Fix arma's fix for my leak
[tor.git] / doc / tor-spec.txt
blob380c840eb65adda6113d72961711c0b481eeecfe
1 $Id$
3                          Tor Protocol Specification
5                               Roger Dingledine
6                                Nick Mathewson
8 Note: This is an attempt to specify Tor as it exists as implemented in
9 mid-August, 2004.  It is not recommended that others implement this
10 design as it stands; future versions of Tor will implement improved
11 protocols.
13 This is not a design document; most design criteria are not examined.  For
14 more information on why Tor acts as it does, see tor-design.pdf.
16 TODO: (very soon)
17       - REASON_CONNECTFAILED should include an IP.
18       - Copy prose from tor-design to make everything more readable.
20 0. Notation:
22    PK -- a public key.
23    SK -- a private key
24    K  -- a key for a symmetric cypher
26    a|b -- concatenation of 'a' and 'b'.
28    [A0 B1 C2] -- a three-byte sequence, containing the bytes with
29    hexadecimal values A0, B1, and C2, in that order.
31    All numeric values are encoded in network (big-endian) order.
33    Unless otherwise specified, all symmetric ciphers are AES in counter
34    mode, with an IV of all 0 bytes.  Asymmetric ciphers are either RSA
35    with 1024-bit keys and exponents of 65537, or DH with the safe prime
36    from rfc2409, section 6.2, whose hex representation is:
38      "FFFFFFFFFFFFFFFFC90FDAA22168C234C4C6628B80DC1CD129024E08"
39      "8A67CC74020BBEA63B139B22514A08798E3404DDEF9519B3CD3A431B"
40      "302B0A6DF25F14374FE1356D6D51C245E485B576625E7EC6F44C42E9"
41      "A637ED6B0BFF5CB6F406B7EDEE386BFB5A899FA5AE9F24117C4B1FE6"
42      "49286651ECE65381FFFFFFFFFFFFFFFF"
44    All "hashes" are 20-byte SHA1 cryptographic digests.
46    When we refer to "the hash of a public key", we mean the SHA1 hash of the
47    ASN.1 encoding of an RSA public key (as specified in PKCS.1).
49 1. System overview
51    Onion Routing is a distributed overlay network designed to anonymize
52    low-latency TCP-based applications such as web browsing, secure shell,
53    and instant messaging. Clients choose a path through the network and
54    build a ``circuit'', in which each node (or ``onion router'' or ``OR'')
55    in the path knows its predecessor and successor, but no other nodes in
56    the circuit.  Traffic flowing down the circuit is sent in fixed-size
57    ``cells'', which are unwrapped by a symmetric key at each node (like
58    the layers of an onion) and relayed downstream.
60 2. Connections
62    There are two ways to connect to an onion router (OR). The first is
63    as an onion proxy (OP), which allows the OP to authenticate the OR
64    without authenticating itself.  The second is as another OR, which
65    allows mutual authentication.
67    Tor uses TLS for link encryption.  All implementations MUST support
68    the TLS ciphersuite "TLS_EDH_RSA_WITH_DES_192_CBC3_SHA", and SHOULD
69    support "TLS_DHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA" if it is available.
70    Implementations MAY support other ciphersuites, but MUST NOT
71    support any suite without ephemeral keys, symmetric keys of at
72    least 128 bits, and digests of at least 160 bits.
74    An OP or OR always sends a two-certificate chain, consisting of a
75    self-signed certificate containing the OR's identity key, and a second
76    certificate using a short-term connection key.  The commonName of the
77    second certificate is the OR's nickname, and the commonName of the first
78    certificate is the OR's nickname, followed by a space and the string
79    "<identity>".
81    All parties receiving certificates must confirm that the identity key is
82    as expected.  (When initiating a connection, the expected identity key is
83    the one given in the directory; when creating a connection because of an
84    EXTEND cell, the expected identity key is the one given in the cell.)  If
85    the key is not as expected, the party must close the connection.
87    All parties SHOULD reject connections to or from ORs that have malformed
88    or missing certificates.  ORs MAY accept connections from OPs with
89    malformed or missing certificates.
91    Once a TLS connection is established, the two sides send cells
92    (specified below) to one another.  Cells are sent serially.  All
93    cells are 512 bytes long.  Cells may be sent embedded in TLS
94    records of any size or divided across TLS records, but the framing
95    of TLS records MUST NOT leak information about the type or contents
96    of the cells.
98    OR-to-OR connections are never deliberately closed.  When an OR
99    starts or receives a new directory, it tries to open new
100    connections to any OR it is not already connected to.
101 [not true, unused OR conns close after 5 mins too -RD]
103    OR-to-OP connections are not permanent. An OP should close a
104    connection to an OR if there are no circuits running over the
105    connection, and an amount of time (KeepalivePeriod, defaults to 5
106    minutes) has passed.
108 3. Cell Packet format
110    The basic unit of communication for onion routers and onion
111    proxies is a fixed-width "cell".  Each cell contains the following
112    fields:
114         CircID                                [2 bytes]
115         Command                               [1 byte]
116         Payload (padded with 0 bytes)         [509 bytes]
117                                          [Total size: 512 bytes]
119    The CircID field determines which circuit, if any, the cell is
120    associated with.
122    The 'Command' field holds one of the following values:
123          0 -- PADDING     (Padding)                 (See Sec 6.2)
124          1 -- CREATE      (Create a circuit)        (See Sec 4)
125          2 -- CREATED     (Acknowledge create)      (See Sec 4)
126          3 -- RELAY       (End-to-end data)         (See Sec 5)
127          4 -- DESTROY     (Stop using a circuit)    (See Sec 4)
129    The interpretation of 'Payload' depends on the type of the cell.
130       PADDING: Payload is unused.
131       CREATE:  Payload contains the handshake challenge.
132       CREATED: Payload contains the handshake response.
133       RELAY:   Payload contains the relay header and relay body.
134       DESTROY: Payload is unused.
135    Upon receiving any other value for the command field, an OR must
136    drop the cell.
138    The payload is padded with 0 bytes.
140    PADDING cells are currently used to implement connection keepalive.
141    If there is no other traffic, ORs and OPs send one another a PADDING
142    cell every few minutes.
144    CREATE, CREATED, and DESTROY cells are used to manage circuits;
145    see section 4 below.
147    RELAY cells are used to send commands and data along a circuit; see
148    section 5 below.
150 4. Circuit management
152 4.1. CREATE and CREATED cells
154    Users set up circuits incrementally, one hop at a time. To create a
155    new circuit, OPs send a CREATE cell to the first node, with the
156    first half of the DH handshake; that node responds with a CREATED
157    cell with the second half of the DH handshake plus the first 20 bytes
158    of derivative key data (see section 4.2). To extend a circuit past
159    the first hop, the OP sends an EXTEND relay cell (see section 5)
160    which instructs the last node in the circuit to send a CREATE cell
161    to extend the circuit.
163    The payload for a CREATE cell is an 'onion skin', which consists
164    of the first step of the DH handshake data (also known as g^x).
166    The data is encrypted to Bob's PK as follows: Suppose Bob's PK is
167    L octets long.  If the data to be encrypted is shorter than L-42,
168    then it is encrypted directly (with OAEP padding).  If the data is at
169    least as long as L-42, then a randomly generated 16-byte symmetric
170    key is prepended to the data, after which the first L-16-42 bytes
171    of the data are encrypted with Bob's PK; and the rest of the data is
172    encrypted with the symmetric key.
174    So in this case, the onion skin on the wire looks like:
175        RSA-encrypted:
176          OAEP padding                  [42 bytes]
177          Symmetric key                 [16 bytes]
178          First part of g^x             [70 bytes]
179        Symmetrically encrypted:
180          Second part of g^x            [58 bytes]
182    The relay payload for an EXTEND relay cell consists of:
183          Address                       [4 bytes]
184          Port                          [2 bytes]
185          Onion skin                    [186 bytes]
186          Public key hash               [20 bytes]
188    The port and address field denote the IPV4 address and port of the next
189    onion router in the circuit; the public key hash is the SHA1 hash of the
190    PKCS#1 ASN1 encoding of the next onion router's identity (signing) key.
192    [XXXX Before 0.0.8, EXTEND cells did not include the public key hash.
193    Servers running 0.0.8 distinguish the old-style cells based on the
194    length of payloads. (Servers running 0.0.7 blindly pass on the extend
195    cell regardless of length.) In a future release, old-style EXTEND
196    cells will not be supported.]
198    The payload for a CREATED cell, or the relay payload for an
199    EXTENDED cell, contains:
200          DH data (g^y)                 [128 bytes]
201          Derivative key data (KH)      [20 bytes]   <see 4.2 below>
203    The CircID for a CREATE cell is an arbitrarily chosen 2-byte integer,
204    selected by the node (OP or OR) that sends the CREATE cell.  To prevent
205    CircID collisions, when one OR sends a CREATE cell to another, it chooses
206    from only one half of the possible values based on the ORs' public
207    identity keys: if the sending OR has a lower key, it chooses a CircID with
208    an MSB of 0; otherwise, it chooses a CircID with an MSB of 1.
210    Public keys are compared numerically by modulus.
212    (Older versions of Tor compared OR nicknames, and did it in a broken and
213    unreliable way.  To support versions of Tor earlier than 0.0.9pre6,
214    implementations should notice when the other side of a connection is
215    sending CREATE cells with the "wrong" MSG, and switch accordingly.)
217 4.2. Setting circuit keys
219    Once the handshake between the OP and an OR is completed, both
220    servers can now calculate g^xy with ordinary DH.  From the base key
221    material g^xy, they compute derivative key material as follows.
222    First, the server represents g^xy as a big-endian unsigned integer.
223    Next, the server computes 100 bytes of key data as K = SHA1(g^xy |
224    [00]) | SHA1(g^xy | [01]) | ... SHA1(g^xy | [04]) where "00" is
225    a single octet whose value is zero, [01] is a single octet whose
226    value is one, etc.  The first 20 bytes of K form KH, bytes 21-40 form
227    the forward digest Df, 41-60 form the backward digest Db, 61-76 form
228    Kf, and 77-92 form Kb.
230    KH is used in the handshake response to demonstrate knowledge of the
231    computed shared key. Df is used to seed the integrity-checking hash
232    for the stream of data going from the OP to the OR, and Db seeds the
233    integrity-checking hash for the data stream from the OR to the OP. Kf
234    is used to encrypt the stream of data going from the OP to the OR, and
235    Kb is used to encrypt the stream of data going from the OR to the OP.
237 4.3. Creating circuits
239    When creating a circuit through the network, the circuit creator
240    (OP) performs the following steps:
242       1. Choose an onion router as an exit node (R_N), such that the onion
243          router's exit policy does not exclude all pending streams
244          that need a circuit.
246       2. Choose a chain of (N-1) chain of N onion routers
247          (R_1...R_N-1) to constitute the path, such that no router
248          appears in the path twice.
250       3. If not already connected to the first router in the chain,
251          open a new connection to that router.
253       4. Choose a circID not already in use on the connection with the
254          first router in the chain; send a CREATE cell along the
255          connection, to be received by the first onion router.
257       5. Wait until a CREATED cell is received; finish the handshake
258          and extract the forward key Kf_1 and the backward key Kb_1.
260       6. For each subsequent onion router R (R_2 through R_N), extend
261          the circuit to R.
263    To extend the circuit by a single onion router R_M, the OP performs
264    these steps:
266       1. Create an onion skin, encrypted to R_M's public key.
268       2. Send the onion skin in a relay EXTEND cell along
269          the circuit (see section 5).
271       3. When a relay EXTENDED cell is received, verify KH, and
272          calculate the shared keys.  The circuit is now extended.
274    When an onion router receives an EXTEND relay cell, it sends a CREATE
275    cell to the next onion router, with the enclosed onion skin as its
276    payload.  The initiating onion router chooses some circID not yet
277    used on the connection between the two onion routers.  (But see
278    section 4.1. above, concerning choosing circIDs based on
279    lexicographic order of nicknames.)
281    As an extension (called router twins), if the desired next onion
282    router R in the circuit is down, and some other onion router R'
283    has the same public keys as R, then it's ok to extend to R' rather than R.
285    When an onion router receives a CREATE cell, if it already has a
286    circuit on the given connection with the given circID, it drops the
287    cell.  Otherwise, after receiving the CREATE cell, it completes the
288    DH handshake, and replies with a CREATED cell.  Upon receiving a
289    CREATED cell, an onion router packs it payload into an EXTENDED relay
290    cell (see section 5), and sends that cell up the circuit.  Upon
291    receiving the EXTENDED relay cell, the OP can retrieve g^y.
293    (As an optimization, OR implementations may delay processing onions
294    until a break in traffic allows time to do so without harming
295    network latency too greatly.)
297 4.4. Tearing down circuits
299    Circuits are torn down when an unrecoverable error occurs along
300    the circuit, or when all streams on a circuit are closed and the
301    circuit's intended lifetime is over.  Circuits may be torn down
302    either completely or hop-by-hop.
304    To tear down a circuit completely, an OR or OP sends a DESTROY
305    cell to the adjacent nodes on that circuit, using the appropriate
306    direction's circID.
308    Upon receiving an outgoing DESTROY cell, an OR frees resources
309    associated with the corresponding circuit. If it's not the end of
310    the circuit, it sends a DESTROY cell for that circuit to the next OR
311    in the circuit. If the node is the end of the circuit, then it tears
312    down any associated edge connections (see section 5.1).
314    After a DESTROY cell has been processed, an OR ignores all data or
315    destroy cells for the corresponding circuit.
317    (The rest of this section is not currently used; on errors, circuits
318    are destroyed, not truncated.)
320    To tear down part of a circuit, the OP may send a RELAY_TRUNCATE cell
321    signaling a given OR (Stream ID zero).  That OR sends a DESTROY
322    cell to the next node in the circuit, and replies to the OP with a
323    RELAY_TRUNCATED cell.
325    When an unrecoverable error occurs along one connection in a
326    circuit, the nodes on either side of the connection should, if they
327    are able, act as follows:  the node closer to the OP should send a
328    RELAY_TRUNCATED cell towards the OP; the node farther from the OP
329    should send a DESTROY cell down the circuit.
331 4.5. Routing relay cells
333    When an OR receives a RELAY cell, it checks the cell's circID and
334    determines whether it has a corresponding circuit along that
335    connection.  If not, the OR drops the RELAY cell.
337    Otherwise, if the OR is not at the OP edge of the circuit (that is,
338    either an 'exit node' or a non-edge node), it de/encrypts the payload
339    with AES/CTR, as follows:
340         'Forward' relay cell (same direction as CREATE):
341             Use Kf as key; decrypt.
342         'Back' relay cell (opposite direction from CREATE):
343             Use Kb as key; encrypt.
345    The OR then decides whether it recognizes the relay cell, by
346    inspecting the payload as described in section 5.1 below.  If the OR
347    recognizes the cell, it processes the contents of the relay cell.
348    Otherwise, it passes the decrypted relay cell along the circuit if
349    the circuit continues.  If the OR at the end of the circuit
350    encounters an unrecognized relay cell, an error has occurred: the OR
351    sends a DESTROY cell to tear down the circuit.
353    When a relay cell arrives at an OP, the OP decrypts the payload
354    with AES/CTR as follows:
355          OP receives data cell:
356             For I=N...1,
357                 Decrypt with Kb_I.  If the payload is recognized (see
358                 section 5.1), then stop and process the payload.
360    For more information, see section 5 below.
362 5. Application connections and stream management
364 5.1. Relay cells
366    Within a circuit, the OP and the exit node use the contents of
367    RELAY packets to tunnel end-to-end commands and TCP connections
368    ("Streams") across circuits.  End-to-end commands can be initiated
369    by either edge; streams are initiated by the OP.
371    The payload of each unencrypted RELAY cell consists of:
372          Relay command           [1 byte]
373          'Recognized'            [2 bytes]
374          StreamID                [2 bytes]
375          Digest                  [4 bytes]
376          Length                  [2 bytes]
377          Data                    [498 bytes]
379    The relay commands are:
380          1 -- RELAY_BEGIN
381          2 -- RELAY_DATA
382          3 -- RELAY_END
383          4 -- RELAY_CONNECTED
384          5 -- RELAY_SENDME
385          6 -- RELAY_EXTEND
386          7 -- RELAY_EXTENDED
387          8 -- RELAY_TRUNCATE
388          9 -- RELAY_TRUNCATED
389         10 -- RELAY_DROP
390         11 -- RELAY_RESOLVE
391         12 -- RELAY_RESOLVED
393    The 'Recognized' field in any unencrypted relay payload is always
394    set to zero; the 'digest' field is computed as the first four bytes
395    of the running SHA-1 digest of all the bytes that have travelled
396    over this circuit, seeded from Df or Db respectively (obtained in
397    section 4.2 above), and including this RELAY cell's entire payload
398    (taken with the digest field set to zero).
400    When the 'recognized' field of a RELAY cell is zero, and the digest
401    is correct, the cell is considered "recognized" for the purposes of
402    decryption (see section 4.5 above).
404    All RELAY cells pertaining to the same tunneled stream have the
405    same stream ID.  StreamIDs are chosen randomly by the OP.  RELAY
406    cells that affect the entire circuit rather than a particular
407    stream use a StreamID of zero.
409    The 'Length' field of a relay cell contains the number of bytes in
410    the relay payload which contain real payload data. The remainder of
411    the payload is padded with NUL bytes.
413 5.2. Opening streams and transferring data
415    To open a new anonymized TCP connection, the OP chooses an open
416    circuit to an exit that may be able to connect to the destination
417    address, selects an arbitrary StreamID not yet used on that circuit,
418    and constructs a RELAY_BEGIN cell with a payload encoding the address
419    and port of the destination host.  The payload format is:
421          ADDRESS | ':' | PORT | [00]
423    where  ADDRESS can be a DNS hostname, or an IPv4 address in
424    dotted-quad format, or an IPv6 address surrounded by square brackets;
425    and where PORT is encoded in decimal.
427    [What is the [00] for? -NM]
428    [It's so the payload is easy to parse out with string funcs -RD]
430    Upon receiving this cell, the exit node resolves the address as
431    necessary, and opens a new TCP connection to the target port.  If the
432    address cannot be resolved, or a connection can't be established, the
433    exit node replies with a RELAY_END cell.  (See 5.4 below.)
434    Otherwise, the exit node replies with a RELAY_CONNECTED cell, whose
435    payload is the 4-byte IPv4 address or the 16-byte IPv6 address to which
436    the connection was made.
438    The OP waits for a RELAY_CONNECTED cell before sending any data.
439    Once a connection has been established, the OP and exit node
440    package stream data in RELAY_DATA cells, and upon receiving such
441    cells, echo their contents to the corresponding TCP stream.
442    RELAY_DATA cells sent to unrecognized streams are dropped.
444    Relay RELAY_DROP cells are long-range dummies; upon receiving such
445    a cell, the OR or OP must drop it.
447 5.3. Closing streams
449    When an anonymized TCP connection is closed, or an edge node
450    encounters error on any stream, it sends a 'RELAY_END' cell along the
451    circuit (if possible) and closes the TCP connection immediately.  If
452    an edge node receives a 'RELAY_END' cell for any stream, it closes
453    the TCP connection completely, and sends nothing more along the
454    circuit for that stream.
456    The payload of a RELAY_END cell begins with a single 'reason' byte to
457    describe why the stream is closing, plus optional data (depending on
458    the reason.)  The values are:
460        1 -- REASON_MISC           (catch-all for unlisted reasons)
461        2 -- REASON_RESOLVEFAILED  (couldn't look up hostname)
462        3 -- REASON_CONNECTFAILED  (couldn't connect to host/port)
463        4 -- REASON_EXITPOLICY     (OR refuses to connect to host or port)
464        5 -- REASON_DESTROY        (circuit is being destroyed [???-NM])
465        6 -- REASON_DONE           (anonymized TCP connection was closed)
466        7 -- REASON_TIMEOUT        (OR timed out while connecting [???-NM])
468    (With REASON_EXITPOLICY, the 4-byte IPv4 address or 16-byte IPv6 address
469    forms the optional data; no other reason currently has extra data.)
471    *** [The rest of this section describes unimplemented functionality.]
473    Because TCP connections can be half-open, we follow an equivalent
474    to TCP's FIN/FIN-ACK/ACK protocol to close streams.
476    An exit connection can have a TCP stream in one of three states:
477    'OPEN', 'DONE_PACKAGING', and 'DONE_DELIVERING'.  For the purposes
478    of modeling transitions, we treat 'CLOSED' as a fourth state,
479    although connections in this state are not, in fact, tracked by the
480    onion router.
482    A stream begins in the 'OPEN' state.  Upon receiving a 'FIN' from
483    the corresponding TCP connection, the edge node sends a 'RELAY_FIN'
484    cell along the circuit and changes its state to 'DONE_PACKAGING'.
485    Upon receiving a 'RELAY_FIN' cell, an edge node sends a 'FIN' to
486    the corresponding TCP connection (e.g., by calling
487    shutdown(SHUT_WR)) and changing its state to 'DONE_DELIVERING'.
489    When a stream in already in 'DONE_DELIVERING' receives a 'FIN', it
490    also sends a 'RELAY_FIN' along the circuit, and changes its state
491    to 'CLOSED'.  When a stream already in 'DONE_PACKAGING' receives a
492    'RELAY_FIN' cell, it sends a 'FIN' and changes its state to
493    'CLOSED'.
495    If an edge node encounters an error on any stream, it sends a
496    'RELAY_END' cell (if possible) and closes the stream immediately.
498 5.4. Remote hostname lookup
500    To find the address associated with a hostname, the OP sends a
501    RELAY_RESOLVE cell containing the hostname to be resolved.  The OR
502    replies with a RELAY_RESOLVED cell containing a status byte, and any
503    number of answers.  Each answer is of the form:
504        Type   (1 octet)
505        Length (1 octet)
506        Value  (variable-width)
507    "Length" is the length of the Value field.
508    "Type" is one of:
509       0x04 -- IPv4 address
510       0x06 -- IPv6 address
511       0xF0 -- Error, transient
512       0xF1 -- Error, nontransient
514     If any answer has a type of 'Error', then no other answer may be given.
516     The RELAY_RESOLVE cell must use a nonzero, distinct streamID; the
517     corresponding RELAY_RESOLVED cell must use the same streamID.  No stream
518     is actually created by the OR when resolving the name.
520 6. Flow control
522 6.1. Link throttling
524    Each node should do appropriate bandwidth throttling to keep its
525    user happy.
527    Communicants rely on TCP's default flow control to push back when they
528    stop reading.
530 6.2. Link padding
532    Currently nodes are not required to do any sort of link padding or
533    dummy traffic. Because strong attacks exist even with link padding,
534    and because link padding greatly increases the bandwidth requirements
535    for running a node, we plan to leave out link padding until this
536    tradeoff is better understood.
538 6.3. Circuit-level flow control
540    To control a circuit's bandwidth usage, each OR keeps track of
541    two 'windows', consisting of how many RELAY_DATA cells it is
542    allowed to package for transmission, and how many RELAY_DATA cells
543    it is willing to deliver to streams outside the network.
544    Each 'window' value is initially set to 1000 data cells
545    in each direction (cells that are not data cells do not affect
546    the window).  When an OR is willing to deliver more cells, it sends a
547    RELAY_SENDME cell towards the OP, with Stream ID zero.  When an OR
548    receives a RELAY_SENDME cell with stream ID zero, it increments its
549    packaging window.
551    Each of these cells increments the corresponding window by 100.
553    The OP behaves identically, except that it must track a packaging
554    window and a delivery window for every OR in the circuit.
556    An OR or OP sends cells to increment its delivery window when the
557    corresponding window value falls under some threshold (900).
559    If a packaging window reaches 0, the OR or OP stops reading from
560    TCP connections for all streams on the corresponding circuit, and
561    sends no more RELAY_DATA cells until receiving a RELAY_SENDME cell.
562 [this stuff is badly worded; copy in the tor-design section -RD]
564 6.4. Stream-level flow control
566    Edge nodes use RELAY_SENDME cells to implement end-to-end flow
567    control for individual connections across circuits. Similarly to
568    circuit-level flow control, edge nodes begin with a window of cells
569    (500) per stream, and increment the window by a fixed value (50)
570    upon receiving a RELAY_SENDME cell. Edge nodes initiate RELAY_SENDME
571    cells when both a) the window is <= 450, and b) there are less than
572    ten cell payloads remaining to be flushed at that edge.
574 7. Directories and routers
576 7.1. Extensible information format
578 Router descriptors and directories both obey the following lightweight
579 extensible information format.
581 The highest level object is a Document, which consists of one or more Items.
582 Every Item begins with a KeywordLine, followed by one or more Objects. A
583 KeywordLine begins with a Keyword, optionally followed by a space and more
584 non-newline characters, and ends with a newline.  A Keyword is a sequence of
585 one or more characters in the set [A-Za-z0-9-].  An Object is a block of
586 encoded data in pseudo-Open-PGP-style armor. (cf. RFC 2440)
588 More formally:
590     Document ::= (Item | NL)+
591     Item ::= KeywordLine Object*
592     KeywordLine ::= Keyword NL | Keyword SP ArgumentsChar+ NL
593     Keyword = KeywordChar+
594     KeywordChar ::= 'A' ... 'Z' | 'a' ... 'z' | '0' ... '9' | '-'
595     ArgumentChar ::= any printing ASCII character except NL.
596     Object ::= BeginLine Base-64-encoded-data EndLine
597     BeginLine ::= "-----BEGIN " Keyword "-----" NL
598     EndLine ::= "-----END " Keyword "-----" NL
600     The BeginLine and EndLine of an Object must use the same keyword.
602 When interpreting a Document, software MUST reject any document containing a
603 KeywordLine that starts with a keyword it doesn't recognize.
605 The "opt" keyword is reserved for non-critical future extensions.  All
606 implementations MUST ignore any item of the form "opt keyword ....." when
607 they would not recognize "keyword ....."; and MUST treat "opt keyword ....."
608 as synonymous with "keyword ......" when keyword is recognized.
610 7.1. Router descriptor format.
612 Every router descriptor MUST start with a "router" Item; MUST end with a
613 "router-signature" Item and an extra NL; and MUST contain exactly one
614 instance of each of the following Items: "published" "onion-key" "link-key"
615 "signing-key" "bandwidth".  Additionally, a router descriptor MAY contain any
616 number of "accept", "reject", "fingerprint", "uptime", and "opt" Items.
617 Other than "router" and "router-signature", the items may appear in any
618 order.
620 The items' formats are as follows:
621    "router" nickname address (ORPort SocksPort DirPort)?
623       Indicates the beginning of a router descriptor.  "address" must be an
624       IPv4 address in dotted-quad format.  The Port values will soon be
625       deprecated; using them here is equivalent to using them in a "ports"
626       item.
628    "ports" ORPort SocksPort DirPort
630       Indicates the TCP ports at which this OR exposes functionality.
631       ORPort is a port at which this OR accepts TLS connections for the main
632       OR protocol;  SocksPort is the port at which this OR accepts SOCKS
633       connections; and DirPort is the port at which this OR accepts
634       directory-related HTTP connections.  If any port is not supported, the
635       value 0 is given instead of a port number.
637    "bandwidth" bandwidth-avg bandwidth-burst bandwidth-observed
639       Estimated bandwidth for this router, in bytes per second.  The
640       "average" bandwidth is the volume per second that the OR is willing
641       to sustain over long periods; the "burst" bandwidth is the volume
642       that the OR is willing to sustain in very short intervals.  The
643       "observed" value is an estimate of the capacity this server can
644       handle.  The server remembers the max bandwidth sustained output
645       over any ten second period in the past day, and another sustained
646       input.  The "observed" value is the lesser of these two numbers.
648       [bandwidth-observed was not present before 0.0.8.]
650    "platform" string
652       A human-readable string describing the system on which this OR is
653       running.  This MAY include the operating system, and SHOULD include
654       the name and version of the software implementing the Tor protocol.
656    "published" YYYY-MM-DD HH:MM:SS
658       The time, in GMT, when this descriptor was generated.
660    "fingerprint"
662       A fingerprint (20 byte SHA1 hash of asn1 encoded public key, encoded
663       in hex, with spaces after every 4 characters) for this router's
664       identity key.
666    "uptime"
668       The number of seconds that this OR process has been running.
670    "onion-key" NL a public key in PEM format
672       This key is used to encrypt EXTEND cells for this OR.  The key MUST
673       be accepted for at least XXXX hours after any new key is published in
674       a subsequent descriptor.
676    "signing-key" NL a public key in PEM format
678       The OR's long-term identity key.
680    "accept" exitpattern
681    "reject" exitpattern
683        These lines, in order, describe the rules that an OR follows when
684        deciding whether to allow a new stream to a given address.  The
685        'exitpattern' syntax is described below.
687    "router-signature" NL Signature NL
689        The "SIGNATURE" object contains a signature of the PKCS1-padded SHA1
690        hash of the entire router descriptor, taken from the beginning of the
691        "router" line, through the newline after the "router-signature" line.
692        The router descriptor is invalid unless the signature is performed
693        with the router's identity key.
695    "dircacheport" port NL
697        Same as declaring "port" as this OR's directory port in the 'router'
698        line. At most one of dircacheport and the directory port in the router
699        line may be non-zero.
701        [Obsolete; will go away once 0.0.8 is dead.  Older versions of Tor
702        did poorly when non-authoritative directories had a non-zero directory
703        port.  To transition, Tor 0.0.8 used dircacheport for
704        nonauthoritative directories.]
706    "contact" info NL
708        Describes a way to contact the server's administrator, preferably
709        including an email address and a PGP key fingerprint.
711    "family" names NL
713        'Names' is a space-separated list of server nicknames. If two ORs
714        list one another in their "family" entries, then OPs should treat
715        them as a single OR for the purpose of path selection.
717        For example, if node A's descriptor contains "family B", and node B's
718        descriptor contains "family A", then node A and node B should never
719        be used on the same circuit.
721    "read-history" YYYY-MM-DD HH:MM:SS (NSEC s) NUM,NUM,NUM,NUM,NUM... NL
722    "write-history" YYYY-MM-DD HH:MM:SS (NSEC s) NUM,NUM,NUM,NUM,NUM... NL
724        Declare how much bandwidth the OR has used recently. Usage is divided
725        into intervals of NSEC seconds.  The YYYY-MM-DD HH:MM:SS field defines
726        the end of the most recent interval.  The numbers are the number of
727        bytes used in the most recent intervals, ordered from oldest to newest.
729 nickname ::= between 1 and 19 alphanumeric characters, case-insensitive.
731 exitpattern ::= addrspec ":" portspec
732 portspec ::= "*" | port | port "-" port
733 port ::= an integer between 1 and 65535, inclusive.
734 addrspec ::= "*" | ip4spec | ip6spec
735 ipv4spec ::= ip4 | ip4 "/" num_ip4_bits | ip4 "/" ip4mask
736 ip4 ::= an IPv4 address in dotted-quad format
737 ip4mask ::= an IPv4 mask in dotted-quad format
738 num_ip4_bits ::= an integer between 0 and 32
739 ip6spec ::= ip6 | ip6 "/" num_ip6_bits
740 ip6 ::= an IPv6 address, surrounded by square brackets.
741 num_ip6_bits ::= an integer between 0 and 128
743 Ports are required; if they are not included in the router
744 line, they must appear in the "ports" lines.
746 7.2. Directory format
748 A Directory begins with a "signed-directory" item, followed by one each of
749 the following, in any order: "recommended-software", "published",
750 "router-status", "directory-signing-key".  It may include any number of "opt"
751 items.  After these items, a directory includes any number of router
752 descriptors, and a single "directory-signature" item.
754     "signed-directory"
756         Indicates the start of a directory.
758     "published" YYYY-MM-DD HH:MM:SS
760         The time at which this directory was generated and signed, in GMT.
762     "directory-signing-key"
764         The key used to sign this directory; see "signing-key" for format.
766     "recommended-software"  comma-separated-version-list
768         A list of which versions of which implementations are currently
769         believed to be secure and compatible with the network.
771     "running-routers" space-separated-list
773         A description of which routers are currently believed to be up or
774         down.  Every entry consists of an optional "!", followed by either an
775         OR's nickname, or "$" followed by a hexadecimal encoding of the hash
776         of an OR's identity key.  If the "!" is included, the router is
777         believed not to be running; otherwise, it is believed to be running.
778         If a router's nickname is given, exactly one router of that nickname
779         will appear in the directory, and that router is "approved" by the
780         directory server.  If a hashed identity key is given, that OR is not
781         "approved".  [XXXX The 'running-routers' line is only provided for
782         backward compatibility.  New code should parse 'router-status'
783         instead.]
785     "router-status" space-separated-list
787         A description of which routers are currently believed to be up or
788         down, and which are verified or unverified.  Contains one entry for
789         every router that the directory server knows.  Each entry is of the
790         format:
792               !name=$digest  [Verified router, currently not live.]
793               name=$digest   [Verified router, currently live.]
794               !$digest       [Unverified router, currently not live.]
795           or  $digest        [Unverified router, currently live.]
797         (where 'name' is the router's nickname and 'digest' is a hexadecimal
798         encoding of the hash of the routers' identity key).
800         When parsing this line, clients should only mark a router as
801         'verified' if its nickname AND digest match the one provided.
802         [XXXX 'router-status' was added in 0.0.9pre5; older directory code
803         uses 'running-routers' instead.]
805     "directory-signature" nickname-of-dirserver NL Signature
807 Note:  The router descriptor for the directory server MUST appear first.
808 The signature is computed by computing the SHA-1 hash of the
809 directory, from the characters "signed-directory", through the newline
810 after "directory-signature".  This digest is then padded with PKCS.1,
811 and signed with the directory server's signing key.
813 If software encounters an unrecognized keyword in a single router descriptor,
814 it should reject only that router descriptor, and continue using the
815 others.  If it encounters an unrecognized keyword in the directory header,
816 it should reject the entire directory.
818 7.3. Network-status descriptor
820 A "network-status" (a.k.a "running-routers") document is a truncated
821 directory that contains only the current status of a list of nodes, not
822 their actual descriptors.  It contains exactly one of each of the following
823 entries.
825      "network-status"
827         Must appear first.
829      "published" YYYY-MM-DD HH:MM:SS
831         (see 7.2 above)
833      "router-status" list
835         (see 7.2 above)
837      "directory-signature" NL signature
839         (see 7.2 above)
841 7.4. Behavior of a directory server
843 lists nodes that are connected currently
844 speaks HTTP on a socket, spits out directory on request
846 Directory servers listen on a certain port (the DirPort), and speak a
847 limited version of HTTP 1.0. Clients send either GET or POST commands.
848 The basic interactions are:
849   "%s %s HTTP/1.0\r\nContent-Length: %lu\r\nHost: %s\r\n\r\n",
850     command, url, content-length, host.
851   Get "/tor/" to fetch a full directory.
852   Get "/tor/dir.z" to fetch a compressed full directory.
853   Get "/tor/running-routers" to fetch a network-status descriptor.
854   Post "/tor/" to post a server descriptor, with the body of the
855     request containing the descriptor.
857   "host" is used to specify the address:port of the dirserver, so
858   the request can survive going through HTTP proxies.
860 A.1. Differences between spec and implementation
862 - The current specification requires all ORs to have IPv4 addresses, but
863   allows servers to exit and resolve to IPv6 addresses, and to declare IPv6
864   addresses in their exit policies.  The current codebase has no IPv6
865   support at all.