Update gnulib files.
[shishi.git] / doc / specifications / draft-raeburn-krb-rijndael-krb-04.txt
blob097aa80e75e0d22ab61b30e81837bcbc8a60a9b9
10 Kerberos Working Group                                        K. Raeburn
11 Document: draft-raeburn-krb-rijndael-krb-04.txt                      MIT
12                                                            June 10, 2003
13                                                expires December 10, 2003
15                      AES Encryption for Kerberos 5
17 Status of this Memo
19    This document is an Internet-Draft and is in full conformance with
20    all provisions of Section 10 of RFC2026 [RFC2026]. Internet-Drafts
21    are working documents of the Internet Engineering Task Force (IETF),
22    its areas, and its working groups. Note that other groups may also
23    distribute working documents as Internet-Drafts. Internet-Drafts are
24    draft documents valid for a maximum of six months and may be updated,
25    replaced, or obsoleted by other documents at any time. It is
26    inappropriate to use Internet-Drafts as reference material or to cite
27    them other than as "work in progress."
29    The list of current Internet-Drafts can be accessed at
30    http://www.ietf.org/ietf/1id-abstracts.txt
32    The list of Internet-Draft Shadow Directories can be accessed at
33    http://www.ietf.org/shadow.html.
35 Abstract
37    Recently the US National Institute of Standards and Technology chose
38    a new Advanced Encryption Standard, which is significantly faster and
39    (it is believed) more secure than the old DES algorithm.  This
40    document is a specification for the addition of this algorithm to the
41    Kerberos cryptosystem suite.
43    Comments should be sent to the author, or to the IETF Kerberos
44    working group (ietf-krb-wg@anl.gov).
46 1. Introduction
48    This document defines encryption key and checksum types for Kerberos
49    5 using the AES algorithm recently chosen by NIST.  These new types
50    support 128-bit block encryption, and key sizes of 128 or 256 bits.
58 Raeburn                                                         [Page 1]
60 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
63    Using the "simplified profile" of [KCRYPTO], we can define a pair of
64    encryption and checksum schemes.  AES is used with cipher text
65    stealing to avoid message expansion, and SHA-1 [SHA1] is the
66    associated checksum function.
68 2. Conventions Used in this Document
70    The key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT",
71    "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "MAY", and "OPTIONAL" in this
72    document are to be interpreted as described in RFC 2119.
74 3. Protocol Key Representation
76    The profile in [KCRYPTO] treats keys and random octet strings as
77    conceptually different.  But since the AES key space is dense, we can
78    use any bit string of appropriate length as a key.  We use the byte
79    representation for the key described in [AES], where the first bit of
80    the bit string is the high bit of the first byte of the byte string
81    (octet string) representation.
83 4. Key Generation From Pass Phrases or Random Data
85    Given the above format for keys, we can generate keys from the
86    appropriate amounts of random data (128 or 256 bits) by simply
87    copying the input string.
89    To generate an encryption key from a pass phrase and salt string, we
90    use the PBKDF2 function from PKCS #5 v2.0 ([PKCS5]), with parameters
91    indicated below, to generate an intermediate key (of the same length
92    as the desired final key), which is then passed into the DK function
93    with the 8-octet ASCII string "kerberos" as is done for des3-cbc-
94    hmac-sha1-kd in [KCRYPTO].  (In [KCRYPTO] terms, the PBKDF2 function
95    produces a "random octet string", hence the application of the
96    random-to-key function even though it's effectively a simple identity
97    operation.)  The resulting key is the user's long-term key for use
98    with the encryption algorithm in question.
100     tkey = random2key(PBKDF2(passphrase, salt, iter_count, keylength))
101     key = DK(tkey, "kerberos")
103    The pseudorandom function used by PBKDF2 will be a SHA-1 HMAC of the
104    passphrase and salt, as described in Appendix B.1 to PKCS#5.
106    The number of iterations is specified by the string-to-key parameters
107    supplied.  The parameter string is four octets indicating an unsigned
108    number in big-endian order.  This is the number of iterations to be
109    performed.  If the value is 00 00 00 00, the number of iterations to
110    be performed is 4294967296 (2**32).  (Thus the minimum expressable
114 Raeburn                                                         [Page 2]
116 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
119    iteration count is 1.)
121    For environments where slower hardware is the norm, implementations
122    may wish to limit the number of iterations to prevent a spoofed
123    response from consuming lots of client-side CPU time; it is
124    recommended that this bound be no less than 50000.  Even for
125    environments with fast hardware, 4 billion iterations is likely to
126    take a fairly long time; much larger bounds might still be enforced,
127    and it might be wise for implementations to permit interruption of
128    this operation by the user if the environment allows for it.
130    If the string-to-key parameters are not supplied, the default value
131    to be used is 00 00 b0 00 (decimal 45056, indicating 45056
132    iterations, which takes slightly under 1 second on a 300MHz Pentium
133    II in tests run by the author).
135    Sample test vectors are given in the appendix.
137 5. Cipher Text Stealing
139    Cipher block chaining is used to encrypt messages.  Unlike previous
140    Kerberos cryptosystems, we use cipher text stealing to handle the
141    possibly partial final block of the message.
143    Cipher text stealing is described on pages 195-196 of [AC], and
144    section 8 of [RC5]; it has the advantage that no message expansion is
145    done during encryption of messages of arbitrary sizes as is typically
146    done in CBC mode with padding.
148    Cipher text stealing, as defined in [RC5], assumes that more than one
149    block of plain text is available.  If exactly one block is to be
150    encrypted, that block is simply encrypted with AES (also known as ECB
151    mode).  Input of less than one block is padded at the end to one
152    block; the values of the padding bits are unspecified.
153    (Implementations may use all-zero padding, but protocols should not
154    rely on the result being deterministic.  Implementations may use
155    random padding, but protocols should not rely on the result not being
156    deterministic.  Note that in most cases, the Kerberos encryption
157    profile will add a random confounder independent of this padding.)
159    For consistency, cipher text stealing is always used for the last two
160    blocks of the data to be encrypted, as in [RC5].  If the data length
161    is a multiple of the block size, this is equivalent to plain CBC mode
162    with the last two cipher text blocks swapped.
164    A test vector is given in the appendix.
170 Raeburn                                                         [Page 3]
172 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
175 6. Kerberos Algorithm Profile Parameters
177    This is a summary of the parameters to be used with the simplified
178    algorithm profile described in [KCRYPTO]:
180    +--------------------------------------------------------------------+
181    |               protocol key format       128- or 256-bit string     |
182    |                                                                    |
183    |            string-to-key function       PBKDF2+DK with variable    |
184    |                                         iteration count (see       |
185    |                                         above)                     |
186    |                                                                    |
187    |  default string-to-key parameters       00 00 b0 00                |
188    |                                                                    |
189    |        key-generation seed length       key size                   |
190    |                                                                    |
191    |            random-to-key function       identity function          |
192    |                                                                    |
193    |                  hash function, H       SHA-1                      |
194    |                                                                    |
195    |               HMAC output size, h       12 octets (96 bits)        |
196    |                                                                    |
197    |             message block size, m       1 octet                    |
198    |                                                                    |
199    |  encryption/decryption functions,       AES in CBC-CTS mode with   |
200    |  E and D                                zero ivec (cipher block    |
201    |                                         size 16 octets)            |
202    +--------------------------------------------------------------------+
204    Using this profile with each key size gives us two each of encryption
205    and checksum algorithm definitions.
207 7. Assigned Numbers
209    The following encryption type numbers are assigned:
211    +--------------------------------------------------------------------+
212    |                         encryption types                           |
213    +--------------------------------------------------------------------+
214    |         type name                  etype value          key size   |
215    +--------------------------------------------------------------------+
216    |   aes128-cts-hmac-sha1-96              17                 128      |
217    |   aes256-cts-hmac-sha1-96              18                 256      |
218    +--------------------------------------------------------------------+
220    The following checksum type numbers are assigned:
226 Raeburn                                                         [Page 4]
228 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
231    +--------------------------------------------------------------------+
232    |                          checksum types                            |
233    +--------------------------------------------------------------------+
234    |        type name                 sumtype value           length    |
235    +--------------------------------------------------------------------+
236    |    hmac-sha1-96-aes128                15                   96      |
237    |    hmac-sha1-96-aes256                16                   96      |
238    +--------------------------------------------------------------------+
240    These checksum types will be used with the corresponding encryption
241    types defined above.
243 8. Security Considerations
245    This new algorithm has not been around long enough to receive the
246    decades of intense analysis that DES has received.  It is possible
247    that some weakness exists that has not been found by the
248    cryptographers analyzing these algorithms before and during the AES
249    selection process.
251    The use of the HMAC function has drawbacks for certain pass phrase
252    lengths.  For example, a pass phrase longer than the hash function
253    block size (64 bytes, for SHA-1) is hashed to a smaller size (20
254    bytes) before applying the main HMAC algorithm.  However, entropy is
255    generally sparse in pass phrases, especially in long ones, so this
256    may not be a problem in the rare cases of users with long pass
257    phrases.
259    Also, generating a 256-bit key from a pass phrase of any length may
260    be deceptive, since the effective entropy in pass-phrase-derived key
261    cannot be nearly that large.
263    The iteration count in PBKDF2 appears to be useful primarily as a
264    constant multiplier for the amount of work required for an attacker
265    using brute-force methods.  Unfortunately, it also multiplies, by the
266    same amount, the work needed by a legitimate user with a valid
267    password.  Thus the work factor imposed on an attacker (who may have
268    many powerful workstations at his disposal) must be balanced against
269    the work factor imposed on the legitimate user (who may have a PDA or
270    cell phone); the available computing power on either side increases
271    as time goes on, as well.  A better way to deal with the brute-force
272    attack is through preauthentication mechanisms that provide better
273    protection of the user's long-term key.  Use of such mechanisms is
274    out of scope for this document.
276    If the PBKDF2 iteration count can be spoofed by an intruder on the
277    network, and the limit on the accepted iteration count is very high,
278    the intruder may be able to introduce a form of denial of service
282 Raeburn                                                         [Page 5]
284 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
287    attack against the client by sending a very high iteration count,
288    causing the client to spend a great deal of CPU time computing an
289    incorrect key.
291    Any benefit against other attacks specific to the HMAC or SHA-1
292    algorithms is probably achieved with a fairly small number of
293    iterations.
295    Cipher text stealing mode, since it requires no additional padding in
296    most cases, will reveal the exact length of each message being
297    encrypted, rather than merely bounding it to a small range of
298    possible lengths as in CBC mode.  Such obfuscation should not be
299    relied upon at higher levels in any case; if the length must be
300    obscured from an outside observer, it should be done by intentionally
301    varying the length of the message to be encrypted.
303    The author is not a cryptographer.  Caveat emptor.
305 9. IANA Considerations
307    None.
309 10. Acknowledgements
311    Thanks to John Brezak, Gerardo Diaz Cuellar and Marcus Watts for
312    feedback on earlier versions of this document.
314 A. Sample test vectors
316    Sample values for the PBKDF2 HMAC-SHA1 string-to-key function are
317    included below.
319    Iteration count = 1
320    Pass phrase = "password"
321    Salt = "ATHENA.MIT.EDUraeburn"
322    128-bit PBKDF2 output:
323        cd ed b5 28 1b b2 f8 01 56 5a 11 22 b2 56 35 15
324    128-bit AES key:
325        42 26 3c 6e 89 f4 fc 28 b8 df 68 ee 09 79 9f 15
326    256-bit PBKDF2 output:
327        cd ed b5 28 1b b2 f8 01 56 5a 11 22 b2 56 35 15
328        0a d1 f7 a0 4b b9 f3 a3 33 ec c0 e2 e1 f7 08 37
329    256-bit AES key:
330        fe 69 7b 52 bc 0d 3c e1 44 32 ba 03 6a 92 e6 5b
331        bb 52 28 09 90 a2 fa 27 88 39 98 d7 2a f3 01 61
338 Raeburn                                                         [Page 6]
340 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
343    Iteration count = 2
344    Pass phrase = "password"
345    Salt="ATHENA.MIT.EDUraeburn"
346    128-bit PBKDF2 output:
347        01 db ee 7f 4a 9e 24 3e 98 8b 62 c7 3c da 93 5d
348    128-bit AES key:
349        c6 51 bf 29 e2 30 0a c2 7f a4 69 d6 93 bd da 13
350    256-bit PBKDF2 output:
351        01 db ee 7f 4a 9e 24 3e 98 8b 62 c7 3c da 93 5d
352        a0 53 78 b9 32 44 ec 8f 48 a9 9e 61 ad 79 9d 86
353    256-bit AES key:
354        a2 e1 6d 16 b3 60 69 c1 35 d5 e9 d2 e2 5f 89 61
355        02 68 56 18 b9 59 14 b4 67 c6 76 22 22 58 24 ff
357    Iteration count = 1200
358    Pass phrase = "password"
359    Salt = "ATHENA.MIT.EDUraeburn"
360    128-bit PBKDF2 output:
361        5c 08 eb 61 fd f7 1e 4e 4e c3 cf 6b a1 f5 51 2b
362    128-bit AES key:
363        4c 01 cd 46 d6 32 d0 1e 6d be 23 0a 01 ed 64 2a
364    256-bit PBKDF2 output:
365        5c 08 eb 61 fd f7 1e 4e 4e c3 cf 6b a1 f5 51 2b
366        a7 e5 2d db c5 e5 14 2f 70 8a 31 e2 e6 2b 1e 13
367    256-bit AES key:
368        55 a6 ac 74 0a d1 7b 48 46 94 10 51 e1 e8 b0 a7
369        54 8d 93 b0 ab 30 a8 bc 3f f1 62 80 38 2b 8c 2a
371    Iteration count = 5
372    Pass phrase = "password"
373    Salt=0x1234567878563412
374    128-bit PBKDF2 output:
375        d1 da a7 86 15 f2 87 e6 a1 c8 b1 20 d7 06 2a 49
376    128-bit AES key:
377        e9 b2 3d 52 27 37 47 dd 5c 35 cb 55 be 61 9d 8e
378    256-bit PBKDF2 output:
379        d1 da a7 86 15 f2 87 e6 a1 c8 b1 20 d7 06 2a 49
380        3f 98 d2 03 e6 be 49 a6 ad f4 fa 57 4b 6e 64 ee
381    256-bit AES key:
382        97 a4 e7 86 be 20 d8 1a 38 2d 5e bc 96 d5 90 9c
383        ab cd ad c8 7c a4 8f 57 45 04 15 9f 16 c3 6e 31
384    (This test is based on values given in [PECMS].)
394 Raeburn                                                         [Page 7]
396 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
399    Iteration count = 1200
400    Pass phrase = (64 characters)
401      "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX"
402    Salt="pass phrase equals block size"
403    128-bit PBKDF2 output:
404        13 9c 30 c0 96 6b c3 2b a5 5f db f2 12 53 0a c9
405    128-bit AES key:
406        59 d1 bb 78 9a 82 8b 1a a5 4e f9 c2 88 3f 69 ed
407    256-bit PBKDF2 output:
408        13 9c 30 c0 96 6b c3 2b a5 5f db f2 12 53 0a c9
409        c5 ec 59 f1 a4 52 f5 cc 9a d9 40 fe a0 59 8e d1
410    256-bit AES key:
411        89 ad ee 36 08 db 8b c7 1f 1b fb fe 45 94 86 b0
412        56 18 b7 0c ba e2 20 92 53 4e 56 c5 53 ba 4b 34
414    Iteration count = 1200
415    Pass phrase = (65 characters)
416      "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX"
417    Salt = "pass phrase exceeds block size"
418    128-bit PBKDF2 output:
419        9c ca d6 d4 68 77 0c d5 1b 10 e6 a6 87 21 be 61
420    128-bit AES key:
421        cb 80 05 dc 5f 90 17 9a 7f 02 10 4c 00 18 75 1d
422    256-bit PBKDF2 output:
423        9c ca d6 d4 68 77 0c d5 1b 10 e6 a6 87 21 be 61
424        1a 8b 4d 28 26 01 db 3b 36 be 92 46 91 5e c8 2a
425    256-bit AES key:
426        d7 8c 5c 9c b8 72 a8 c9 da d4 69 7f 0b b5 b2 d2
427        14 96 c8 2b eb 2c ae da 21 12 fc ee a0 57 40 1b
429    Iteration count = 50
430    Pass phrase = g-clef (0xf09d849e)
431    Salt = "EXAMPLE.COMpianist"
432    128-bit PBKDF2 output:
433        6b 9c f2 6d 45 45 5a 43 a5 b8 bb 27 6a 40 3b 39
434    128-bit AES key:
435        f1 49 c1 f2 e1 54 a7 34 52 d4 3e 7f e6 2a 56 e5
436    256-bit PBKDF2 output:
437        6b 9c f2 6d 45 45 5a 43 a5 b8 bb 27 6a 40 3b 39
438        e7 fe 37 a0 c4 1e 02 c2 81 ff 30 69 e1 e9 4f 52
439    256-bit AES key:
440        4b 6d 98 39 f8 44 06 df 1f 09 cc 16 6d b4 b8 3c
441        57 18 48 b7 84 a3 d6 bd c3 46 58 9a 3e 39 3f 9e
443    Some test vectors for CBC with cipher text stealing, using an initial
444    vector of all-zero.
450 Raeburn                                                         [Page 8]
452 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
455    AES 128-bit key:
456        63 68 69 63 6b 65 6e 20 74 65 72 69 79 61 6b 69
458    Input:
459        49 20 77 6f 75 6c 64 20 6c 69 6b 65 20 74 68 65
460        20
461    Output:
462        c6 35 35 68 f2 bf 8c b4 d8 a5 80 36 2d a7 ff 7f
463        97
465    Input:
466        49 20 77 6f 75 6c 64 20 6c 69 6b 65 20 74 68 65
467        20 47 65 6e 65 72 61 6c 20 47 61 75 27 73 20
468    Output:
469        fc 00 78 3e 0e fd b2 c1 d4 45 d4 c8 ef f7 ed 22
470        97 68 72 68 d6 ec cc c0 c0 7b 25 e2 5e cf e5
472    Input:
473        49 20 77 6f 75 6c 64 20 6c 69 6b 65 20 74 68 65
474        20 47 65 6e 65 72 61 6c 20 47 61 75 27 73 20 43
475    Output:
476        39 31 25 23 a7 86 62 d5 be 7f cb cc 98 eb f5 a8
477        97 68 72 68 d6 ec cc c0 c0 7b 25 e2 5e cf e5 84
479    Input:
480        49 20 77 6f 75 6c 64 20 6c 69 6b 65 20 74 68 65
481        20 47 65 6e 65 72 61 6c 20 47 61 75 27 73 20 43
482        68 69 63 6b 65 6e 2c 20 70 6c 65 61 73 65 2c
483    Output:
484        97 68 72 68 d6 ec cc c0 c0 7b 25 e2 5e cf e5 84
485        b3 ff fd 94 0c 16 a1 8c 1b 55 49 d2 f8 38 02 9e
486        39 31 25 23 a7 86 62 d5 be 7f cb cc 98 eb f5
488    Input:
489        49 20 77 6f 75 6c 64 20 6c 69 6b 65 20 74 68 65
490        20 47 65 6e 65 72 61 6c 20 47 61 75 27 73 20 43
491        68 69 63 6b 65 6e 2c 20 70 6c 65 61 73 65 2c 20
492    Output:
493        97 68 72 68 d6 ec cc c0 c0 7b 25 e2 5e cf e5 84
494        9d ad 8b bb 96 c4 cd c0 3b c1 03 e1 a1 94 bb d8
495        39 31 25 23 a7 86 62 d5 be 7f cb cc 98 eb f5 a8
506 Raeburn                                                         [Page 9]
508 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
511    Input:
512        49 20 77 6f 75 6c 64 20 6c 69 6b 65 20 74 68 65
513        20 47 65 6e 65 72 61 6c 20 47 61 75 27 73 20 43
514        68 69 63 6b 65 6e 2c 20 70 6c 65 61 73 65 2c 20
515        61 6e 64 20 77 6f 6e 74 6f 6e 20 73 6f 75 70 2e
516    Output:
517        97 68 72 68 d6 ec cc c0 c0 7b 25 e2 5e cf e5 84
518        39 31 25 23 a7 86 62 d5 be 7f cb cc 98 eb f5 a8
519        48 07 ef e8 36 ee 89 a5 26 73 0d bc 2f 7b c8 40
520        9d ad 8b bb 96 c4 cd c0 3b c1 03 e1 a1 94 bb d8
522 Normative References
524    [AC] Schneier, B., "Applied Cryptography", second edition, John Wiley
525    and Sons, New York, 1996.
527    [AES] National Institute of Standards and Technology, U.S. Department
528    of Commerce, "Advanced Encryption Standard", Federal Information
529    Processing Standards Publication 197, Washington, DC, November 2001.
531    [KCRYPTO] Raeburn, K., "Encryption and Checksum Specifications for
532    Kerberos 5", draft-ietf-krb-wg-crypto-01.txt, May, 2002.  Work in
533    progress.
535    [PKCS5] Kaliski, B., "PKCS #5: Password-Based Cryptography
536    Specification Version 2.0", RFC 2898, September 2000.
538    [RC5] Baldwin, R, and R. Rivest, "The RC5, RC5-CBC, RC5-CBC-Pad, and
539    RC5-CTS Algorithms", RFC 2040, October 1996.
541    [RFC2026] Bradner, S., "The Internet Standards Process -- Revision
542    3", RFC 2026, October 1996.
544    [SHA1] National Institute of Standards and Technology, U.S.
545    Department of Commerce, "Secure Hash Standard", Federal Information
546    Processing Standards Publication 180-1, Washington, DC, April 1995.
548 Informative References
550    [PECMS] Gutmann, P., "Password-based Encryption for CMS", RFC 3211,
551    December 2001.
562 Raeburn                                                        [Page 10]
564 INTERNET DRAFT                                                 June 2003
567 Author's Address
569    Kenneth Raeburn
570    Massachusetts Institute of Technology
571    77 Massachusetts Avenue
572    Cambridge, MA 02139
573    raeburn@mit.edu
575 Full Copyright Statement
577    Copyright (C) The Internet Society (2003).  All Rights Reserved.
579    This document and translations of it may be copied and furnished to
580    others, and derivative works that comment on or otherwise explain it
581    or assist in its implementation may be prepared, copied, published
582    and distributed, in whole or in part, without restriction of any
583    kind, provided that the above copyright notice and this paragraph are
584    included on all such copies and derivative works.  However, this
585    document itself may not be modified in any way, such as by removing
586    the copyright notice or references to the Internet Society or other
587    Internet organizations, except as needed for the purpose of
588    developing Internet standards in which case the procedures for
589    copyrights defined in the Internet Standards process must be
590    followed, or as required to translate it into languages other than
591    English.
593    The limited permissions granted above are perpetual and will not be
594    revoked by the Internet Society or its successors or assigns.
596    This document and the information contained herein is provided on an
597    "AS IS" basis and THE INTERNET SOCIETY AND THE INTERNET ENGINEERING
598    TASK FORCE DISCLAIMS ALL WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING
599    BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTY THAT THE USE OF THE INFORMATION
600    HEREIN WILL NOT INFRINGE ANY RIGHTS OR ANY IMPLIED WARRANTIES OF
601    MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE."
603 Notes to RFC Editor
605    Assuming this document goes through Last Call along with the Kerberos
606    crypto framework draft, the reference entry for [KCRYPTO] will list
607    the draft name, not the RFC number.  This should be replaced with the
608    RFC info.
610    Remove Kerberos working group contact info from the Abstract; it's
611    right for the draft, but not the final RFC.
618 Raeburn                                                        [Page 11]