Copy latest SMTP-with-DANE - draft 11
[exim.git] / doc / doc-txt / draft-ietf-dane-smtp-with-dane.txt
1
2
3
4
5 DANE                                                         V. Dukhovni
6 Internet-Draft                                                 Two Sigma
7 Intended status: Standards Track                             W. Hardaker
8 Expires: November 26, 2014                                       Parsons
9                                                             May 25, 2014
10
11
12                 SMTP security via opportunistic DANE TLS
13                    draft-ietf-dane-smtp-with-dane-10
14
15 Abstract
16
17    This memo describes a downgrade-resistant protocol for SMTP transport
18    security between Mail Transfer Agents (MTAs) based on the DNS-Based
19    Authentication of Named Entities (DANE) TLSA DNS record.  Adoption of
20    this protocol enables an incremental transition of the Internet email
21    backbone to one using encrypted and authenticated Transport Layer
22    Security (TLS).
23
24 Status of This Memo
25
26    This Internet-Draft is submitted in full conformance with the
27    provisions of BCP 78 and BCP 79.
28
29    Internet-Drafts are working documents of the Internet Engineering
30    Task Force (IETF).  Note that other groups may also distribute
31    working documents as Internet-Drafts.  The list of current Internet-
32    Drafts is at http://datatracker.ietf.org/drafts/current/.
33
34    Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six months
35    and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents at any
36    time.  It is inappropriate to use Internet-Drafts as reference
37    material or to cite them other than as "work in progress."
38
39    This Internet-Draft will expire on November 26, 2014.
40
41 Copyright Notice
42
43    Copyright (c) 2014 IETF Trust and the persons identified as the
44    document authors.  All rights reserved.
45
46    This document is subject to BCP 78 and the IETF Trust's Legal
47    Provisions Relating to IETF Documents
48    (http://trustee.ietf.org/license-info) in effect on the date of
49    publication of this document.  Please review these documents
50    carefully, as they describe your rights and restrictions with respect
51    to this document.  Code Components extracted from this document must
52    include Simplified BSD License text as described in Section 4.e of
53
54
55
56 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 1]
57 \f
58 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
59
60
61    the Trust Legal Provisions and are provided without warranty as
62    described in the Simplified BSD License.
63
64 Table of Contents
65
66    1.  Introduction  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   3
67      1.1.  Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   3
68      1.2.  Background  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   5
69      1.3.  SMTP channel security . . . . . . . . . . . . . . . . . .   6
70        1.3.1.  STARTTLS downgrade attack . . . . . . . . . . . . . .   6
71        1.3.2.  Insecure server name without DNSSEC . . . . . . . . .   7
72        1.3.3.  Sender policy does not scale  . . . . . . . . . . . .   7
73        1.3.4.  Too many certification authorities  . . . . . . . . .   8
74    2.  Identifying applicable TLSA records . . . . . . . . . . . . .   8
75      2.1.  DNS considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   8
76        2.1.1.  DNS errors, bogus and indeterminate responses . . . .   8
77        2.1.2.  DNS error handling  . . . . . . . . . . . . . . . . .  11
78        2.1.3.  Stub resolver considerations  . . . . . . . . . . . .  11
79      2.2.  TLS discovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12
80        2.2.1.  MX resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  13
81        2.2.2.  Non-MX destinations . . . . . . . . . . . . . . . . .  15
82        2.2.3.  TLSA record lookup  . . . . . . . . . . . . . . . . .  17
83    3.  DANE authentication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  19
84      3.1.  TLSA certificate usages . . . . . . . . . . . . . . . . .  19
85        3.1.1.  Certificate usage DANE-EE(3)  . . . . . . . . . . . .  20
86        3.1.2.  Certificate usage DANE-TA(2)  . . . . . . . . . . . .  21
87        3.1.3.  Certificate usages PKIX-TA(0) and PKIX-EE(1)  . . . .  22
88      3.2.  Certificate matching  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  23
89        3.2.1.  DANE-EE(3) name checks  . . . . . . . . . . . . . . .  23
90        3.2.2.  DANE-TA(2) name checks  . . . . . . . . . . . . . . .  23
91        3.2.3.  Reference identifier matching . . . . . . . . . . . .  24
92    4.  Server key management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  25
93    5.  Digest algorithm agility  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26
94    6.  Mandatory TLS Security  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  27
95    7.  Note on DANE for Message User Agents  . . . . . . . . . . . .  28
96    8.  Interoperability considerations . . . . . . . . . . . . . . .  29
97      8.1.  SNI support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29
98      8.2.  Anonymous TLS cipher suites . . . . . . . . . . . . . . .  29
99    9.  Operational Considerations  . . . . . . . . . . . . . . . . .  30
100      9.1.  Client Operational Considerations . . . . . . . . . . . .  30
101      9.2.  Publisher Operational Considerations  . . . . . . . . . .  30
102    10. Security Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  31
103    11. IANA considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  31
104    12. Acknowledgements  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  31
105    13. References  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  32
106      13.1.  Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . .  32
107      13.2.  Informative References . . . . . . . . . . . . . . . . .  33
108    Authors' Addresses  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  33
109
110
111
112 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 2]
113 \f
114 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
115
116
117 1.  Introduction
118
119    This memo specifies a new connection security model for Message
120    Transfer Agents (MTAs).  This model is motivated by key features of
121    inter-domain SMTP delivery, in particular the fact that the
122    destination server is selected indirectly via DNS Mail Exchange (MX)
123    records and that neither email addresses nor MX hostnames signal a
124    requirement for either secure or cleartext transport.  Therefore,
125    aside from a few manually configured exceptions, SMTP transport
126    security is of necessity opportunistic.
127
128    This specification uses the presence of DANE TLSA records to securely
129    signal TLS support and to publish the means by which SMTP clients can
130    successfully authenticate legitimate SMTP servers.  This becomes
131    "opportunistic DANE TLS" and is resistant to downgrade and MITM
132    attacks.  It enables an incremental transition of the email backbone
133    to authenticated TLS delivery, with increased global protection as
134    adoption increases.
135
136    With opportunistic DANE TLS, traffic from SMTP clients to domains
137    that publish "usable" DANE TLSA records in accordance with this memo
138    is authenticated and encrypted.  Traffic from legacy clients or to
139    domains that do not publish TLSA records will continue to be sent in
140    the same manner as before, via manually configured security, (pre-
141    DANE) opportunistic TLS or just cleartext SMTP.
142
143    Problems with existing use of TLS in MTA to MTA SMTP that motivate
144    this specification are described in Section 1.3.  The specification
145    itself follows in Section 2 and Section 3 which describe respectively
146    how to locate and use DANE TLSA records with SMTP.  In Section 6, we
147    discuss application of DANE TLS to destinations for which channel
148    integrity and confidentiality are mandatory.  In Section 7 we briefly
149    comment on potential applicability of this specification to Message
150    User Agents.
151
152 1.1.  Terminology
153
154    The key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT",
155    "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "NOT RECOMMENDED", "MAY", and
156    "OPTIONAL" in this document are to be interpreted as described in
157    [RFC2119].
158
159    The following terms or concepts are used through the document:
160
161    Man-in-the-middle or MITM attack:  Active modification of network
162       traffic by an adversary able to thereby compromise the
163       confidentiality or integrity of the data.
164
165
166
167
168 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 3]
169 \f
170 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
171
172
173    secure, bogus, insecure, indeterminate:  DNSSEC validation results,
174       as defined in Section 4.3 of [RFC4035].
175
176    Validating Security-Aware Stub Resolver and     Non-Validating
177    Security-Aware Stub Resolver:
178       Capabilities of the stub resolver in use as defined in [RFC4033];
179       note that this specification requires the use of a Security-Aware
180       Stub Resolver; Security-Oblivious stub-resolvers MUST NOT be used.
181
182    opportunistic DANE TLS:  Best-effort use of TLS, resistant to
183       downgrade attacks for destinations with DNSSEC-validated TLSA
184       records.  When opportunistic DANE TLS is determined to be
185       unavailable, clients should fall back to opportunistic TLS below.
186       Opportunistic DANE TLS requires support for DNSSEC, DANE and
187       STARTTLS on the client side and STARTTLS plus a DNSSEC published
188       TLSA record on the server side.
189
190    (pre-DANE) opportunistic TLS:  Best-effort use of TLS that is
191       generally vulnerable to DNS forgery and STARTTLS downgrade
192       attacks.  When a TLS-encrypted communication channel is not
193       available, message transmission takes place in the clear.  MX
194       record indirection generally precludes authentication even when
195       TLS is available.
196
197    reference identifier:  (Special case of [RFC6125] definition).  One
198       of the domain names associated by the SMTP client with the
199       destination SMTP server for performing name checks on the server
200       certificate.  When name checks are applicable, at least one of the
201       reference identifiers MUST match an [RFC6125] DNS-ID (or if none
202       are present the [RFC6125] CN-ID) of the server certificate (see
203       Section 3.2.3).
204
205    MX hostname:  The RRDATA of an MX record consists of a 16 bit
206       preference followed by a Mail Exchange domain name (see [RFC1035],
207       Section 3.3.9).  We will use the term "MX hostname" to refer to
208       the latter, that is, the DNS domain name found after the
209       preference value in an MX record.  Thus an "MX hostname" is
210       specifically a reference to a DNS domain name, rather than any
211       host that bears that name.
212
213    delayed delivery:  Email delivery is a multi-hop store & forward
214       process.  When an MTA is unable forward a message that may become
215       deliverable later, the message is queued and delivery is retried
216       periodically.  Some MTAs may be configured with a fallback next-
217       hop destination that handles messages that the MTA would otherwise
218       queue and retry.  In these cases, messages that would otherwise
219       have to be delayed, may be sent to the fallback next-hop
220       destination instead.  The fallback destination may itself be
221
222
223
224 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 4]
225 \f
226 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
227
228
229       subject to opportunistic or mandatory DANE TLS as though it were
230       the original message destination.
231
232    original next hop destination:   The logical destination for mail
233       delivery.  By default this is the domain portion of the recipient
234       address, but MTAs may be configured to forward mail for some or
235       all recipients via designated relays.  The original next hop
236       destination is, respectively, either the recipient domain or the
237       associated configured relay.
238
239    MTA:   Message Transfer Agent ([RFC5598], Section 4.3.2).
240
241    MSA:   Message Submission Agent ([RFC5598], Section 4.3.1).
242
243    MUA:   Message User Agent ([RFC5598], Section 4.2.1).
244
245    RR:   A DNS Resource Record
246
247    RRset:   A set of DNS Resource Records for a particular class, domain
248       and record type.
249
250 1.2.  Background
251
252    The Domain Name System Security Extensions (DNSSEC) add data origin
253    authentication, data integrity and data non-existence proofs to the
254    Domain Name System (DNS).  DNSSEC is defined in [RFC4033], [RFC4034]
255    and [RFC4035].
256
257    As described in the introduction of [RFC6698], TLS authentication via
258    the existing public Certification Authority (CA) PKI suffers from an
259    over-abundance of trusted parties capable of issuing certificates for
260    any domain of their choice.  DANE leverages the DNSSEC infrastructure
261    to publish trusted public keys and certificates for use with the
262    Transport Layer Security (TLS) [RFC5246] protocol via a new "TLSA"
263    DNS record type.  With DNSSEC each domain can only vouch for the keys
264    of its directly delegated sub-domains.
265
266    The TLS protocol enables secure TCP communication.  In the context of
267    this memo, channel security is assumed to be provided by TLS.  Used
268    without authentication, TLS provides only privacy protection against
269    eavesdropping attacks.  With authentication, TLS also provides data
270    integrity protection to guard against MITM attacks.
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 5]
281 \f
282 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
283
284
285 1.3.  SMTP channel security
286
287    With HTTPS, Transport Layer Security (TLS) employs X.509 certificates
288    [RFC5280] issued by one of the many Certificate Authorities (CAs)
289    bundled with popular web browsers to allow users to authenticate
290    their "secure" websites.  Before we specify a new DANE TLS security
291    model for SMTP, we will explain why a new security model is needed.
292    In the process, we will explain why the familiar HTTPS security model
293    is inadequate to protect inter-domain SMTP traffic.
294
295    The subsections below outline four key problems with applying
296    traditional PKI to SMTP that are addressed by this specification.
297    Since SMTP channel security policy is not explicitly specified in
298    either the recipient address or the MX record, a new signaling
299    mechanism is required to indicate when channel security is possible
300    and should be used.  The publication of TLSA records allows server
301    operators to securely signal to SMTP clients that TLS is available
302    and should be used.  DANE TLSA makes it possible to simultaneously
303    discover which destination domains support secure delivery via TLS
304    and how to verify the authenticity of the associated SMTP services,
305    providing a path forward to ubiquitous SMTP channel security.
306
307 1.3.1.  STARTTLS downgrade attack
308
309    The Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) [RFC5321] is a single-hop
310    protocol in a multi-hop store & forward email delivery process.  SMTP
311    envelope recipient addresses are not transport addresses and are
312    security-agnostic.  Unlike the Hypertext Transfer Protocol (HTTP) and
313    its corresponding secured version, HTTPS, where the use of TLS is
314    signaled via the URI scheme, email recipient addresses do not
315    directly signal transport security policy.  Indeed, no such signaling
316    could work well with SMTP since TLS encryption of SMTP protects email
317    traffic on a hop-by-hop basis while email addresses could only
318    express end-to-end policy.
319
320    With no mechanism available to signal transport security policy, SMTP
321    relays employ a best-effort "opportunistic" security model for TLS.
322    A single SMTP server TCP listening endpoint can serve both TLS and
323    non-TLS clients; the use of TLS is negotiated via the SMTP STARTTLS
324    command ([RFC3207]).  The server signals TLS support to the client
325    over a cleartext SMTP connection, and, if the client also supports
326    TLS, it may negotiate a TLS encrypted channel to use for email
327    transmission.  The server's indication of TLS support can be easily
328    suppressed by an MITM attacker.  Thus pre-DANE SMTP TLS security can
329    be subverted by simply downgrading a connection to cleartext.  No TLS
330    security feature, such as the use of PKIX, can prevent this.  The
331    attacker can simply disable TLS.
332
333
334
335
336 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 6]
337 \f
338 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
339
340
341 1.3.2.  Insecure server name without DNSSEC
342
343    With SMTP, DNS Mail Exchange (MX) records abstract the next-hop
344    transport endpoint and allow administrators to specify a set of
345    target servers to which SMTP traffic should be directed for a given
346    domain.
347
348    A PKIX TLS client is vulnerable to MITM attacks unless it verifies
349    that the server's certificate binds the public key to a name that
350    matches one of the client's reference identifiers.  A natural choice
351    of reference identifier is the server's domain name.  However, with
352    SMTP, server names are obtained indirectly via MX records.  Without
353    DNSSEC, the MX lookup is vulnerable to MITM and DNS cache poisoning
354    attacks.  Active attackers can forge DNS replies with fake MX records
355    and can redirect email to servers with names of their choice.
356    Therefore, secure verification of SMTP TLS certificates matching the
357    server name is not possible without DNSSEC.
358
359    One might try to harden TLS for SMTP against DNS attacks by using the
360    envelope recipient domain as a reference identifier and requiring
361    each SMTP server to possess a trusted certificate for the envelope
362    recipient domain rather than the MX hostname.  Unfortunately, this is
363    impractical as email for many domains is handled by third parties
364    that are not in a position to obtain certificates for all the domains
365    they serve.  Deployment of the Server Name Indication (SNI) extension
366    to TLS (see [RFC6066] Section 3) is no panacea, since SNI key
367    management is operationally challenging except when the email service
368    provider is also the domain's registrar and its certificate issuer;
369    this is rarely the case for email.
370
371    Since the recipient domain name cannot be used as the SMTP server
372    reference identifier, and neither can the MX hostname without DNSSEC,
373    large-scale deployment of authenticated TLS for SMTP requires that
374    the DNS be secure.
375
376    Since SMTP security depends critically on DNSSEC, it is important to
377    point out that consequently SMTP with DANE is the most conservative
378    possible trust model.  It trusts only what must be trusted and no
379    more.  Adding any other trusted actors to the mix can only reduce
380    SMTP security.  A sender may choose to further harden DNSSEC for
381    selected high-value receiving domains, by configuring explicit trust
382    anchors for those domains instead of relying on the chain of trust
383    from the root domain.  Detailed discussion of DNSSEC security
384    practices is out of scope for this document.
385
386 1.3.3.  Sender policy does not scale
387
388
389
390
391
392 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 7]
393 \f
394 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
395
396
397    Sending systems are in some cases explicitly configured to use TLS
398    for mail sent to selected peer domains.  This requires sending MTAs
399    to be configured with appropriate subject names or certificate
400    content digests to expect in the presented server certificates.
401    Because of the heavy administrative burden, such statically
402    configured SMTP secure channels are used rarely (generally only
403    between domains that make bilateral arrangements with their business
404    partners).  Internet email, on the other hand, requires regularly
405    contacting new domains for which security configurations cannot be
406    established in advance.
407
408    The abstraction of the SMTP transport endpoint via DNS MX records,
409    often across organization boundaries, limits the use of public CA PKI
410    with SMTP to a small set of sender-configured peer domains.  With
411    little opportunity to use TLS authentication, sending MTAs are rarely
412    configured with a comprehensive list of trusted CAs.  SMTP services
413    that support STARTTLS often deploy X.509 certificates that are self-
414    signed or issued by a private CA.
415
416 1.3.4.  Too many certification authorities
417
418    Even if it were generally possible to determine a secure server name,
419    the SMTP client would still need to verify that the server's
420    certificate chain is issued by a trusted Certification Authority (a
421    trust anchor).  MTAs are not interactive applications where a human
422    operator can make a decision (wisely or otherwise) to selectively
423    disable TLS security policy when certificate chain verification
424    fails.  With no user to "click OK", the MTAs list of public CA trust
425    anchors would need to be comprehensive in order to avoid bouncing
426    mail addressed to sites that employ unknown Certification
427    Authorities.
428
429    On the other hand, each trusted CA can issue certificates for any
430    domain.  If even one of the configured CAs is compromised or operated
431    by an adversary, it can subvert TLS security for all destinations.
432    Any set of CAs is simultaneously both overly inclusive and not
433    inclusive enough.
434
435 2.  Identifying applicable TLSA records
436
437 2.1.  DNS considerations
438
439 2.1.1.  DNS errors, bogus and indeterminate responses
440
441
442
443
444
445
446
447
448 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 8]
449 \f
450 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
451
452
453    An SMTP client that implements opportunistic DANE TLS per this
454    specification depends critically on the integrity of DNSSEC lookups,
455    as discussed in Section 1.3.  This section lists the DNS resolver
456    requirements needed to avoid downgrade attacks when using
457    opportunistic DANE TLS.
458
459    A DNS lookup may signal an error or return a definitive answer.  A
460    security-aware resolver must be used for this specification.
461    Security-aware resolvers will indicate the security status of a DNS
462    RRset with one of four possible values defined in Section 4.3 of
463    [RFC4035]: "secure", "insecure", "bogus" and "indeterminate".  In
464    [RFC4035] the meaning of the "indeterminate" security status is:
465
466      An RRset for which the resolver is not able to determine whether
467      the RRset should be signed, as the resolver is not able to obtain
468      the necessary DNSSEC RRs.  This can occur when the security-aware
469      resolver is not able to contact security-aware name servers for
470      the relevant zones.
471
472    Note, the "indeterminate" security status has a conflicting
473    definition in section 5 of [RFC4033].
474
475      There is no trust anchor that would indicate that a specific
476      portion of the tree is secure.
477
478    SMTP clients following this specification SHOULD NOT distinguish
479    between "insecure" and "indeterminate" in the [RFC4033] sense.  Both
480    "insecure" and RFC4033 "indeterminate" are handled identically: in
481    either case unvalidated data for the query domain is all that is and
482    can be available, and authentication using the data is impossible.
483    In what follows, when we say "insecure", we include also DNS results
484    for domains that lie in a portion of the DNS tree for which there is
485    no applicable trust anchor.  With the DNS root zone signed, we expect
486    that validating resolvers used by Internet-facing MTAs will be
487    configured with trust anchor data for the root zone.  Therefore,
488    RFC4033-style "indeterminate" domains should be rare in practice.
489    From here on, when we say "indeterminate", it is exclusively in the
490    sense of [RFC4035].
491
492    As noted in section 4.3 of [RFC4035], a security-aware DNS resolver
493    MUST be able to determine whether a given non-error DNS response is
494    "secure", "insecure", "bogus" or "indeterminate".  It is expected
495    that most security-aware stub resolvers will not signal an
496    "indeterminate" security status in the RFC4035-sense to the
497    application, and will signal a "bogus" or error result instead.  If a
498    resolver does signal an RFC4035 "indeterminate" security status, this
499    MUST be treated by the SMTP client as though a "bogus" or error
500    result had been returned.
501
502
503
504 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014               [Page 9]
505 \f
506 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
507
508
509    An MTA making use of a non-validating security-aware stub resolver
510    MAY use the stub resolver's ability, if available, to signal DNSSEC
511    validation status based on information the stub resolver has learned
512    from an upstream validating recursive resolver.  In accordance with
513    section 4.9.3 of [RFC4035]:
514
515      ... a security-aware stub resolver MUST NOT place any reliance on
516      signature validation allegedly performed on its behalf, except
517      when the security-aware stub resolver obtained the data in question
518      from a trusted security-aware recursive name server via a secure
519      channel.
520
521    To avoid much repetition in the text below, we will pause to explain
522    the handling of "bogus" or "indeterminate" DNSSEC query responses.
523    These are not necessarily the result of a malicious actor; they can,
524    for example, occur when network packets are corrupted or lost in
525    transit.  Therefore, "bogus" or "indeterminate" replies are equated
526    in this memo with lookup failure.
527
528    There is an important non-failure condition we need to highlight in
529    addition to the obvious case of the DNS client obtaining a non-empty
530    "secure" or "insecure" RRset of the requested type.  Namely, it is
531    not an error when either "secure" or "insecure" non-existence is
532    determined for the requested data.  When a DNSSEC response with a
533    validation status that is either "secure" or "insecure" reports
534    either no records of the requested type or non-existence of the query
535    domain, the response is not a DNS error condition.  The DNS client
536    has not been left without an answer; it has learned that records of
537    the requested type do not exist.
538
539    Security-aware stub resolvers will, of course, also signal DNS lookup
540    errors in other cases, for example when processing a "ServFail"
541    RCODE, which will not have an associated DNSSEC status.  All lookup
542    errors are treated the same way by this specification, regardless of
543    whether they are from a "bogus" or "indeterminate" DNSSEC status or
544    from a more generic DNS error: the information that was requested
545    cannot be obtained by the security-aware resolver at this time.  A
546    lookup error is thus a failure to obtain the relevant RRset if it
547    exists, or to determine that no such RRset exists when it does not.
548
549    In contrast to a "bogus" or an "indeterminate" response, an
550    "insecure" DNSSEC response is not an error, rather it indicates that
551    the target DNS zone is either securely opted out of DNSSEC validation
552    or is not connected with the DNSSEC trust anchors being used.
553    Insecure results will leave the SMTP client with degraded channel
554    security, but do not stand in the way of message delivery.  See
555    section Section 2.2 for further details.
556
557
558
559
560 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 10]
561 \f
562 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
563
564
565 2.1.2.  DNS error handling
566
567    When a DNS lookup failure (error or "bogus" or "indeterminate" as
568    defined above) prevents an SMTP client from determining which SMTP
569    server or servers it should connect to, message delivery MUST be
570    delayed.  This naturally includes, for example, the case when a
571    "bogus" or "indeterminate" response is encountered during MX
572    resolution.  When multiple MX hostnames are obtained from a
573    successful MX lookup, but a later DNS lookup failure prevents network
574    address resolution for a given MX hostname, delivery may proceed via
575    any remaining MX hosts.
576
577    When a particular SMTP server is securely identified as the delivery
578    destination, a set of DNS lookups (Section 2.2) MUST be performed to
579    locate any related TLSA records.  If any DNS queries used to locate
580    TLSA records fail (be it due to "bogus" or "indeterminate" records,
581    timeouts, malformed replies, ServFails, etc.), then the SMTP client
582    MUST treat that server as unreachable and MUST NOT deliver the
583    message via that server.  If no servers are reachable, delivery is
584    delayed.
585
586    In what follows, we will only describe what happens when all relevant
587    DNS queries succeed.  If any DNS failure occurs, the SMTP client MUST
588    behave as described in this section, by skipping the problem SMTP
589    server, or the problem destination.  Queries for candidate TLSA
590    records are explicitly part of "all relevant DNS queries" and SMTP
591    clients MUST NOT continue to connect to an SMTP server or destination
592    whose TLSA record lookup fails.
593
594 2.1.3.  Stub resolver considerations
595
596    A note about DNAME aliases: a query for a domain name whose ancestor
597    domain is a DNAME alias returns the DNAME RR for the ancestor domain,
598    along with a CNAME that maps the query domain to the corresponding
599    sub-domain of the target domain of the DNAME alias [RFC6672].
600    Therefore, whenever we speak of CNAME aliases, we implicitly allow
601    for the possibility that the alias in question is the result of an
602    ancestor domain DNAME record.  Consequently, no explicit support for
603    DNAME records is needed in SMTP software, it is sufficient to process
604    the resulting CNAME aliases.  DNAME records only require special
605    processing in the validating stub-resolver library that checks the
606    integrity of the combined DNAME + CNAME reply.  When DNSSEC
607    validation is handled by a local caching resolver, rather than the
608    MTA itself, even that part of the DNAME support logic is outside the
609    MTA.
610
611    When a stub resolver returns a response containing a CNAME alias that
612    does not also contain the corresponding query results for the target
613
614
615
616 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 11]
617 \f
618 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
619
620
621    of the alias, the SMTP client will need to repeat the query at the
622    target of the alias, and should do so recursively up to some
623    configured or implementation-dependent recursion limit.  If at any
624    stage of CNAME expansion an error is detected, the lookup of the
625    original requested records MUST be considered to have failed.
626
627    Whether a chain of CNAME records was returned in a single stub
628    resolver response or via explicit recursion by the SMTP client, if at
629    any stage of recursive expansion an "insecure" CNAME record is
630    encountered, then it and all subsequent results (in particular, the
631    final result) MUST be considered "insecure" regardless of whether any
632    earlier CNAME records leading to the "insecure" record were "secure".
633
634    Note, a security-aware non-validating stub resolver may return to the
635    SMTP client an "insecure" reply received from a validating recursive
636    resolver that contains a CNAME record along with additional answers
637    recursively obtained starting at the target of the CNAME.  In this
638    all that one can say is that some record in the set of records
639    returned is "insecure", but it is possible that the initial CNAME
640    record and a subset of the subsequent records are "secure".
641
642    If the SMTP client needs to determine the security status of the DNS
643    zone containing the initial CNAME record, it may need to issue an a
644    separate query of type "CNAME" that returns only the initial CNAME
645    record.  In particular in Section 2.2.2 when insecure A or AAAA
646    records are found for an SMTP server via a CNAME alias, it may be
647    necessary to perform an additional CNAME query to determine whether
648    the DNS zone in which the alias is published is signed.
649
650 2.2.  TLS discovery
651
652    As noted previously (in Section 1.3.1), opportunistic TLS with SMTP
653    servers that advertise TLS support via STARTTLS is subject to an MITM
654    downgrade attack.  Also some SMTP servers that are not, in fact, TLS
655    capable erroneously advertise STARTTLS by default and clients need to
656    be prepared to retry cleartext delivery after STARTTLS fails.  In
657    contrast, DNSSEC validated TLSA records MUST NOT be published for
658    servers that do not support TLS.  Clients can safely interpret their
659    presence as a commitment by the server operator to implement TLS and
660    STARTTLS.
661
662    This memo defines four actions to be taken after the search for a
663    TLSA record returns secure usable results, secure unusable results,
664    insecure or no results or an error signal.  The term "usable" in this
665    context is in the sense of Section 4.1 of [RFC6698].  Specifically,
666    if the DNS lookup for a TLSA record returns:
667
668
669
670
671
672 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 12]
673 \f
674 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
675
676
677    A secure TLSA RRset with at least one usable record:  A connection to
678       the MTA MUST be made using authenticated and encrypted TLS, using
679       the techniques discussed in the rest of this document.  Failure to
680       establish an authenticated TLS connection MUST result in falling
681       back to the next SMTP server or delayed delivery.
682
683    A Secure non-empty TLSA RRset where all the records are unusable:  A
684       connection to the MTA MUST be made via TLS, but authentication is
685       not required.  Failure to establish an encrypted TLS connection
686       MUST result in falling back to the next SMTP server or delayed
687       delivery.
688
689    An insecure TLSA RRset or DNSSEC validated proof-of-non-existent TLSA
690     records:
691       A connection to the MTA SHOULD be made using (pre-DANE)
692       opportunistic TLS, this includes using cleartext delivery when the
693       remote SMTP server does not appear to support TLS.  The MTA MAY
694       retry in cleartext when delivery via TLS fails either during the
695       handshake or even during data transfer.
696
697    Any lookup error:  Lookup errors, including "bogus" and
698       "indeterminate", as explained in Section 2.1.1 MUST result in
699       falling back to the next SMTP server or delayed delivery.
700
701    An SMTP client MAY be configured to require DANE verified delivery
702    for some destinations.  We will call such a configuration "mandatory
703    DANE TLS".  With mandatory DANE TLS, delivery proceeds only when
704    "secure" TLSA records are used to establish an encrypted and
705    authenticated TLS channel with the SMTP server.
706
707    When the original next-hop destination is an address literal, rather
708    than a DNS domain, DANE TLS does not apply.  Delivery proceeds using
709    any relevant security policy configured by the MTA administrator.
710    Similarly, when an MX RRset incorrectly lists a network address in
711    lieu of an MX hostname, if the MTA chooses to connect to the network
712    address DANE TLSA does not apply for such a connection.
713
714    In the subsections that follow we explain how to locate the SMTP
715    servers and the associated TLSA records for a given next-hop
716    destination domain.  We also explain which name or names are to be
717    used in identity checks of the SMTP server certificate.
718
719 2.2.1.  MX resolution
720
721    In this section we consider next-hop domains that are subject to MX
722    resolution and have MX records.  The TLSA records and the associated
723    base domain are derived separately for each MX hostname that is used
724    to attempt message delivery.  DANE TLS can authenticate message
725
726
727
728 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 13]
729 \f
730 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
731
732
733    delivery to the intended next-hop domain only when the MX records are
734    obtained securely via a DNSSEC validated lookup.
735
736    MX records MUST be sorted by preference; an MX hostname with a worse
737    (numerically higher) MX preference that has TLSA records MUST NOT
738    preempt an MX hostname with a better (numerically lower) preference
739    that has no TLSA records.  In other words, prevention of delivery
740    loops by obeying MX preferences MUST take precedence over channel
741    security considerations.  Even with two equal-preference MX records,
742    an MTA is not obligated to choose the MX hostname that offers more
743    security.  Domains that want secure inbound mail delivery need to
744    ensure that all their SMTP servers and MX records are configured
745    accordingly.
746
747    In the language of [RFC5321] Section 5.1, the original next-hop
748    domain is the "initial name".  If the MX lookup of the initial name
749    results in a CNAME alias, the MTA replaces the initial name with the
750    resulting name and performs a new lookup with the new name.  MTAs
751    typically support recursion in CNAME expansion, so this replacement
752    is performed repeatedly until the ultimate non-CNAME domain is found.
753
754    If the MX RRset (or any CNAME leading to it) is "insecure" (see
755    Section 2.1.1), DANE TLS need not apply, and delivery MAY proceed via
756    pre-DANE opportunistic TLS.  That said, the protocol in this memo is
757    an "opportunistic security" protocol, meaning that it strives to
758    communicate with each peer as securely as possible, while maintaining
759    broad interoperability.  Therefore, the SMTP client MAY proceed to
760    use DANE TLS (as described in Section 2.2.2 below) even with MX hosts
761    obtained via an "insecure" MX RRset.  For example, when a hosting
762    provider has a signed DNS zone and publishes TLSA records for its
763    SMTP servers, hosted domains that are not signed may still benefit
764    from the provider's TLSA records.  Deliveries via the provider's SMTP
765    servers will not be subject to active attacks when sending SMTP
766    clients elect to make use of the provider's TLSA records.
767
768    When the MX records are not (DNSSEC) signed, an active attacker can
769    redirect SMTP clients to MX hosts of his choice.  Such redirection is
770    tamper-evident when SMTP servers found via "insecure" MX records are
771    recorded as the next-hop relay in the MTA delivery logs in their
772    original (rather than CNAME expanded) form.  Sending MTAs SHOULD log
773    unexpanded MX hostnames when these result from insecure MX lookups.
774    Any successful authentication via an insecurely determined MX host
775    MUST NOT be misrepresented in the mail logs as secure delivery to the
776    intended next-hop domain.  When DANE TLS is mandatory (Section 6) for
777    a given destination, delivery MUST be delayed when the MX RRset is
778    not "secure".
779
780
781
782
783
784 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 14]
785 \f
786 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
787
788
789    Otherwise, assuming no DNS errors (Section 2.1.1), the MX RRset is
790    "secure", and the SMTP client MUST treat each MX hostname as a
791    separate non-MX destination for opportunistic DANE TLS as described
792    in Section 2.2.2.  When, for a given MX hostname, no TLSA records are
793    found, or only "insecure" TLSA records are found, DANE TLSA is not
794    applicable with the SMTP server in question and delivery proceeds to
795    that host as with pre-DANE opportunistic TLS.  To avoid downgrade
796    attacks, any errors during TLSA lookups MUST, as explained in
797    Section 2.1.1, cause the SMTP server in question to be treated as
798    unreachable.
799
800 2.2.2.  Non-MX destinations
801
802    This section describes the algorithm used to locate the TLSA records
803    and associated TLSA base domain for an input domain not subject to MX
804    resolution.  Such domains include:
805
806    o  Each MX hostname used in a message delivery attempt for an
807       original next-hop destination domain subject to MX resolution.
808       Note, MTAs are not obligated to support CNAME expansion of MX
809       hostnames.
810
811    o  Any administrator configured relay hostname, not subject to MX
812       resolution.  This frequently involves configuration set by the MTA
813       administrator to handle some or all mail.
814
815    o  A next-hop destination domain subject to MX resolution that has no
816       MX records.  In this case the domain's name is implicitly also its
817       sole SMTP server name.
818
819    Note that DNS queries with type TLSA are mishandled by load balancing
820    nameservers that serve the MX hostnames of some large email
821    providers.  The DNS zones served by these nameservers are not signed
822    and contain no TLSA records, but queries for TLSA records fail,
823    rather than returning the non-existence of the requested TLSA
824    records.
825
826    To avoid problems delivering mail to domains whose SMTP servers are
827    served by the problem nameservers the SMTP client MUST perform any A
828    and/or AAAA queries for the destination before attempting to locate
829    the associated TLSA records.  This lookup is needed in any case to
830    determine whether the destination domain is reachable and the DNSSEC
831    validation status of the chain of CNAME queries required to reach the
832    ultimate address records.
833
834    If no address records are found, the destination is unreachable.  If
835    address records are found, but the DNSSEC validation status of the
836    first query response is "insecure" (see Section 2.1.3), the SMTP
837
838
839
840 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 15]
841 \f
842 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
843
844
845    client SHOULD NOT proceed to search for any associated TLSA records.
846    With the problem domains, TLSA queries will lead to DNS lookup errors
847    and cause messages to be consistently delayed and ultimately returned
848    to the sender.  We don't expect to find any "secure" TLSA records
849    associated with a TLSA base domain that lies in an unsigned DNS zone.
850    Therefore, skipping TLSA lookups in this case will also reduce
851    latency with no detrimental impact on security.
852
853    If the A and/or AAAA lookup of the "initial name" yields a CNAME, we
854    replace it with the resulting name as if it were the initial name and
855    perform a lookup again using the new name.  This replacement is
856    performed recursively.
857
858    We consider the following cases for handling a DNS response for an A
859    or AAAA DNS lookup:
860
861    Not found:   When the DNS queries for A and/or AAAA records yield
862       neither a list of addresses nor a CNAME (or CNAME expansion is not
863       supported) the destination is unreachable.
864
865    Non-CNAME:   The answer is not a CNAME alias.  If the address RRset
866       is "secure", TLSA lookups are performed as described in
867       Section 2.2.3 with the initial name as the candidate TLSA base
868       domain.  If no "secure" TLSA records are found, DANE TLS is not
869       applicable and mail delivery proceeds with pre-DANE opportunistic
870       TLS (which, being best-effort, degrades to cleartext delivery when
871       STARTTLS is not available or the TLS handshake fails).
872
873    Insecure CNAME:   The input domain is a CNAME alias, but the ultimate
874       network address RRset is "insecure" (see Section 2.1.1).  If the
875       initial CNAME response is also "insecure", DANE TLS does not
876       apply.  Otherwise, this case is treated just like the non-CNAME
877       case above, where a search is performed for a TLSA record with the
878       original input domain as the candidate TLSA base domain.
879
880    Secure CNAME:   The input domain is a CNAME alias, and the ultimate
881       network address RRset is "secure" (see Section 2.1.1).  Two
882       candidate TLSA base domains are tried: the fully CNAME-expanded
883       initial name and, failing that, then the initial name itself.
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 16]
897 \f
898 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
899
900
901    In summary, if it is possible to securely obtain the full, CNAME-
902    expanded, DNSSEC-validated address records for the input domain, then
903    that name is the preferred TLSA base domain.  Otherwise, the
904    unexpanded input-MX domain is the candidate TLSA base domain.  When
905    no "secure" TLSA records are found at either the CNAME-expanded or
906    unexpanded domain, then DANE TLS does not apply for mail delivery via
907    the input domain in question.  And, as always, errors, bogus or
908    indeterminate results for any query in the process MUST result in
909    delaying or abandoning delivery.
910
911 2.2.3.  TLSA record lookup
912
913    Each candidate TLSA base domain (the original or fully CNAME-expanded
914    name of a non-MX destination or a particular MX hostname of an MX
915    destination) is in turn prefixed with service labels of the form
916    "_<port>._tcp".  The resulting domain name is used to issue a DNSSEC
917    query with the query type set to TLSA ([RFC6698] Section 7.1).
918
919    For SMTP, the destination TCP port is typically 25, but this may be
920    different with custom routes specified by the MTA administrator in
921    which case the SMTP client MUST use the appropriate number in the
922    "_<port>" prefix in place of "_25".  If, for example, the candidate
923    base domain is "mx.example.com", and the SMTP connection is to port
924    25, the TLSA RRset is obtained via a DNSSEC query of the form:
925
926    _25._tcp.mx.example.com. IN TLSA ?
927
928    The query response may be a CNAME, or the actual TLSA RRset.  If the
929    response is a CNAME, the SMTP client (through the use of its
930    security-aware stub resolver) restarts the TLSA query at the target
931    domain, following CNAMEs as appropriate and keeping track of whether
932    the entire chain is "secure".  If any "insecure" records are
933    encountered, or the TLSA records don't exist, the next candidate TLSA
934    base is tried instead.
935
936    If the ultimate response is a "secure" TLSA RRset, then the candidate
937    TLSA base domain will be the actual TLSA base domain and the TLSA
938    RRset will constitute the TLSA records for the destination.  If none
939    of the candidate TLSA base domains yield "secure" TLSA records then
940    delivery MAY proceed via pre-DANE opportunistic TLS.  SMTP clients
941    MAY elect to use "insecure" TLSA records to avoid STARTTLS downgrades
942    or even to skip SMTP servers that fail authentication, but MUST NOT
943    misrepresent authentication success as either a secure connection to
944    the SMTP server or as a secure delivery to the intended next-hop
945    domain.
946
947    TLSA record publishers may leverage CNAMEs to reference a single
948    authoritative TLSA RRset specifying a common Certification Authority
949
950
951
952 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 17]
953 \f
954 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
955
956
957    or a common end entity certificate to be used with multiple TLS
958    services.  Such CNAME expansion does not change the SMTP client's
959    notion of the TLSA base domain; thus, when _25._tcp.mx.example.com is
960    a CNAME, the base domain remains mx.example.com and this is still the
961    reference identifier used together with the next-hop domain in peer
962    certificate name checks.
963
964    Note, shared end entity certificate associations expose the
965    publishing domain to substitution attacks, where an MITM attacker can
966    reroute traffic to a different server that shares the same end entity
967    certificate.  Such shared end entity records SHOULD be avoided unless
968    the servers in question are functionally equivalent (an active
969    attacker gains nothing by diverting client traffic from one such
970    server to another).
971
972    For example, given the DNSSEC validated records below:
973
974      example.com.                IN MX 0 mx1.example.com.
975      example.com.                IN MX 0 mx2.example.com.
976      _25._tcp.mx1.example.com.   IN CNAME tlsa211._dane.example.com.
977      _25._tcp.mx2.example.com.   IN CNAME tlsa211._dane.example.com.
978      tlsa211._dane.example.com.  IN TLSA 2 1 1 e3b0c44298fc1c149a...
979
980    The SMTP servers mx1.example.com and mx2.example.com will be expected
981    to have certificates issued under a common trust anchor, but each MX
982    hostname's TLSA base domain remains unchanged despite the above CNAME
983    records.  Correspondingly, each SMTP server will be associated with a
984    pair of reference identifiers consisting of its hostname plus the
985    next-hop domain "example.com".
986
987    If, during TLSA resolution (including possible CNAME indirection), at
988    least one "secure" TLSA record is found (even if not usable because
989    it is unsupported by the implementation or support is
990    administratively disabled), then the corresponding host has signaled
991    its commitment to implement TLS.  The SMTP client MUST NOT deliver
992    mail via the corresponding host unless a TLS session is negotiated
993    via STARTTLS.  This is required to avoid MITM STARTTLS downgrade
994    attacks.
995
996    As noted previously (in Section Section 2.2.2), when no "secure" TLSA
997    records are found at the fully CNAME-expanded name, the original
998    unexpanded name MUST be tried instead.  This supports customers of
999    hosting providers where the provider's zone cannot be validated with
1000    DNSSEC, but the customer has shared appropriate key material with the
1001    hosting provider to enable TLS via SNI.  Intermediate names that
1002    arise during CNAME expansion that are neither the original, nor the
1003    final name, are never candidate TLSA base domains, even if "secure".
1004
1005
1006
1007
1008 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 18]
1009 \f
1010 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1011
1012
1013 3.  DANE authentication
1014
1015    This section describes which TLSA records are applicable to SMTP
1016    opportunistic DANE TLS and how to apply such records to authenticate
1017    the SMTP server.  With opportunistic DANE TLS, both the TLS support
1018    implied by the presence of DANE TLSA records and the verification
1019    parameters necessary to authenticate the TLS peer are obtained
1020    together.  In contrast to protocols where channel security policy is
1021    set exclusively by the client, authentication via this protocol is
1022    expected to be less prone to connection failure caused by
1023    incompatible configuration of the client and server.
1024
1025 3.1.  TLSA certificate usages
1026
1027    The DANE TLSA specification [RFC6698] defines multiple TLSA RR types
1028    via combinations of 3 numeric parameters.  The numeric values of
1029    these parameters were later given symbolic names in
1030    [I-D.ietf-dane-registry-acronyms].  The rest of the TLSA record is
1031    the "certificate association data field", which specifies the full or
1032    digest value of a certificate or public key.  The parameters are:
1033
1034    The TLSA Certificate Usage field:  Section 2.1.1 of [RFC6698]
1035       specifies 4 values: PKIX-TA(0), PKIX-EE(1), DANE-TA(2), and DANE-
1036       EE(3).  There is an additional private-use value: PrivCert(255).
1037       All other values are reserved for use by future specifications.
1038
1039    The selector field:  Section 2.1.2 of [RFC6698] specifies 2 values:
1040       Cert(0), SPKI(1).  There is an additional private-use value:
1041       PrivSel(255).  All other values are reserved for use by future
1042       specifications.
1043
1044    The matching type field:  Section 2.1.3 of [RFC6698] specifies 3
1045       values: Full(0), SHA2-256(1), SHA2-512(2).  There is an additional
1046       private-use value: PrivMatch(255).  All other values are reserved
1047       for use by future specifications.
1048
1049    We may think of TLSA Certificate Usage values 0 through 3 as a
1050    combination of two one-bit flags.  The low bit chooses between trust
1051    anchor (TA) and end entity (EE) certificates.  The high bit chooses
1052    between public PKI issued and domain-issued certificates.
1053
1054    The selector field specifies whether the TLSA RR matches the whole
1055    certificate: Cert(0), or just its subjectPublicKeyInfo: SPKI(1).  The
1056    subjectPublicKeyInfo is an ASN.1 DER encoding of the certificate's
1057    algorithm id, any parameters and the public key data.
1058
1059    The matching type field specifies how the TLSA RR Certificate
1060    Association Data field is to be compared with the certificate or
1061
1062
1063
1064 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 19]
1065 \f
1066 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1067
1068
1069    public key.  A value of Full(0) means an exact match: the full DER
1070    encoding of the certificate or public key is given in the TLSA RR.  A
1071    value of SHA2-256(1) means that the association data matches the
1072    SHA2-256 digest of the certificate or public key, and likewise
1073    SHA2-512(2) means a SHA2-512 digest is used.
1074
1075    Since opportunistic DANE TLS will be used by non-interactive MTAs,
1076    with no user to "press OK" when authentication fails, reliability of
1077    peer authentication is paramount.  Server operators are advised to
1078    publish TLSA records that are least likely to fail authentication due
1079    to interoperability or operational problems.  Because DANE TLS relies
1080    on coordinated changes to DNS and SMTP server settings, the best
1081    choice of records to publish will depend on site-specific practices.
1082
1083    The certificate usage element of a TLSA record plays a critical role
1084    in determining how the corresponding certificate association data
1085    field is used to authenticate server's certificate chain.  The next
1086    two subsections explain the process for certificate usages DANE-EE(3)
1087    and DANE-TA(2).  The third subsection briefly explains why
1088    certificate usages PKIX-TA(0) and PKIX-EE(1) are not applicable with
1089    opportunistic DANE TLS.
1090
1091    In summary, we recommend the use of either "DANE-EE(3) SPKI(1)
1092    SHA2-256(1)" or "DANE-TA(2) Cert(0) SHA2-256(1)" TLSA records
1093    depending on site needs.  Other combinations of TLSA parameters are
1094    either explicitly unsupported, or offer little to recommend them over
1095    these two.
1096
1097    The mandatory to support digest algorithm in [RFC6698] is
1098    SHA2-256(1).  When the server's TLSA RRset includes records with a
1099    matching type indicating a digest record (i.e., a value other than
1100    Full(0)), a TLSA record with a SHA2-256(1) matching type SHOULD be
1101    provided along with any other digest published, since some SMTP
1102    clients may support only SHA2-256(1).  If at some point the SHA2-256
1103    digest algorithm is tarnished by new cryptanalytic attacks,
1104    publishers will need to include an appropriate stronger digest in
1105    their TLSA records, initially along with, and ultimately in place of,
1106    SHA2-256.
1107
1108 3.1.1.  Certificate usage DANE-EE(3)
1109
1110    Authentication via certificate usage DANE-EE(3) TLSA records involves
1111    simply checking that the server's leaf certificate matches the TLSA
1112    record.  In particular the binding of the server public key to its
1113    name is based entirely on the TLSA record association.  The server
1114    MUST be considered authenticated even if none of the names in the
1115    certificate match the client's reference identity for the server.
1116
1117
1118
1119
1120 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 20]
1121 \f
1122 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1123
1124
1125    Similarly, the expiration date of the server certificate MUST be
1126    ignored, the validity period of the TLSA record key binding is
1127    determined by the validity interval of the TLSA record DNSSEC
1128    signature.
1129
1130    With DANE-EE(3) servers need not employ SNI (may ignore the client's
1131    SNI message) even when the server is known under independent names
1132    that would otherwise require separate certificates.  It is instead
1133    sufficient for the TLSA RRsets for all the domains in question to
1134    match the server's default certificate.  Of course with SMTP servers
1135    it is simpler still to publish the same MX hostname for all the
1136    hosted domains.
1137
1138    For domains where it is practical to make coordinated changes in DNS
1139    TLSA records during SMTP server key rotation, it is often best to
1140    publish end-entity DANE-EE(3) certificate associations.  DANE-EE(3)
1141    certificates don't suddenly stop working when leaf or intermediate
1142    certificates expire, and don't fail when the server operator neglects
1143    to configure all the required issuer certificates in the server
1144    certificate chain.
1145
1146    TLSA records published for SMTP servers SHOULD, in most cases, be
1147    "DANE-EE(3) SPKI(1) SHA2-256(1)" records.  Since all DANE
1148    implementations are required to support SHA2-256, this record type
1149    works for all clients and need not change across certificate renewals
1150    with the same key.
1151
1152 3.1.2.  Certificate usage DANE-TA(2)
1153
1154    Some domains may prefer to avoid the operational complexity of
1155    publishing unique TLSA RRs for each TLS service.  If the domain
1156    employs a common issuing Certification Authority to create
1157    certificates for multiple TLS services, it may be simpler to publish
1158    the issuing authority as a trust anchor (TA) for the certificate
1159    chains of all relevant services.  The TLSA query domain (TLSA base
1160    domain with port and protocol prefix labels) for each service issued
1161    by the same TA may then be set to a CNAME alias that points to a
1162    common TLSA RRset that matches the TA.  For example:
1163
1164      example.com.                IN MX 0 mx1.example.com.
1165      example.com.                IN MX 0 mx2.example.com.
1166      _25._tcp.mx1.example.com.   IN CNAME tlsa211._dane.example.com.
1167      _25._tcp.mx2.example.com.   IN CNAME tlsa211._dane.example.com.
1168      tlsa211._dane.example.com.  IN TLSA 2 1 1 e3b0c44298fc1c14....
1169
1170
1171
1172
1173
1174
1175
1176 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 21]
1177 \f
1178 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1179
1180
1181    With usage DANE-TA(2) the server certificates will need to have names
1182    that match one of the client's reference identifiers (see [RFC6125]).
1183    The server MAY employ SNI to select the appropriate certificate to
1184    present to the client.
1185
1186    SMTP servers that rely on certificate usage DANE-TA(2) TLSA records
1187    for TLS authentication MUST include the TA certificate as part of the
1188    certificate chain presented in the TLS handshake server certificate
1189    message even when it is a self-signed root certificate.  At this
1190    time, many SMTP servers are not configured with a comprehensive list
1191    of trust anchors, nor are they expected to at any point in the
1192    future.  Some MTAs will ignore all locally trusted certificates when
1193    processing usage DANE-TA(2) TLSA records.  Thus even when the TA
1194    happens to be a public Certification Authority known to the SMTP
1195    client, authentication is likely to fail unless the TA certificate is
1196    included in the TLS server certificate message.
1197
1198    TLSA records with selector Full(0) are discouraged.  While these
1199    potentially obviate the need to transmit the TA certificate in the
1200    TLS server certificate message, client implementations may not be
1201    able to augment the server certificate chain with the data obtained
1202    from DNS, especially when the TLSA record supplies a bare key
1203    (selector SPKI(1)).  Since the server will need to transmit the TA
1204    certificate in any case, server operators SHOULD publish TLSA records
1205    with a selector other than Full(0) and avoid potential
1206    interoperability issues with large TLSA records containing full
1207    certificates or keys.
1208
1209    TLSA Publishers employing DANE-TA(2) records SHOULD publish records
1210    with a selector of Cert(0).  Such TLSA records are associated with
1211    the whole trust anchor certificate, not just with the trust anchor
1212    public key.  In particular, the SMTP client SHOULD then apply any
1213    relevant constraints from the trust anchor certificate, such as, for
1214    example, path length constraints.
1215
1216    While a selector of SPKI(1) may also be employed, the resulting TLSA
1217    record will not specify the full trust anchor certificate content,
1218    and elements of the trust anchor certificate other than the public
1219    key become mutable.  This may, for example, allow a subsidiary CA to
1220    issue a chain that violates the trust anchor's path length or name
1221    constraints.
1222
1223 3.1.3.  Certificate usages PKIX-TA(0) and PKIX-EE(1)
1224
1225    As noted in the introduction, SMTP clients cannot, without relying on
1226    DNSSEC for secure MX records and DANE for STARTTLS support signaling,
1227    perform server identity verification or prevent STARTTLS downgrade
1228    attacks.  The use of PKIX CAs offers no added security since an
1229
1230
1231
1232 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 22]
1233 \f
1234 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1235
1236
1237    attacker capable of compromising DNSSEC is free to replace any PKIX-
1238    TA(0) or PKIX-EE(1) TLSA records with records bearing any convenient
1239    non-PKIX certificate usage.
1240
1241    SMTP servers SHOULD NOT publish TLSA RRs with certificate usage PKIX-
1242    TA(0) or PKIX-EE(1).  SMTP clients cannot be expected to be
1243    configured with a suitably complete set of trusted public CAs.
1244    Lacking a complete set of public CAs, clients would not be able to
1245    verify the certificates of SMTP servers whose issuing root CAs are
1246    not trusted by the client.
1247
1248    Opportunistic DANE TLS needs to interoperate without bilateral
1249    coordination of security settings between client and server systems.
1250    Therefore, parameter choices that are fragile in the absence of
1251    bilateral coordination are unsupported.  Nothing is lost since the
1252    PKIX certificate usages cannot aid SMTP TLS security, they can only
1253    impede SMTP TLS interoperability.
1254
1255    SMTP client treatment of TLSA RRs with certificate usages PKIX-TA(0)
1256    or PKIX-EE(1) is undefined.  SMTP clients should generally treat such
1257    TLSA records as unusable.
1258
1259 3.2.  Certificate matching
1260
1261    When at least one usable "secure" TLSA record is found, the SMTP
1262    client MUST use TLSA records to authenticate the SMTP server.
1263    Messages MUST NOT be delivered via the SMTP server if authentication
1264    fails, otherwise the SMTP client is vulnerable to MITM attacks.
1265
1266 3.2.1.  DANE-EE(3) name checks
1267
1268    The SMTP client MUST NOT perform certificate name checks with
1269    certificate usage DANE-EE(3), see Section 3.1.1 above.
1270
1271 3.2.2.  DANE-TA(2) name checks
1272
1273    To match a server via a TLSA record with certificate usage DANE-
1274    TA(2), the client MUST perform name checks to ensure that it has
1275    reached the correct server.  In all DANE-TA(2) cases the SMTP client
1276    MUST include the TLSA base domain as one of the valid reference
1277    identifiers for matching the server certificate.
1278
1279    TLSA records for MX hostnames:  If the TLSA base domain was obtained
1280       indirectly via a "secure" MX lookup (including any CNAME-expanded
1281       name of an MX hostname), then the original next-hop domain used in
1282       the MX lookup MUST be included as as a second reference
1283       identifier.  The CNAME-expanded original next-hop domain MUST be
1284       included as a third reference identifier if different from the
1285
1286
1287
1288 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 23]
1289 \f
1290 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1291
1292
1293       original next-hop domain.  When the client MTA is employing DANE
1294       TLS security despite "insecure" MX redirection the MX hostname is
1295       the only reference identifier.
1296
1297    TLSA records for Non-MX hostnames:  If MX records were not used
1298       (e.g., if none exist) and the TLSA base domain is the CNAME-
1299       expanded original next-hop domain, then the original next-hop
1300       domain MUST be included as a second reference identifier.
1301
1302    Accepting certificates with the original next-hop domain in addition
1303    to the MX hostname allows a domain with multiple MX hostnames to
1304    field a single certificate bearing a single domain name (i.e., the
1305    email domain) across all the SMTP servers.  This also aids
1306    interoperability with pre-DANE SMTP clients that are configured to
1307    look for the email domain name in server certificates.  For example,
1308    with "secure" DNS records as below:
1309
1310      exchange.example.org.            IN CNAME mail.example.org.
1311      mail.example.org.                IN CNAME example.com.
1312      example.com.                     IN MX    10 mx10.example.com.
1313      example.com.                     IN MX    15 mx15.example.com.
1314      example.com.                     IN MX    20 mx20.example.com.
1315      ;
1316      mx10.example.com.                IN A     192.0.2.10
1317      _25._tcp.mx10.example.com.       IN TLSA  2 0 1 ...
1318      ;
1319      mx15.example.com.                IN CNAME mxbackup.example.com.
1320      mxbackup.example.com.            IN A     192.0.2.15
1321      ; _25._tcp.mxbackup.example.com. IN TLSA ? (NXDOMAIN)
1322      _25._tcp.mx15.example.com.       IN TLSA  2 0 1 ...
1323      ;
1324      mx20.example.com.                IN CNAME mxbackup.example.net.
1325      mxbackup.example.net.            IN A     198.51.100.20
1326      _25._tcp.mxbackup.example.net.   IN TLSA  2 0 1 ...
1327
1328    Certificate name checks for delivery of mail to exchange.example.org
1329    via any of the associated SMTP servers MUST accept at least the names
1330    "exchange.example.org" and "example.com", which are respectively the
1331    original and fully expanded next-hop domain.  When the SMTP server is
1332    mx10.example.com, name checks MUST accept the TLSA base domain
1333    "mx10.example.com".  If, despite the fact that MX hostnames are
1334    required to not be aliases, the MTA supports delivery via
1335    "mx15.example.com" or "mx20.example.com" then name checks MUST accept
1336    the respective TLSA base domains "mx15.example.com" and
1337    "mxbackup.example.net".
1338
1339 3.2.3.  Reference identifier matching
1340
1341
1342
1343
1344 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 24]
1345 \f
1346 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1347
1348
1349    When name checks are applicable (certificate usage DANE-TA(2)), if
1350    the server certificate contains a Subject Alternative Name extension
1351    ([RFC5280]), with at least one DNS-ID ([RFC6125]) then only the DNS-
1352    IDs are matched against the client's reference identifiers.  The CN-
1353    ID ([RFC6125]) is only considered when no DNS-IDs are present.  The
1354    server certificate is considered matched when one of its presented
1355    identifiers ([RFC5280]) matches any of the client's reference
1356    identifiers.
1357
1358    Wildcards are valid in either DNS-IDs or the CN-ID when applicable.
1359    The wildcard character must be entire first label of the DNS-ID or
1360    CN-ID.  Thus, "*.example.com" is valid, while "smtp*.example.com" and
1361    "*smtp.example.com" are not.  SMTP clients MUST support wildcards
1362    that match the first label of the reference identifier, with the
1363    remaining labels matching verbatim.  For example, the DNS-ID
1364    "*.example.com" matches the reference identifier "mx1.example.com".
1365    SMTP clients MAY, subject to local policy allow wildcards to match
1366    multiple reference identifier labels, but servers cannot expect broad
1367    support for such a policy.  Therefore any wildcards in server
1368    certificates SHOULD match exactly one label in either the TLSA base
1369    domain or the next-hop domain.
1370
1371 4.  Server key management
1372
1373    Two TLSA records MUST be published before employing a new EE or TA
1374    public key or certificate, one matching the currently deployed key
1375    and the other matching the new key scheduled to replace it.  Once
1376    sufficient time has elapsed for all DNS caches to expire the previous
1377    TLSA RRset and related signature RRsets, servers may be configured to
1378    use the new EE private key and associated public key certificate or
1379    may employ certificates signed by the new trust anchor.
1380
1381    Once the new public key or certificate is in use, the TLSA RR that
1382    matches the retired key can be removed from DNS, leaving only RRs
1383    that match keys or certificates in active use.
1384
1385    As described in Section 3.1.2, when server certificates are validated
1386    via a DANE-TA(2) trust anchor, and CNAME records are employed to
1387    store the TA association data at a single location, the
1388    responsibility of updating the TLSA RRset shifts to the operator of
1389    the trust anchor.  Before a new trust anchor is used to sign any new
1390    server certificates, its certificate (digest) is added to the
1391    relevant TLSA RRset.  After enough time elapses for the original TLSA
1392    RRset to age out of DNS caches, the new trust anchor can start
1393    issuing new server certificates.  Once all certificates issued under
1394    the previous trust anchor have expired, its associated RRs can be
1395    removed from the TLSA RRset.
1396
1397
1398
1399
1400 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 25]
1401 \f
1402 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1403
1404
1405    In the DANE-TA(2) key management model server operators do not
1406    generally need to update DNS TLSA records after initially creating a
1407    CNAME record that references the centrally operated DANE-TA(2) RRset.
1408    If a particular server's key is compromised, its TLSA CNAME SHOULD be
1409    replaced with a DANE-EE(3) association until the certificate for the
1410    compromised key expires, at which point it can return to using CNAME
1411    record.  If the central trust anchor is compromised, all servers need
1412    to be issued new keys by a new TA, and a shared DANE-TA(2) TLSA RRset
1413    needs to be published containing just the new TA.  SMTP servers
1414    cannot expect broad SMTP client CRL or OCSP support.
1415
1416 5.  Digest algorithm agility
1417
1418    While [RFC6698] specifies multiple digest algorithms, it does not
1419    specify a protocol by which the SMTP client and TLSA record publisher
1420    can agree on the strongest shared algorithm.  Such a protocol would
1421    allow the client and server to avoid exposure to any deprecated
1422    weaker algorithms that are published for compatibility with less
1423    capable clients, but should be ignored when possible.  We specify
1424    such a protocol below.
1425
1426    Suppose that a DANE TLS client authenticating a TLS server considers
1427    digest algorithm "BetterAlg" stronger than digest algorithm
1428    "WorseAlg".  Suppose further that a server's TLSA RRset contains some
1429    records with "BetterAlg" as the digest algorithm.  Finally, suppose
1430    that for every raw public key or certificate object that is included
1431    in the server's TLSA RRset in digest form, whenever that object
1432    appears with algorithm "WorseAlg" with some usage and selector it
1433    also appears with algorithm "BetterAlg" with the same usage and
1434    selector.  In that case our client can safely ignore TLSA records
1435    with the weaker algorithm "WorseAlg", because it suffices to check
1436    the records with the stronger algorithm "BetterAlg".
1437
1438    Server operators MUST ensure that for any given usage and selector,
1439    each object (certificate or public key), for which a digest
1440    association exists in the TLSA RRset, is published with the SAME SET
1441    of digest algorithms as all other objects that published with that
1442    usage and selector.  In other words, for each usage and selector, the
1443    records with non-zero matching types will correspond to on a cross-
1444    product of a set of underlying objects and a fixed set of digest
1445    algorithms that apply uniformly to all the objects.
1446
1447    To achieve digest algorithm agility, all published TLSA RRsets for
1448    use with opportunistic DANE TLS for SMTP MUST conform to the above
1449    requirements.  Then, for each combination of usage and selector, SMTP
1450    clients can simply ignore all digest records except those that employ
1451    the strongest digest algorithm.  The ordering of digest algorithms by
1452    strength is not specified in advance, it is entirely up to the SMTP
1453
1454
1455
1456 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 26]
1457 \f
1458 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1459
1460
1461    client.  SMTP client implementations SHOULD make the digest algorithm
1462    preference order configurable.  Only the future will tell which
1463    algorithms might be weakened by new attacks and when.
1464
1465    Note, TLSA records with a matching type of Full(0), that publish the
1466    full value of a certificate or public key object, play no role in
1467    digest algorithm agility.  They neither trump the processing of
1468    records that employ digests, nor are they ignored in the presence of
1469    any records with a digest (i.e. non-zero) matching type.
1470
1471    SMTP clients SHOULD use digest algorithm agility when processing the
1472    DANE TLSA records of an SMTP server.  Algorithm agility is to be
1473    applied after first discarding any unusable or malformed records
1474    (unsupported digest algorithm, or incorrect digest length).  Thus,
1475    for each usage and selector, the client SHOULD process only any
1476    usable records with a matching type of Full(0) and the usable records
1477    whose digest algorithm is believed to be the strongest among usable
1478    records with the given usage and selector.
1479
1480    The main impact of this requirement is on key rotation, when the TLSA
1481    RRset is pre-populated with digests of new certificates or public
1482    keys, before these replace or augment their predecessors.  Were the
1483    newly introduced RRs to include previously unused digest algorithms,
1484    clients that employ this protocol could potentially ignore all the
1485    digests corresponding to the current keys or certificates, causing
1486    connectivity issues until the new keys or certificates are deployed.
1487    Similarly, publishing new records with fewer digests could cause
1488    problems for clients using cached TLSA RRsets that list both the old
1489    and new objects once the new keys are deployed.
1490
1491    To avoid problems, server operators SHOULD apply the following
1492    strategy:
1493
1494    o  When changing the set of objects published via the TLSA RRset
1495       (e.g. during key rotation), DO NOT change the set of digest
1496       algorithms used; change just the list of objects.
1497
1498    o  When changing the set of digest algorithms, change only the set of
1499       algorithms, and generate a new RRset in which all the current
1500       objects are re-published with the new set of digest algorithms.
1501
1502    After either of these two changes are made, the new TLSA RRset should
1503    be left in place long enough that the older TLSA RRset can be flushed
1504    from caches before making another change.
1505
1506 6.  Mandatory TLS Security
1507
1508
1509
1510
1511
1512 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 27]
1513 \f
1514 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1515
1516
1517    An MTA implementing this protocol may require a stronger security
1518    assurance when sending email to selected destinations.  The sending
1519    organization may need to send sensitive email and/or may have
1520    regulatory obligations to protect its content.  This protocol is not
1521    in conflict with such a requirement, and in fact can often simplify
1522    authenticated delivery to such destinations.
1523
1524    Specifically, with domains that publish DANE TLSA records for their
1525    MX hostnames, a sending MTA can be configured to use the receiving
1526    domains's DANE TLSA records to authenticate the corresponding SMTP
1527    server.  Authentication via DANE TLSA records is easier to manage, as
1528    changes in the receiver's expected certificate properties are made on
1529    the receiver end and don't require manually communicated
1530    configuration changes.  With mandatory DANE TLS, when no usable TLSA
1531    records are found, message delivery is delayed.  Thus, mail is only
1532    sent when an authenticated TLS channel is established to the remote
1533    SMTP server.
1534
1535    Administrators of mail servers that employ mandatory DANE TLS, need
1536    to carefully monitor their mail logs and queues.  If a partner domain
1537    unwittingly misconfigures their TLSA records, disables DNSSEC, or
1538    misconfigures SMTP server certificate chains, mail will be delayed
1539    and may bounce if the issue is not resolved in a timely manner.
1540
1541 7.  Note on DANE for Message User Agents
1542
1543    We note that the SMTP protocol is also used between Message User
1544    Agents (MUAs) and Message Submission Agents (MSAs) [RFC6409].  In
1545    [RFC6186] a protocol is specified that enables an MUA to dynamically
1546    locate the MSA based on the user's email address.  SMTP connection
1547    security considerations for MUAs implementing [RFC6186] are largely
1548    analogous to connection security requirements for MTAs, and this
1549    specification could be applied largely verbatim with DNS MX records
1550    replaced by corresponding DNS Service (SRV) records
1551    [I-D.ietf-dane-srv].
1552
1553    However, until MUAs begin to adopt the dynamic configuration
1554    mechanisms of [RFC6186] they are adequately served by more
1555    traditional static TLS security policies.  Specification of DANE TLS
1556    for Message User Agent (MUA) to Message Submission Agent (MSA) SMTP
1557    is left to future documents that focus specifically on SMTP security
1558    between MUAs and MSAs.
1559
1560
1561
1562
1563
1564
1565
1566
1567
1568 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 28]
1569 \f
1570 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1571
1572
1573 8.  Interoperability considerations
1574
1575 8.1.  SNI support
1576
1577    To ensure that the server sends the right certificate chain, the SMTP
1578    client MUST send the TLS SNI extension containing the TLSA base
1579    domain.  This precludes the use of the backward compatible SSL 2.0
1580    compatible SSL HELLO by the SMTP client.  The minimum SSL/TLS client
1581    HELLO version for SMTP clients performing DANE authentication is SSL
1582    3.0, but a client that offers SSL 3.0 MUST also offer at least TLS
1583    1.0 and MUST include the SNI extension.  Servers that don't make use
1584    of SNI MAY negotiate SSL 3.0 if offered by the client.
1585
1586    Each SMTP server MUST present a certificate chain (see [RFC5246]
1587    Section 7.4.2) that matches at least one of the TLSA records.  The
1588    server MAY rely on SNI to determine which certificate chain to
1589    present to the client.  Clients that don't send SNI information may
1590    not see the expected certificate chain.
1591
1592    If the server's TLSA records match the server's default certificate
1593    chain, the server need not support SNI.  In either case, the server
1594    need not include the SNI extension in its TLS HELLO as simply
1595    returning a matching certificate chain is sufficient.  Servers MUST
1596    NOT enforce the use of SNI by clients, as the client may be using
1597    unauthenticated opportunistic TLS and may not expect any particular
1598    certificate from the server.  If the client sends no SNI extension,
1599    or sends an SNI extension for an unsupported domain, the server MUST
1600    simply send some fallback certificate chain of its choice.  The
1601    reason for not enforcing strict matching of the requested SNI
1602    hostname is that DANE TLS clients are typically willing to accept
1603    multiple server names, but can only send one name in the SNI
1604    extension.  The server's fallback certificate may match a different
1605    name acceptable to the client, e.g., the original next-hop domain.
1606
1607 8.2.  Anonymous TLS cipher suites
1608
1609    Since many SMTP servers either do not support or do not enable any
1610    anonymous TLS cipher suites, SMTP client TLS HELLO messages SHOULD
1611    offer to negotiate a typical set of non-anonymous cipher suites
1612    required for interoperability with such servers.  An SMTP client
1613    employing pre-DANE opportunistic TLS MAY in addition include one or
1614    more anonymous TLS cipher suites in its TLS HELLO.  SMTP servers,
1615    that need to interoperate with opportunistic TLS clients SHOULD be
1616    prepared to interoperate with such clients by either always selecting
1617    a mutually supported non-anonymous cipher suite or by correctly
1618    handling client connections that negotiate anonymous cipher suites.
1619
1620
1621
1622
1623
1624 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 29]
1625 \f
1626 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1627
1628
1629    Note that while SMTP server operators are under no obligation to
1630    enable anonymous cipher suites, no security is gained by sending
1631    certificates to clients that will ignore them.  Indeed support for
1632    anonymous cipher suites in the server makes audit trails more
1633    informative.  Log entries that record connections that employed an
1634    anonymous cipher suite record the fact that the clients did not care
1635    to authenticate the server.
1636
1637 9.  Operational Considerations
1638
1639 9.1.  Client Operational Considerations
1640
1641    An operational error on the sending or receiving side that cannot be
1642    corrected in a timely manner may, at times, lead to consistent
1643    failure to deliver time-sensitive email.  The sending MTA
1644    administrator may have to choose between letting email queue until
1645    the error is resolved and disabling opportunistic or mandatory DANE
1646    TLS for one or more destinations.  The choice to disable DANE TLS
1647    security should not be made lightly.  Every reasonable effort should
1648    be made to determine that problems with mail delivery are the result
1649    of an operational error, and not an attack.  A fallback strategy may
1650    be to configure explicit out-of-band TLS security settings if
1651    supported by the sending MTA.
1652
1653    SMTP clients may deploy opportunistic DANE TLS incrementally by
1654    enabling it only for selected sites, or may occasionally need to
1655    disable opportunistic DANE TLS for peers that fail to interoperate
1656    due to misconfiguration or software defects on either end.  Some
1657    implementations MAY support DANE TLS in an "audit only" mode in which
1658    failure to achieve the requisite security level is logged as a
1659    warning and delivery proceeds at a reduced security level.  Unless
1660    local policy specifies "audit only" or that opportunistic DANE TLS is
1661    not to be used for a particular destination, an SMTP client MUST NOT
1662    deliver mail via a server whose certificate chain fails to match at
1663    least one TLSA record when usable TLSA records are found for that
1664    server.
1665
1666 9.2.  Publisher Operational Considerations
1667
1668    SMTP servers that publish certificate usage DANE-TA(2) associations
1669    MUST include the TA certificate in their TLS server certificate
1670    chain, even when that TA certificate is a self-signed root
1671    certificate.
1672
1673    TLSA Publishers must follow the digest agility guidelines in
1674    Section 5 and must make sure that all objects published in digest
1675    form for a particular usage and selector are published with the same
1676    set of digest algorithms.
1677
1678
1679
1680 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 30]
1681 \f
1682 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1683
1684
1685    TLSA Publishers should follow the TLSA publication size guidance
1686    found in [I-D.ietf-dane-ops] about "DANE DNS Record Size Guidelines".
1687
1688 10.  Security Considerations
1689
1690    This protocol leverages DANE TLSA records to implement MITM resistant
1691    opportunistic channel security for SMTP.  For destination domains
1692    that sign their MX records and publish signed TLSA records for their
1693    MX hostnames, this protocol allows sending MTAs to securely discover
1694    both the availability of TLS and how to authenticate the destination.
1695
1696    This protocol does not aim to secure all SMTP traffic, as that is not
1697    practical until DNSSEC and DANE adoption are universal.  The
1698    incremental deployment provided by following this specification is a
1699    best possible path for securing SMTP.  This protocol coexists and
1700    interoperates with the existing insecure Internet email backbone.
1701
1702    The protocol does not preclude existing non-opportunistic SMTP TLS
1703    security arrangements, which can continue to be used as before via
1704    manual configuration with negotiated out-of-band key and TLS
1705    configuration exchanges.
1706
1707    Opportunistic SMTP TLS depends critically on DNSSEC for downgrade
1708    resistance and secure resolution of the destination name.  If DNSSEC
1709    is compromised, it is not possible to fall back on the public CA PKI
1710    to prevent MITM attacks.  A successful breach of DNSSEC enables the
1711    attacker to publish TLSA usage 3 certificate associations, and
1712    thereby bypass any security benefit the legitimate domain owner might
1713    hope to gain by publishing usage 0 or 1 TLSA RRs.  Given the lack of
1714    public CA PKI support in existing MTA deployments, avoiding
1715    certificate usages 0 and 1 simplifies implementation and deployment
1716    with no adverse security consequences.
1717
1718    Implementations must strictly follow the portions of this
1719    specification that indicate when it is appropriate to initiate a non-
1720    authenticated connection or cleartext connection to a SMTP server.
1721    Specifically, in order to prevent downgrade attacks on this protocol,
1722    implementation must not initiate a connection when this specification
1723    indicates a particular SMTP server must be considered unreachable.
1724
1725 11.  IANA considerations
1726
1727    This specification requires no support from IANA.
1728
1729 12.  Acknowledgements
1730
1731    The authors would like to extend great thanks to Tony Finch, who
1732    started the original version of a DANE SMTP document.  His work is
1733
1734
1735
1736 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 31]
1737 \f
1738 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1739
1740
1741    greatly appreciated and has been incorporated into this document.
1742    The authors would like to additionally thank Phil Pennock for his
1743    comments and advice on this document.
1744
1745    Acknowledgments from Viktor: Thanks to Paul Hoffman who motivated me
1746    to begin work on this memo and provided feedback on early drafts.
1747    Thanks to Patrick Koetter, Perry Metzger and Nico Williams for
1748    valuable review comments.  Thanks also to Wietse Venema who created
1749    Postfix, and whose advice and feedback were essential to the
1750    development of the Postfix DANE implementation.
1751
1752 13.  References
1753
1754 13.1.  Normative References
1755
1756    [I-D.ietf-dane-ops]
1757               Dukhovni, V. and W. Hardaker, "DANE TLSA implementation
1758               and operational guidance", draft-ietf-dane-ops-00 (work in
1759               progress), October 2013.
1760
1761    [RFC1035]  Mockapetris, P., "Domain names - implementation and
1762               specification", STD 13, RFC 1035, November 1987.
1763
1764    [RFC2119]  Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate
1765               Requirement Levels", BCP 14, RFC 2119, March 1997.
1766
1767    [RFC3207]  Hoffman, P., "SMTP Service Extension for Secure SMTP over
1768               Transport Layer Security", RFC 3207, February 2002.
1769
1770    [RFC4033]  Arends, R., Austein, R., Larson, M., Massey, D., and S.
1771               Rose, "DNS Security Introduction and Requirements", RFC
1772               4033, March 2005.
1773
1774    [RFC4034]  Arends, R., Austein, R., Larson, M., Massey, D., and S.
1775               Rose, "Resource Records for the DNS Security Extensions",
1776               RFC 4034, March 2005.
1777
1778    [RFC4035]  Arends, R., Austein, R., Larson, M., Massey, D., and S.
1779               Rose, "Protocol Modifications for the DNS Security
1780               Extensions", RFC 4035, March 2005.
1781
1782    [RFC5246]  Dierks, T. and E. Rescorla, "The Transport Layer Security
1783               (TLS) Protocol Version 1.2", RFC 5246, August 2008.
1784
1785    [RFC5280]  Cooper, D., Santesson, S., Farrell, S., Boeyen, S.,
1786               Housley, R., and W. Polk, "Internet X.509 Public Key
1787               Infrastructure Certificate and Certificate Revocation List
1788               (CRL) Profile", RFC 5280, May 2008.
1789
1790
1791
1792 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 32]
1793 \f
1794 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1795
1796
1797    [RFC5321]  Klensin, J., "Simple Mail Transfer Protocol", RFC 5321,
1798               October 2008.
1799
1800    [RFC6066]  Eastlake, D., "Transport Layer Security (TLS) Extensions:
1801               Extension Definitions", RFC 6066, January 2011.
1802
1803    [RFC6125]  Saint-Andre, P. and J. Hodges, "Representation and
1804               Verification of Domain-Based Application Service Identity
1805               within Internet Public Key Infrastructure Using X.509
1806               (PKIX) Certificates in the Context of Transport Layer
1807               Security (TLS)", RFC 6125, March 2011.
1808
1809    [RFC6186]  Daboo, C., "Use of SRV Records for Locating Email
1810               Submission/Access Services", RFC 6186, March 2011.
1811
1812    [RFC6672]  Rose, S. and W. Wijngaards, "DNAME Redirection in the
1813               DNS", RFC 6672, June 2012.
1814
1815    [RFC6698]  Hoffman, P. and J. Schlyter, "The DNS-Based Authentication
1816               of Named Entities (DANE) Transport Layer Security (TLS)
1817               Protocol: TLSA", RFC 6698, August 2012.
1818
1819 13.2.  Informative References
1820
1821    [I-D.ietf-dane-registry-acronyms]
1822               Gudmundsson, O., "Adding acronyms to simplify DANE
1823               conversations", draft-ietf-dane-registry-acronyms-01 (work
1824               in progress), October 2013.
1825
1826    [I-D.ietf-dane-srv]
1827               Finch, T., "Using DNS-Based Authentication of Named
1828               Entities (DANE) TLSA records with SRV and MX records.",
1829               draft-ietf-dane-srv-02 (work in progress), February 2013.
1830
1831    [RFC5598]  Crocker, D., "Internet Mail Architecture", RFC 5598, July
1832               2009.
1833
1834    [RFC6409]  Gellens, R. and J. Klensin, "Message Submission for Mail",
1835               STD 72, RFC 6409, November 2011.
1836
1837 Authors' Addresses
1838
1839    Viktor Dukhovni
1840    Two Sigma
1841
1842    Email: ietf-dane@dukhovni.org
1843
1844
1845
1846
1847
1848 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 33]
1849 \f
1850 Internet-Draft  SMTP security via opportunistic DANE TLS        May 2014
1851
1852
1853    Wes Hardaker
1854    Parsons
1855    P.O. Box 382
1856    Davis, CA  95617
1857    US
1858
1859    Email: ietf@hardakers.net
1860
1861
1862
1863
1864
1865
1866
1867
1868
1869
1870
1871
1872
1873
1874
1875
1876
1877
1878
1879
1880
1881
1882
1883
1884
1885
1886
1887
1888
1889
1890
1891
1892
1893
1894
1895
1896
1897
1898
1899
1900
1901
1902
1903
1904 Dukhovni & Hardaker     Expires November 26, 2014              [Page 34]