bridges-spec.txt

   1
   2                           Tor bridges specification
   3
   4 0. Preface
   5
   6   This document describes the design decisions around support for bridge
   7   users, bridge relays, and bridge authorities. It acts as an overview
   8   of the bridge design and deployment for developers, and it also tries
   9   to point out limitations in the current design and implementation.
  10
  11   For more details on what all of these mean, look at blocking.tex in
  12   /doc/design-paper/
  13
  14 1. Bridge relays
  15
  16   Bridge relays are just like normal Tor relays except they don't publish
  17   their server descriptors to the main directory authorities.
  18
  19 1.1. PublishServerDescriptor
  20
  21   To configure your relay to be a bridge relay, just add
  22     BridgeRelay 1
  23     PublishServerDescriptor bridge
  24   to your torrc. This will cause your relay to publish its descriptor
  25   to the bridge authorities rather than to the default authorities.
  26
  27   Alternatively, you can say
  28     BridgeRelay 1
  29     PublishServerDescriptor 0
  30   which will cause your relay to not publish anywhere. This could be
  31   useful for private bridges.
  32
  33 1.2. Recommendations.
  34
  35   Bridge relays should use an exit policy of "reject *:*". This is
  36   because they only need to relay traffic between the bridge users
  37   and the rest of the Tor network, so there's no need to let people
  38   exit directly from them.
  39
  40   We invented the RelayBandwidth* options for this situation: Tor clients
  41   who want to allow relaying too. See proposal 111 for details. Relay
  42   operators should feel free to rate-limit their relayed traffic.
  43
  44 1.3. Implementation note.
  45
  46   Vidalia 0.0.15 has turned its "Relay" settings page into a tri-state
  47   "Don't relay" / "Relay for the Tor network" / "Help censored users".
  48
  49   If you click the third choice, it forces your exit policy to reject *:*.
  50
  51   If all the bridges end up on port 9001, that's not so good. On the
  52   other hand, putting the bridges on a low-numbered port in the Unix
  53   world requires jumping through extra hoops. The current compromise is
  54   that Vidalia makes the ORPort default to 443 on Windows, and 9001 on
  55   other platforms.
  56
  57   At the bottom of the relay config settings window, Vidalia displays
  58   the bridge identifier to the operator (see Section 3.1) so he can pass
  59   it on to bridge users.
  60
  61 2. Bridge authorities.
  62
  63   Bridge authorities are like normal v3 directory authorities, except
  64   they don't create their own network-status documents or votes. So if
  65   you ask a bridge authority for a network-status document or consensus,
  66   they behave like a directory mirror: they give you one from one of
  67   the main authorities. But if you ask the bridge authority for the
  68   descriptor corresponding to a particular identity fingerprint, it will
  69   happily give you the latest descriptor for that fingerprint.
  70
  71   To become a bridge authority, add these lines to your torrc:
  72     AuthoritativeDirectory 1
  73     BridgeAuthoritativeDir 1
  74
  75   Right now there's one bridge authority, running on the Tonga relay.
  76
  77 2.1. Exporting bridge-purpose descriptors
  78
  79   We've added a new purpose for server descriptors: the "bridge"
  80   purpose. With the new router-descriptors file format that includes
  81   annotations, it's easy to look through it and find the bridge-purpose
  82   descriptors.
  83
  84   Currently we export the bridge descriptors from Tonga to the
  85   BridgeDB server, so it can give them out according to the policies
  86   in blocking.pdf.
  87
  88 2.2. Reachability/uptime testing
  89
  90   Right now the bridge authorities do active reachability testing of
  91   bridges, so we know which ones to recommend for users.
  92
  93   But in the design document, we suggested that bridges should publish
  94   anonymously (i.e. via Tor) to the bridge authority, so somebody watching
  95   the bridge authority can't just enumerate all the bridges. But if we're
  96   doing active measurement, the game is up. Perhaps we should back off on
  97   this goal, or perhaps we should do our active measurement anonymously?
  98
  99   Answering this issue is scheduled for 0.2.1.x.
 100
 101 2.3. Future work: migrating to multiple bridge authorities
 102
 103   Having only one bridge authority is both a trust bottleneck (if you
 104   break into one place you learn about every single bridge we've got)
 105   and a robustness bottleneck (when it's down, bridge users become sad).
 106
 107   Right now if we put up a second bridge authority, all the bridges would
 108   publish to it, and (assuming the code works) bridge users would query
 109   a random bridge authority. This resolves the robustness bottleneck,
 110   but makes the trust bottleneck even worse.
 111
 112   In 0.2.2.x and later we should think about better ways to have multiple
 113   bridge authorities.
 114
 115 3. Bridge users.
 116
 117   Bridge users are like ordinary Tor users except they use encrypted
 118   directory connections by default, and they use bridge relays as both
 119   entry guards (their first hop) and directory guards (the source of
 120   all their directory information).
 121
 122   To become a bridge user, add the following line to your torrc:
 123     UseBridges 1
 124
 125   and then add at least one "Bridge" line to your torrc based on the
 126   format below.
 127
 128 3.1. Format of the bridge identifier.
 129
 130   The canonical format for a bridge identifier contains an IP address,
 131   an ORPort, and an identity fingerprint:
 132     bridge 128.31.0.34:9009 4C17 FB53 2E20 B2A8 AC19 9441 ECD2 B017 7B39 E4B1
 133
 134   However, the identity fingerprint can be left out, in which case the
 135   bridge user will connect to that relay and use it as a bridge regardless
 136   of what identity key it presents:
 137     bridge 128.31.0.34:9009
 138   This might be useful for cases where only short bridge identifiers
 139   can be communicated to bridge users.
 140
 141   In a future version we may also support bridge identifiers that are
 142   only a key fingerprint:
 143     bridge 4C17 FB53 2E20 B2A8 AC19 9441 ECD2 B017 7B39 E4B1
 144   and the bridge user can fetch the latest descriptor from the bridge
 145   authority (see Section 3.4).
 146
 147 3.2. Bridges as entry guards
 148
 149   For now, bridge users add their bridge relays to their list of "entry
 150   guards" (see path-spec.txt for background on entry guards). They are
 151   managed by the entry guard algorithms exactly as if they were a normal
 152   entry guard -- their keys and timing get cached in the "state" file,
 153   etc. This means that when the Tor user starts up with "UseBridges"
 154   disabled, he will skip past the bridge entries since they won't be
 155   listed as up and usable in his networkstatus consensus. But to be clear,
 156   the "entry_guards" list doesn't currently distinguish guards by purpose.
 157
 158   Internally, each bridge user keeps a smartlist of "bridge_info_t"
 159   that reflects the "bridge" lines from his torrc along with a download
 160   schedule (see Section 3.5 below). When he starts Tor, he attempts
 161   to fetch a descriptor for each configured bridge (see Section 3.4
 162   below). When he succeeds at getting a descriptor for one of the bridges
 163   in his list, he adds it directly to the entry guard list using the
 164   normal add_an_entry_guard() interface. Once a bridge descriptor has
 165   been added, should_delay_dir_fetches() will stop delaying further
 166   directory fetches, and the user begins to bootstrap his directory
 167   information from that bridge (see Section 3.3).
 168
 169   Currently bridge users cache their bridge descriptors to the
 170   "cached-descriptors" file (annotated with purpose "bridge"), but
 171   they don't make any attempt to reuse descriptors they find in this
 172   file. The theory is that either the bridge is available now, in which
 173   case you can get a fresh descriptor, or it's not, in which case an
 174   old descriptor won't do you much good.
 175
 176   We could disable writing out the bridge lines to the state file, if
 177   we think this is a problem.
 178
 179   As an exception, if we get an application request when we have one
 180   or more bridge descriptors but we believe none of them are running,
 181   we mark them all as running again. This is similar to the exception
 182   already in place to help long-idle Tor clients realize they should
 183   fetch fresh directory information rather than just refuse requests.
 184
 185 3.3. Bridges as directory guards
 186
 187   In addition to using bridges as the first hop in their circuits, bridge
 188   users also use them to fetch directory updates. Other than initial
 189   bootstrapping to find a working bridge descriptor (see Section 3.4
 190   below), all further non-anonymized directory fetches will be redirected
 191   to the bridge.
 192
 193   This means that bridge relays need to have cached answers for all
 194   questions the bridge user might ask. This makes the upgrade path
 195   tricky --- for example, if we migrate to a v4 directory design, the
 196   bridge user would need to keep using v3 so long as his bridge relays
 197   only knew how to answer v3 queries.
 198
 199   In a future design, for cases where the user has enough information
 200   to build circuits yet the chosen bridge doesn't know how to answer a
 201   given query, we might teach bridge users to make an anonymized request
 202   to a more suitable directory server.
 203
 204 3.4. How bridge users get their bridge descriptor
 205
 206   Bridge users can fetch bridge descriptors in two ways: by going directly
 207   to the bridge and asking for "/tor/server/authority", or by going to
 208   the bridge authority and asking for "/tor/server/fp/ID". By default,
 209   they will only try the direct queries. If the user sets
 210     UpdateBridgesFromAuthority 1
 211   in his config file, then he will try querying the bridge authority
 212   first for bridges where he knows a digest (if he only knows an IP
 213   address and ORPort, then his only option is a direct query).
 214
 215   If the user has at least one working bridge, then he will do further
 216   queries to the bridge authority through a full three-hop Tor circuit.
 217   But when bootstrapping, he will make a direct begin_dir-style connection
 218   to the bridge authority.
 219
 220   As of Tor 0.2.0.10-alpha, if the user attempts to fetch a descriptor
 221   from the bridge authority and it returns a 404 not found, the user
 222   will automatically fall back to trying a direct query. Therefore it is
 223   recommended that bridge users always set UpdateBridgesFromAuthority,
 224   since at worst it will delay their fetches a little bit and notify
 225   the bridge authority of the identity fingerprint (but not location)
 226   of their intended bridges.
 227
 228 3.5. Bridge descriptor retry schedule
 229
 230   Bridge users try to fetch a descriptor for each bridge (using the
 231   steps in Section 3.4 above) on startup. Whenever they receive a
 232   bridge descriptor, they reschedule a new descriptor download for 1
 233   hour from then.
 234
 235   If on the other hand it fails, they try again after 15 minutes for the
 236   first attempt, after 15 minutes for the second attempt, and after 60
 237   minutes for subsequent attempts.
 238
 239   In 0.2.2.x we should come up with some smarter retry schedules.
 240
 241 3.6. Implementation note.
 242
 243   Vidalia 0.1.0 has a new checkbox in its Network config window called
 244   "My ISP blocks connections to the Tor network." Users who click that
 245   box change their configuration to:
 246     UseBridges 1
 247     UpdateBridgesFromAuthority 1
 248   and should add at least one bridge identifier.
 249