
  3666.    Nota Bene:
  3667.       The passwords used in these examples do not meet the "MD5-IPMAC    |
  3668.       Symmetric Identification" recommendation for at least 64-bits of
  3669.       cryptographic strength.
  3670.  
  3671.    The administrator configures each router with the same username and
  3672.    password:
  3673.  
  3674.       identity local "Tiny VPN 1995 November" "abracadabra"
  3675.       identity remote "Tiny VPN 1995 November" "abracadabra"
  3676.  
  3677.    When the Initiator sends its Identity_Request, the SPI Owner Identi-
  3678.    fication field is "Tiny VPN 1995 November" and the SPI Owner secret-
  3679.  
  3680.  
  3681.  
  3682. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 66]
  3683. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3684.  
  3685.  
  3686.    key is "abracadabra".                                                 -
  3687.  
  3688.    When the Responder sends its Identity_Response, the SPI Owner Identi-
  3689.    fication field is "Tiny VPN 1995 November" and the SPI Owner secret-
  3690.    key is "abracadabra".  The SPI User Identification is "Tiny VPN 1995
  3691.    November" (taken from the request), and the SPI User secret-key is
  3692.    "abracadabra".
  3693.  
  3694.    Note that even in the face of implementations with very poor random
  3695.    number generation yielding the same random numbers for both parties
  3696.    at every step, and with this completely identical configuration, the  |
  3697.    addition of the SPI User Verification field in the response calcula-  |
  3698.    tion is highly likely to produce a different Verification value (see  |
  3699.    "Identity Verification").  In turn, the different Verification values
  3700.    affect the calculation of SPI session-keys that are highly likely to  |
  3701.    be different in each direction (see "Session-Key Computation").
  3702.  
  3703.  
  3704. B.3.  Multiple Identities With Group Secrets
  3705.  
  3706.    A more robust configuration approach could use a separate Identity
  3707.    and Secret for each party, distributed to the participants in the
  3708.    trusted group.  This might be appropriate for Authenticated Firewall
  3709.    Traversal.
  3710.  
  3711.    An administrator has one or more networks, and a number of mobile
  3712.    users.  It is desirable to restrict access to authorized external
  3713.    users.  The boundary router is 10.0.0.1.
  3714.  
  3715.    The administrator gives each user a different username and password,
  3716.    together with a group username and password for the router.
  3717.  
  3718.    The administrator configures (in part):
  3719.  
  3720.       identity local "199511@router.site" "FalDaRah"
  3721.       identity remote "Happy_Wanderer@router.site" "FalDaRee"
  3722.  
  3723.    Each mobile user adds commands to tunnel and authenticate.
  3724.  
  3725.       route addprivate 10.0.0.0/8 tunnel 10.0.0.1
  3726.       secure 10.0.0.1 authenticate-only
  3727.       identity local "Happy_Wanderer@router.site" "FalDaRee"
  3728.       identity remote "199511@router.site" "FalDaRah"
  3729.       identity remote "199512@router.site" "FalDaHaHaHaHaHaHa"
  3730.  
  3731.    When the mobile Initiator sends its Identity_Request, the SPI Owner
  3732.    Identification field is "Happy_Wanderer@router.site" and the SPI
  3733.    Owner secret-key is "FalDaRee".                                       -
  3734.  
  3735.  
  3736.  
  3737. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 67]
  3738. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3739.  
  3740.  
  3741.    When the firewall Responder sends its Identity_Response, the SPI
  3742.    Owner Identification field is "199511@router.site" and the SPI Owner
  3743.    secret-key is "FalDaRah".  The SPI User Identification field is
  3744.    "Happy_Wanderer@router.site" (taken from the request), and the SPI
  3745.    User secret-key is "FalDaRee".
  3746.  
  3747.    In this example, the mobile user is already prepared for a monthly
  3748.    password changeover, where the router might identify itself as
  3749.    "199512@router.site".
  3750.  
  3751.  
  3752. B.4.  Multiple Identities With Multiple Secrets
  3753.  
  3754.    Greater security might be achieved through configuration of a pair of
  3755.    secrets between each party.  As before, one secret is used for ini-
  3756.    tial contact to any member of the group, but another secret is used
  3757.    between specific parties.  Compromise of one secret or pair of
  3758.    secrets does not affect any other member of the group.  This might be
  3759.    appropriate between the routers forming a boundary between cooperat-
  3760.    ing Virtual Private Networks that establish local policy for each VPN
  3761.    member access.
  3762.  
  3763.    One administrator configures:
  3764.  
  3765.       identity local "Apple" "all for one"
  3766.       identity local "Apple-Baker" "Apple to Baker" "Baker"
  3767.       identity remote "Baker" "one for all"
  3768.       identity remote "Baker-Apple" "Baker to Apple"
  3769.  
  3770.    Another configures:
  3771.  
  3772.       identity local "Baker" "one for all"
  3773.       identity local "Baker-Apple" "Baker to Apple" "Apple"
  3774.       identity remote "Apple" "all for one"
  3775.       identity remote "Apple-Baker" "Apple to Baker"
  3776.  
  3777.    When the Initiator sends its Identity_Request, the SPI Owner Identi-
  3778.    fication field is "Apple" and the SPI Owner secret-key is "all for
  3779.    one".                                                                 -
  3780.  
  3781.    When the Responder sends its Identity_Response, finding that the spe-
  3782.    cial pairing exists for "Apple" (in this example, indicated by a
  3783.    third field), the SPI Owner Identification field is "Baker-Apple" and
  3784.    the SPI Owner secret-key is "Baker to Apple".  The SPI User Identifi-
  3785.    cation is "Apple" (taken from the request), and the SPI User secret-
  3786.    key is "all for one".
  3787.  
  3788.  
  3789.  
  3790.  
  3791.  
  3792. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 68]
  3793. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3794.  
  3795.  
  3796. Operational Considerations
  3797.  
  3798.    The specification provides only a few configurable parameters, with
  3799.    defaults that should satisfy most situations.
  3800.  
  3801.    Retransmissions
  3802.       Default: 3.
  3803.  
  3804.    Initial Retransmission TimeOut (IRTO)
  3805.       Default: 5 seconds.
  3806.  
  3807.    Exchange TimeOut (ETO)
  3808.       Default: 30 seconds.  Minimum: Retransmissions * IRTO.
  3809.  
  3810.    Exchange LifeTime (ELT)
  3811.       Default: 30 minutes.  Minimum: 2 * ETO.
  3812.  
  3813.    SPI LifeTime (SPILT)
  3814.       Default: 5 minutes.  Minimum: 3 * ETO.
  3815.  
  3816.    Each party configures a list of known identities and symmetric
  3817.    secret-keys.
  3818.  
  3819.    In addition, each party configures local policy that determines what
  3820.    access (if any) is granted to the holder of a particular identity.
  3821.    For example, the party might allow anonymous FTP, but prohibit Tel-
  3822.    net.  Such considerations are outside the scope of this document.
  3823.  
  3824.  
  3825. Security Considerations
  3826.  
  3827.    Photuris was based on currently available tools, by experienced net-
  3828.    work protocol designers with an interest in cryptography, rather than
  3829.    by cryptographers with an interest in network protocols.  This speci-
  3830.    fication is intended to be readily implementable without requiring an
  3831.    extensive background in cryptology.
  3832.  
  3833.    Therefore, only minimal background cryptologic discussion and ratio-
  3834.    nale is included in this document.  Although some review has been
  3835.    provided by the general cryptologic community, it is anticipated that
  3836.    design decisions and tradeoffs will be thoroughly analysed in subse-
  3837.    quent dissertations and debated for many years to come.
  3838.  
  3839.    Cryptologic details are reserved for separate documents that may be
  3840.    more readily and timely updated with new analysis.
  3841.  
  3842.  
  3843.  
  3844.  
  3845.  
  3846.  
  3847. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 69]
  3848. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3849.  
  3850.  
  3851. History
  3852.  
  3853.    The initial specification of Photuris, now called version 1 (December
  3854.    1994 to March 1995), was based on a short list of design require-
  3855.    ments, and simple experimental code by Phil Karn.  Only one modular
  3856.    exponentiation form was used, with a single byte index of pre-
  3857.    specified group parameters.  The transform attributes were selected
  3858.    during the public value exchange.  Party privacy was protected in the
  3859.    identification signature exchange with standard ESP transforms.
  3860.  
  3861.    Upon submission for review by the IP Security Working Group, a large
  3862.    number of features were demanded.  A mere 254 future group choices
  3863.    were not deemed enough, was expanded to two bytes (and renamed
  3864.    schemes), and was expanded again to carry variable parameters.  The
  3865.    transform attributes were made variable length to accomodate optional
  3866.    parameters.  Every other possible parameter was made negotiable.
  3867.    Some participants were unable to switch modes on the UDP sockets to
  3868.    use standard ESP transforms for only some messages, and party privacy
  3869.    was integrated into the protocol.  The message headers were reorga-
  3870.    nized, and selection of transform attributes was delayed until the    |
  3871.    identification exchange.  An additional update message phase was
  3872.    added.
  3873.  
  3874.    Version 2 (July 1995 to December 1995) specification stability was
  3875.    achieved in November 1995 by moving most parameters into separate
  3876.    documents for later discussion, and leaving only a few mandatory fea-
  3877.    tures in the base specification.  Within a month, multiple interoper-
  3878.    able implementations were produced.
  3879.  
  3880.    Unfortunately, in a fit of demagoguery, the IP Security Working Group
  3881.    decided in a straw poll to remove party privacy protection, and the
  3882.    Working Group chair terminated the meeting without allowing further
  3883.    discussion.  Because the identification exchange messages required
  3884.    privacy to function correctly, the messages were reorganized again.
  3885.    Party privacy and other optional schemes were split into a separate
  3886.    document.
  3887.  
  3888.    The implementors established a separate discussion group.  Version 3
  3889.    (April 1996 to June 1997) enjoyed a long period of specification sta-
  3890.    bility and multiple implementations on half a dozen platforms.
  3891.  
  3892.    Meanwhile, the IP Security Working Group has developed a competing
  3893.    specification with large numbers of negotiable parameters.  Also, the
  3894.    PPP Extensions Working Group has deployed link security transforms.
  3895.  
  3896.    Version 4 (July 1997 onward) attempts to maintain a semblance of
  3897.    interface compatibility with these other efforts.  Minor changes are
  3898.    specified in transform padding format and key generation.  More than
  3899.  
  3900.  
  3901.  
  3902. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 70]
  3903. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3904.  
  3905.  
  3906.    one value is permitted per scheme, giving greater latitude in choice
  3907.    for future extensions.  The opportunity is taken to return party pri-
  3908.    vacy to the base document, and make small semantic changes in auto-
  3909.    mated updates and error recovery.  All ESP transform attributes are
  3910.    moved to separate documents, to (hopefully) avoid future incompatible
  3911.    changes to the base document.
  3912.  
  3913.  
  3914. Acknowledgements
  3915.  
  3916.       Thou shalt make no law restricting the size of integers that may
  3917.       be multiplied together, nor the number of times that an integer
  3918.       may be multiplied by itself, nor the modulus by which an integer
  3919.       may be reduced.  [Prime Commandment]
  3920.  
  3921.    Phil Karn was principally responsible for the design of the protocol
  3922.    phases, particularly the "cookie" anti-clogging defense, developed
  3923.    the initial testing implementation, and provided much of the design
  3924.    rationale text (now removed to a separate document).
  3925.  
  3926.    William Simpson was responsible for the packet formats and
  3927.    attributes, additional message types, editing and formatting.  All
  3928.    such mistakes are his responsibility.
  3929.  
  3930.    This protocol was later discovered to have many elements in common
  3931.    with the Station-To-Station authentication protocol [DOW92].
  3932.  
  3933.    Angelos Keromytis developed the first completely independent imple-
  3934.    mentation (circa October 1995).  Also, he suggested the cookie
  3935.    exchange rate limitation counter.
  3936.  
  3937.    Paul C van Oorschot suggested signing both the public exponents and
  3938.    the shared-secret, to provide an authentication-only version of iden-
  3939.    tity verification.  Also, he provided text regarding moduli, genera-
  3940.    tor, and exponent selection (now removed to a separate document).
  3941.  
  3942.    Hilarie Orman suggested adding secret "nonces" to session-key genera-
  3943.    tion for asymmetric public/private-key identity methods (now removed
  3944.    to a separate document), and provided extensive review of the proto-
  3945.    col details.
  3946.  
  3947.    Bart Preneel and Paul C van Oorschot in [PO96] suggested adding
  3948.    padding between the data and trailing key when hashing for authenti-
  3949.    cation.
  3950.  
  3951.    Niels Provos developed a third independent implementation (circa May
  3952.    1997), ported to AIX, Linux, OpenBSD, and Solaris.  Also, he provided
  3953.    suggestions regarding automated update, and listing multiple moduli
  3954.  
  3955.  
  3956.  
  3957. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 71]
  3958. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  3959.  
  3960.  
  3961.    per scheme.
  3962.  
  3963.    Bill Sommerfeld suggested including the authentication symmetric
  3964.    secret-keys in the session-key generation, and using the Cookie val-
  3965.    ues on successive exchanges to provide bi-directional user-oriented
  3966.    keying (now removed to a separate document).
  3967.  
  3968.    Oliver Spatscheck developed the second independent implementation
  3969.    (circa December 1995) for the Xkernel.
  3970.  
  3971.    International interoperability testing between early implementors
  3972.    provided the impetus for many of the implementation notes herein, and
  3973.    numerous refinements in the semantics of the protocol messages.
  3974.  
  3975.    Randall Atkinson, Steven Bellovin, Wataru Hamada, James Hughes, Brian
  3976.    LaMacchia, Cheryl Madson, Lewis McCarthy, Perry Metzger, Bob Quinn,
  3977.    Ron Rivest, Rich Schroeppel, and Norman Shulman provided useful cri-
  3978.    tiques of earlier versions of this document.
  3979.  
  3980.  
  3981. References
  3982.  
  3983.    [BGMW93] E. Brickell, D. Gordon, K. McCurley, and D. Wilson, "Fast
  3984.             Exponentiation with Precomputation (Extended Abstract)",
  3985.             Advances in Cryptology -- Eurocrypt '92, Lecture Notes in
  3986.             Computer Science 658 (1993), Springer-Verlag, 200-207.
  3987.  
  3988.             Also U.S. Patent #5,299,262, E.F. Brickell, D.M. Gordon,
  3989.             K.S. McCurley, "Method for exponentiating in cryptographic
  3990.             systems", 29 Mar 1994.
  3991.  
  3992.    [DH76]   Diffie, W., and Hellman, H.E., "New Directions in Cryptogra-
  3993.             phy", IEEE Transactions on Information Theory, v IT-22 n 6
  3994.             pp 644-654, November 1976.
  3995.  
  3996.    [DOW92]  Whitfield Diffie, Paul C van Oorshot, and Michael J Wiener,
  3997.             "Authentication and Authenticated Key Exchanges", Designs,
  3998.             Codes and Cryptography, v 2 pp 107-125, Kluwer Academic Pub-
  3999.             lishers, 1992.
  4000.  
  4001.    [Firefly]
  4002.             "Photuris" is the latin name for the firefly.  "Firefly" is
  4003.             in turn the name for the USA National Security Administra-
  4004.             tion's (classified) key exchange protocol for the STU-III
  4005.             secure telephone.  Informed speculation has it that Firefly
  4006.             is based on very similar design principles.
  4007.  
  4008.  
  4009.  
  4010.  
  4011.  
  4012. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 72]
  4013. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  4014.  
  4015.  
  4016.    [LL94]   Lim, C.H., Lee, P.J., "More flexible exponentiation with
  4017.             precomputation", Advances in Cryptology -- Crypto '94, Lec-
  4018.             ture Notes in Computer Science 839 (1994), Springer-Verlag,
  4019.             pages 95-107.
  4020.  
  4021.    [Prime Commandment]
  4022.             A derivation of an apocryphal quote from the usenet list
  4023.             sci.crypt.
  4024.  
  4025.    [PO96]   Bart Preneel, and Paul C van Oorshot, "On the security of
  4026.             two MAC algorithms", Advances in Cryptology -- Eurocrypt
  4027.             '96, Lecture Notes in Computer Science 1070 (May 1996),
  4028.             Springer-Verlag, pages 19-32.
  4029.  
  4030.    [RFC-768]
  4031.             Postel, J., "User Datagram Protocol", STD 6, August 1980.
  4032.  
  4033.    [RFC-1321]
  4034.             Rivest, R., "The MD5 Message-Digest Algorithm", RFC-1321,
  4035.             MIT Laboratory for Computer Science, April 1992.
  4036.  
  4037.    [RFC-1700]
  4038.             Reynolds, J., and Postel, J., "Assigned Numbers", STD 2,
  4039.             USC/Information Sciences Institute, October 1994.
  4040.  
  4041.    [RFC-1812]
  4042.             Baker, F., Editor, "Requirements for IP Version 4 Routers",
  4043.             Cisco Systems, June 1995.
  4044.  
  4045.    [RFC-1828]
  4046.             Metzger, P., Simpson, W., "IP Authentication using Keyed
  4047.             MD5", July 1995.
  4048.  
  4049.    [RFC-1829]
  4050.             Karn, P., Metzger, P., Simpson, W., "The ESP DES-CBC Trans-
  4051.             form", July 1995.
  4052.  
  4053.    [RFC-2119]
  4054.             Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate Require-
  4055.             ment Levels", BCP 14, Harvard University, March 1997.
  4056.  
  4057.    [RFC-xxxx]
  4058.             Karn, P., and Simpson, W., "ICMP Security Failures Mes-
  4059.             sages", draft-ietf-ipsec-icmp-fail-01.txt, work in progress.
  4060.  
  4061.    [Rooij94]
  4062.             P. de Rooij, "Efficient exponentiation using precomputation
  4063.             and vector addition chains", Advances in Cryptology --
  4064.  
  4065.  
  4066.  
  4067. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 73]
  4068. DRAFT                       Photuris Protocol             September 1997
  4069.  
  4070.  
  4071.             Eurocrypt '94, Lecture Notes in Computer Science, Springer-
  4072.             Verlag, pages 403-415.
  4073.  
  4074.    [Schneier95]
  4075.             Schneier, B., "Applied Cryptography Second Edition", John
  4076.             Wiley & Sons, New York, NY, 1995.  ISBN 0-471-12845-7.
  4077.  
  4078.  
  4079.  
  4080. Contacts
  4081.  
  4082.    Comments about this document should be discussed on the
  4083.    photuris@adk.gr mailing list.
  4084.  
  4085.    Questions about this document can also be directed to:
  4086.  
  4087.       Phil Karn
  4088.       Qualcomm, Inc.
  4089.       6455 Lusk Blvd.
  4090.       San Diego, California  92121-2779
  4091.  
  4092.           karn@qualcomm.com
  4093.           karn@unix.ka9q.ampr.org (preferred)
  4094.  
  4095.  
  4096.       William Allen Simpson
  4097.       DayDreamer
  4098.       Computer Systems Consulting Services
  4099.       1384 Fontaine
  4100.       Madison Heights, Michigan  48071
  4101.  
  4102.           wsimpson@UMich.edu
  4103.           wsimpson@GreenDragon.com (preferred)
  4104.           bsimpson@MorningStar.com
  4105.  
  4106.  
  4107.  
  4108.  
  4109.  
  4110.  
  4111.  
  4112.  
  4113.  
  4114.  
  4115.  
  4116.  
  4117.  
  4118.  
  4119.  
  4120.  
  4121.  
  4122. Karn & Simpson            expires in six months                [Page 74]
  4123.  
  4124.