corrected copyright notices
[gnutls.git] / doc / protocol / draft-ietf-tls-srp-01.txt
blobf122ddd944f0039366cd3312fb580032dcaa4319
3 Network Working Group                                          D. Taylor
4 Internet-Draft                                    Forge Research Pty Ltd
5 Expires: December 28, 2001                                 June 29, 2001
8                     Using SRP for TLS Authentication
9                          draft-ietf-tls-srp-01
11 Status of this Memo
13    This document is an Internet-Draft and is in full conformance with
14    all provisions of Section 10 of RFC2026.
16    Internet-Drafts are working documents of the Internet Engineering
17    Task Force (IETF), its areas, and its working groups.  Note that
18    other groups may also distribute working documents as Internet-
19    Drafts.
21    Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six months
22    and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents at any
23    time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts as reference
24    material or to cite them other than as "work in progress."
26    The list of current Internet-Drafts can be accessed at
27    http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt.
29    The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
30    http://www.ietf.org/shadow.html.
32    This Internet-Draft will expire on December 28, 2001.
34 Copyright Notice
36    Copyright (C) The Internet Society (2001).  All Rights Reserved.
38 Abstract
40    This memo presents a technique for using the SRP (Secure Remote
41    Password) protocol as an authentication method for the TLS (Transport
42    Layer Security) protocol.
55 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 1]
57 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
60 Table of Contents
62    1.    Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
63    2.    SRP Authentication in TLS  . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
64    2.1   Modifications to the TLS Handshake Sequence  . . . . . . . .  4
65    2.1.1 Message Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
66    2.1.2 Session re-use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4
67    2.2   SRP Verifier Message Digest Selection  . . . . . . . . . . .  5
68    2.3   Changes to the Handshake Message Contents  . . . . . . . . .  5
69    2.3.1 The Client Hello Message . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
70    2.3.2 The Server Hello Message . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
71    2.3.3 The Client Key Exchange Message  . . . . . . . . . . . . . .  6
72    2.3.4 The Server Key Exchange Message  . . . . . . . . . . . . . .  6
73    2.4   Calculating the Pre-master Secret  . . . . . . . . . . . . .  6
74    2.5   Cipher Suite Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
75    2.6   New Message Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7
76    2.6.1 ExtensionType  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7
77    2.6.2 Client Hello . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7
78    2.6.3 Server Hello . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
79    2.6.4 Client Key Exchange  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
80    2.6.5 Server Key Exchange  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
81    3.    Security Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
82          References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
83          Author's Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
84    A.    Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
85          Full Copyright Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
111 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 2]
113 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
116 1. Introduction
118    At the time of writing, TLS [1] uses public key certificiates with
119    RSA/DSA digital signatures, or Kerberos, for authentication.
121    These authentication methods do not seem well suited to the
122    applications now being adapted to use TLS (IMAP [3], FTP [4], or
123    TELNET [5], for example).  Given these protocols (and others like
124    them) are designed to use the user name and password method of
125    authentication, being able to use user names and passwords to
126    authenticate the TLS connection seems to be a useful feature.
128    SRP [2] is an authentication method that allows the use of user names
129    and passwords over unencrypted channels without revealing the
130    password to an eavesdropper.  SRP also supplies a shared secret at
131    the end of the authetication sequence that can be used to generate
132    encryption keys.
134    This document describes the use of the SRP authentication method for
135    TLS.
167 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 3]
169 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
172 2. SRP Authentication in TLS
174 2.1 Modifications to the TLS Handshake Sequence
176    The SRP protocol can not be implemented using the sequence of
177    handshake messages defined in [1] due to the sequence in which the
178    SRP messages must be sent.
180    This document proposes a new sequence of handshake messages for
181    handshakes using the SRP authentication method.
183 2.1.1 Message Sequence
185    Handshake Message Flow for SRP Authentication
187           Client                                 Server
188             |                                      |
189        Client Hello (U, mds)-------------------->  |
190             |  <---------------------------- Server Hello (md, g, N, s)
191        Client Key Exchange (A) ----------------->  |
192             |  <---------------------------- Server Key Exchange (B)
193             |  <---------------------------- Server Hello Done
194        change cipher spec                          |
195        Finished -------------------------------->  |
196             |                                change cipher spec
197             |  <---------------------------- Finished
198             |                                      |
200    The identifiers given after each message name refer to the SRP
201    variables included in that message.  The variables are defined in
202    [2], except for (mds) and (md) which are defined in this document.
204    Extended client and server hello messages, as defined in [6], are
205    used to to send the initial client and server values.
207    The client key exchange message is sent during the sequence of server
208    messages.  This modification is required because the client must send
209    its public key (A) before it receives the servers public key (B), as
210    stated in Section 3 of [2].
212 2.1.2 Session re-use
214    The short handshake mechanism for re-using sessions for new
215    connections, and renegotiating keys for existing connections will
216    still work with the SRP authentication mechanism and handshake.
218    When a client attemps to re-use a session that uses SRP
219    authentication, it MUST still include the SRP extension carrying the
223 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 4]
225 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
228    user name (U) in the client hello message, in case the server cannot
229    or will not allow re-use of the session, meaning a full handshake
230    sequence is required.
232    If a client requests an existing session and the server agrees to use
233    it (meaning the short handshake will be used), the server MAY omit
234    the SRP extension from the server hello message, as the information
235    it contains is not used in the short handshake.
237 2.2 SRP Verifier Message Digest Selection
239    SRP uses a message digest algorithm when creating password verifiers,
240    and when performing calculations during authentication.  At the time
241    of writing, SHA-1 is the only algorithm that has been defined for use
242    with SRP.  However, there is no reason other message digest
243    algorithms cannot be used, and the handshake messages and extensions
244    defined by this draft include a message digest algorithm selection
245    mechanism.
247    The passwordMessageDigest enumerated, the srp_mds vector, and srp_md
248    value are used to determine which message digest alorithm is to be
249    used by the client when it is performing the SRP calculation.  The
250    server determines which message digest algorithm to use based on the
251    list of message digest algorithms requested by the client, and the
252    list of available SRP verifiers known by the server.
254    The client sends a list of message digest algorithms it can use for
255    the SRP calculation using the srp_mds vector.  The server MUST select
256    a message digest algorithm that is in the list supplied by the
257    client, and the server MUST have access to an SRP verifier calculated
258    with the selected message digest algorithm.
260    If the server has access to multiple SRP verifiers for the given user
261    (each calculated using a different message disgest algorithm), the
262    server may select whichever matching message digest algorithm it
263    chooses, so long as the selected message digest algorithm appears in
264    the list sent by the client.
266    If the server does not have an SRP verifier calculated with any of
267    the message digest algorithms suggested by the client, the server
268    must send a handshake failure alert.
270 2.3 Changes to the Handshake Message Contents
272    This section describes the changes to the TLS handshake message
273    contents when SRP is being used for authentication.  The definitons
274    of the new message contents and the on-the-wire changes are given in
275    Section 2.6.
279 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 5]
281 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
284 2.3.1 The Client Hello Message
286    The user name is appended to the standard client hello message using
287    the client hello extension mechanism defined in [6].
289    The list of message digests the client can use is also included.
290    This list represents all the message digests the client can use for
291    the SRP calculations.
293 2.3.2 The Server Hello Message
295    The message digest selected by the server (md), the generator (g),
296    the prime (N), and the salt value (s) read from the SRP password file
297    are appended to the server hello message using the client hello
298    extension mechanism defined in [6].
300 2.3.3 The Client Key Exchange Message
302    The client key exchange message carries the client's public key (A),
303    which is calculated using both information known locally, and
304    information received in the server hello message.  This message MUST
305    be sent before the server key exchange message.
307 2.3.4 The Server Key Exchange Message
309    The server key exchange message contains the servers public key (B).
310    The server key exchange message MUST be sent after the client key
311    exchange message.
313 2.4 Calculating the Pre-master Secret
315    The shared secret resulting from the SRP calculations (S) (defined in
316    [2]) is used as the pre-master secret.
318    The finished messages perform the same function as the client and
319    server evidence messages specified in [2].  If either the client or
320    the server calculate an incorrect value, the finished messages will
321    not be understood, and the connection will be dropped as specified in
322    [1].
324 2.5 Cipher Suite Definitions
326    The following cipher suites are added by this draft.  The numbers
327    have been selected based on other RFCs and Internet Drafts that were
328    current at the time of writing, so may need to be changed in future.
330       CipherSuite   TLS_SRP_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA     = { 0x00,0x5B };
335 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 6]
337 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
340       CipherSuite   TLS_SRP_WITH_RC4_128_SHA          = { 0x00,0x5C };
342       CipherSuite   TLS_SRP_WITH_IDEA_CBC_SHA         = { 0x00,0x5D };
344       CipherSuite   TLS_SRP_WITH_3DES_EDE_CBC_MD5     = { 0x00,0x5E };
346       CipherSuite   TLS_SRP_WITH_RC4_128_MD5          = { 0x00,0x5F };
348       CipherSuite   TLS_SRP_WITH_IDEA_CBC_MD5         = { 0x00,0x60 };
351 2.6 New Message Structures
353    This section shows the structure of the messages passed during a
354    handshake that uses SRP for authentication.  The representation
355    language used is the same as that used in [1].
357    When encoding the numbers g, N, A, and B as opaque types, if the most
358    significant bit is set, an extra byte of value 0x00 (all bits
359    cleared) MUST be added as the most significant byte.  This is done as
360    a safeguard against implementations that do not assume these numbers
361    are positive.
363 2.6.1 ExtensionType
365    A new value, "srp(6)", has been added to the enumerated
366    ExtensionType, defined in [6].  This value is used as the extension
367    number for the extensions in both the client hello message and the
368    server hello message.  This value was chosen based on the version of
369    defined in [6] that was current at the time of writing, so may be
370    changed in future.
372 2.6.2 Client Hello
374    The user name (U) and a list of message digests (srp_mds) are encoded
375    in an SRPExtension structure, and sent in an extended client hello
376    message, using an extension of type "srp".
378    The list of message digests represents the list of message digests
379    the client can use for the SRP calculations.
391 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 7]
393 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
396    enum { client, server } ClientOrServerExtension;
398    enum  { sha-1(0), (255) } PasswordMessageDigest;
400    struct {
401       select(ClientOrServerExtension) {
402          case client:
403             opaque srp_U<1..2^8-1>;
404             PasswordMessageDigest srp_mds<1..2^8-1>;
405          case server:
406             PasswordMessageDigest srp_md;
407             opaque srp_s<1..2^8-1>
408             opaque srp_N<1..2^16-1>;
409             opaque srp_g<1..2^16-1>;
410       }
411    } SRPExtension;
414 2.6.3 Server Hello
416    The message digest selected by the server (md), the generator (g),
417    the prime (N), and the salt value (s) are encoded in an SRPExtension
418    structure, which is sent in an extended server hello message, using
419    an extension of type "srp".
421    The SRPParams structure is defined above.
423 2.6.4 Client Key Exchange
425    When the value of KeyExchangeAlgorithm is set to "srp", the client's
426    ephemeral public key (A) is sent in the client key exchange message,
427    encoded in an ClientSRPPublic structure.
429    An extra value, srp, has been added to the enumerated
430    KeyExchangeAlgorithm, originally defined in TLS [1].
447 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 8]
449 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
452    struct {
453       select (KeyExchangeAlgorithm) {
454          case rsa: EncryptedPreMasterSecret;
455          case diffie_hellman: ClientDiffieHellmanPublic;
456          case srp: ClientSRPPublic;   /* new entry */
457       } exchange_keys;
458    } ClientKeyExchange;
460    enum { rsa, diffie_hellman, srp } KeyExchangeAlgorithm;
462    struct {
463       opaque srp_A<1..2^16-1>;
464    } ClientSRPPublic;
467 2.6.5 Server Key Exchange
469    When the value of KeyExchangeAlgorithm is set to "srp", the server's
470    ephemeral public key (B) is sent in the server key exchange message,
471    encoded in an ServerSRPPublic structure.
473    struct {
474       select (KeyExchangeAlgorithm) {
475          case diffie_hellman:
476             ServerDHParams params;
477             Signature signed_params;
478          case rsa:
479             ServerRSAParams params;
480             Signature signed_params;
481          case srp:
482             ServerSRPPublic;   /* new entry */
483       };
484    } ServerKeyExchange;
486    struct {
487       opaque srp_B<1..2^16-1>;
488    } ServerSRPPublic;     /* SRP parameters */
503 Taylor                  Expires December 28, 2001               [Page 9]
505 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
508 3. Security Considerations
510    If an attacker is able to steal the SRP verifier file, the attacker
511    can masquerade as the real host.  Filesystem based X.509 certificate
512    installations are vulnerable to a similar attack unless the servers
513    certificate is issued from a PKI that maintains revocation lists, and
514    the client TLS code can both contact the PKI and make use of the
515    revocation list.
517    Not all clients and servers will be able to interoperate once the
518    number of message digest algorithms used for creating password
519    verifiers is increased.  For example, a client may only support SHA-
520    1, whereas the verifiers on the server were created with a different
521    message digest algoritm.
523    Because the initial handshake messages are unprotected, an attacker
524    can modify the list of message digests in the client hello message.
525    For example, an attacker could rewrite the message to remove all but
526    the weakest message digest.  There is no way to know this has
527    happened until the finished messages are compared.
529    An attacker can also modify the server hello message to use a
530    different message digest than that selected by the server.  If this
531    happens, the handshake will fail after the change cipher spec
532    messages are sent, as the client and server will have calculated
533    different pre-master secret vales.
559 Taylor                  Expires December 28, 2001              [Page 10]
561 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
564 References
566    [1]  Dierks, T. and C. Allen, "The TLS Protocol", RFC 2246, January
567         1999.
569    [2]  Wu, T., "The SRP Authentication and Key Exchange System", RFC
570         2945, September 2000.
572    [3]  Newman, C., "Using TLS with IMAP, POP3 and ACAP", RFC 2595, June
573         1999.
575    [4]  Ford-Hutchinson, P., Carpenter, M., Hudson, T., Murray, E. and
576         V. Wiegand, "Securing FTP with TLS", draft-murray-auth-ftp-ssl-
577         06 (work in progress), September 2000.
579    [5]  Boe, M. and J. Altman, "TLS-based Telnet Security", draft-ietf-
580         tn3270e-telnet-tls-05 (work in progress), October 2000.
582    [6]  Blake-Wilson, S., Nystrom, M., Hopwood, D., Mikkelsen, J. and T.
583         Wright, "TLS Extensions", draft-ietf-tls-extensions-00 (work in
584         progress), June 2001.
587 Author's Address
589    David Taylor
590    Forge Research Pty Ltd
592    EMail: DavidTaylor@forge.com.au
593    URI:   http://www.forge.com.au/
615 Taylor                  Expires December 28, 2001              [Page 11]
617 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
620 Appendix A. Acknowledgements
622    The following people have contributed ideas and time to this draft:
623    Raif Naffah, Tom  Wu, Nikos Mavroyanopoulos
671 Taylor                  Expires December 28, 2001              [Page 12]
673 Internet-Draft      Using SRP for TLS Authentication           June 2001
676 Full Copyright Statement
678    Copyright (C) The Internet Society (2001).  All Rights Reserved.
680    This document and translations of it may be copied and furnished to
681    others, and derivative works that comment on or otherwise explain it
682    or assist in its implementation may be prepared, copied, published
683    and distributed, in whole or in part, without restriction of any
684    kind, provided that the above copyright notice and this paragraph are
685    included on all such copies and derivative works.  However, this
686    document itself may not be modified in any way, such as by removing
687    the copyright notice or references to the Internet Society or other
688    Internet organizations, except as needed for the purpose of
689    developing Internet standards in which case the procedures for
690    copyrights defined in the Internet Standards process must be
691    followed, or as required to translate it into languages other than
692    English.
694    The limited permissions granted above are perpetual and will not be
695    revoked by the Internet Society or its successors or assigns.
697    This document and the information contained herein is provided on an
698    "AS IS" basis and THE INTERNET SOCIETY AND THE INTERNET ENGINEERING
699    TASK FORCE DISCLAIMS ALL WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING
700    BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTY THAT THE USE OF THE INFORMATION
701    HEREIN WILL NOT INFRINGE ANY RIGHTS OR ANY IMPLIED WARRANTIES OF
702    MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
704 Acknowledgement
706    Funding for the RFC Editor function is currently provided by the
707    Internet Society.
727 Taylor                  Expires December 28, 2001              [Page 13]