Merge commit 'karsten/stats-manpage'
[torspec/rransom.git] / rend-spec.txt
blob12e20df659eaf7db9385d6d2e6922583588432b5
2                     Tor Rendezvous Specification
4 0. Overview and preliminaries
6       The key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL
7       NOT", "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED",  "MAY", and
8       "OPTIONAL" in this document are to be interpreted as described in
9       RFC 2119.
11    Read
12    https://svn.torproject.org/svn/projects/design-paper/tor-design.html#sec:rendezvous
13    before you read this specification. It will make more sense.
15    Rendezvous points provide location-hidden services (server
16    anonymity) for the onion routing network. With rendezvous points,
17    Bob can offer a TCP service (say, a webserver) via the onion
18    routing network, without revealing the IP of that service.
20    Bob does this by anonymously advertising a public key for his
21    service, along with a list of onion routers to act as "Introduction
22    Points" for his service.  He creates forward circuits to those
23    introduction points, and tells them about his service.  To
24    connect to Bob, Alice first builds a circuit to an OR to act as
25    her "Rendezvous Point." She then connects to one of Bob's chosen
26    introduction points, and asks it to tell him about her Rendezvous
27    Point (RP).  If Bob chooses to answer, he builds a circuit to her
28    RP, and tells it to connect him to Alice.  The RP joins their
29    circuits together, and begins relaying cells.  Alice's 'BEGIN'
30    cells are received directly by Bob's OP, which passes data to
31    and from the local server implementing Bob's service.
33    Below we describe a network-level specification of this service,
34    along with interfaces to make this process transparent to Alice
35    (so long as she is using an OP).
37 0.1. Notation, conventions and prerequisites
39    In the specifications below, we use the same notation and terminology
40    as in "tor-spec.txt".  The service specified here also requires the
41    existence of an onion routing network as specified in that file.
43         H(x) is a SHA1 digest of x.
44         PKSign(SK,x) is a PKCS.1-padded RSA signature of x with SK.
45         PKEncrypt(SK,x) is a PKCS.1-padded RSA encryption of x with SK.
46         Public keys are all RSA, and encoded in ASN.1.
47         All integers are stored in network (big-endian) order.
48         All symmetric encryption uses AES in counter mode, except where
49             otherwise noted.
51    In all discussions, "Alice" will refer to a user connecting to a
52    location-hidden service, and "Bob" will refer to a user running a
53    location-hidden service.
55    An OP is (as defined elsewhere) an "Onion Proxy" or Tor client.
57    An OR is (as defined elsewhere) an "Onion Router" or Tor server.
59    An "Introduction point" is a Tor server chosen to be Bob's medium-term
60    'meeting place'.  A "Rendezvous point" is a Tor server chosen by Alice to
61    be a short-term communication relay between her and Bob.  All Tor servers
62    potentially act as introduction and rendezvous points.
64 0.2. Protocol outline
66    1. Bob->Bob's OP: "Offer IP:Port as public-key-name:Port". [configuration]
67       (We do not specify this step; it is left to the implementor of
68       Bob's OP.)
70    2. Bob's OP generates a long-term keypair.
72    3. Bob's OP->Introduction point via Tor: [introduction setup]
73         "This public key is (currently) associated to me."
75    4. Bob's OP->directory service via Tor: publishes Bob's service descriptor
76       [advertisement]
77         "Meet public-key X at introduction point A, B, or C." (signed)
79    5. Out of band, Alice receives a z.onion:port address.
80       She opens a SOCKS connection to her OP, and requests z.onion:port.
82    6. Alice's OP retrieves Bob's descriptor via Tor. [descriptor lookup.]
84    7. Alice's OP chooses a rendezvous point, opens a circuit to that
85       rendezvous point, and establishes a rendezvous circuit. [rendezvous
86       setup.]
88    8. Alice connects to the Introduction point via Tor, and tells it about
89       her rendezvous point.  (Encrypted to Bob.)  [Introduction 1]
91    9. The Introduction point passes this on to Bob's OP via Tor, along the
92       introduction circuit. [Introduction 2]
94   10. Bob's OP decides whether to connect to Alice, and if so, creates a
95       circuit to Alice's RP via Tor.  Establishes a shared circuit.
96       [Rendezvous 1]
98   11. The Rendezvous point forwards Bob's confirmation to Alice's OP.
99       [Rendezvous 2]
101   12. Alice's OP sends begin cells to Bob's OP.  [Connection]
103 0.3. Constants and new cell types
105   Relay cell types
106       32 -- RELAY_COMMAND_ESTABLISH_INTRO
107       33 -- RELAY_COMMAND_ESTABLISH_RENDEZVOUS
108       34 -- RELAY_COMMAND_INTRODUCE1
109       35 -- RELAY_COMMAND_INTRODUCE2
110       36 -- RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS1
111       37 -- RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS2
112       38 -- RELAY_COMMAND_INTRO_ESTABLISHED
113       39 -- RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS_ESTABLISHED
114       40 -- RELAY_COMMAND_INTRODUCE_ACK
116 0.4. Version overview
118    There are several parts in the hidden service protocol that have
119    changed over time, each of them having its own version number, whereas
120    other parts remained the same. The following list of potentially
121    versioned protocol parts should help reduce some confusion:
123    - Hidden service descriptor: the binary-based v0 was the default for a
124      long time, and an ASCII-based v2 has been added by proposal 114. The
125      v0 descriptor format has been deprecated in 0.2.2.1-alpha. See 1.3.
127    - Hidden service descriptor propagation mechanism: currently related to
128      the hidden service descriptor version -- v0 publishes to the original
129      hs directory authorities, whereas v2 publishes to a rotating subset
130      of relays with the "HSDir" flag; see 1.4 and 1.6.
132    - Introduction protocol for how to generate an introduction cell:
133      v0 specified a nickname for the rendezvous point and assumed the
134      relay would know about it, whereas v2 now specifies IP address,
135      port, and onion key so the relay doesn't need to already recognize
136      it. See 1.8.
138 1. The Protocol
140 1.1. Bob configures his local OP.
142    We do not specify a format for the OP configuration file.  However,
143    OPs SHOULD allow Bob to provide more than one advertised service
144    per OP, and MUST allow Bob to specify one or more virtual ports per
145    service.  Bob provides a mapping from each of these virtual ports
146    to a local IP:Port pair.
148 1.2. Bob's OP establishes his introduction points.
150    The first time the OP provides an advertised service, it generates
151    a public/private keypair (stored locally).
153    The OP choses a small number of Tor servers as introduction points.
154    The OP establishes a new introduction circuit to each introduction
155    point.  These circuits MUST NOT be used for anything but hidden service
156    introduction.  To establish the introduction, Bob sends a
157    RELAY_COMMAND_ESTABLISH_INTRO cell, containing:
159         KL   Key length                             [2 octets]
160         PK   Bob's public key or service key        [KL octets]
161         HS   Hash of session info                   [20 octets]
162         SIG  Signature of above information         [variable]
164    KL is the length of PK, in octets.
166    To prevent replay attacks, the HS field contains a SHA-1 hash based on the
167    shared secret KH between Bob's OP and the introduction point, as
168    follows:
169        HS = H(KH | "INTRODUCE")
170    That is:
171        HS = H(KH | [49 4E 54 52 4F 44 55 43 45])
172    (KH, as specified in tor-spec.txt, is H(g^xy | [00]) .)
174    Upon receiving such a cell, the OR first checks that the signature is
175    correct with the included public key.  If so, it checks whether HS is
176    correct given the shared state between Bob's OP and the OR.  If either
177    check fails, the OP discards the cell; otherwise, it associates the
178    circuit with Bob's public key, and dissociates any other circuits
179    currently associated with PK.  On success, the OR sends Bob a
180    RELAY_COMMAND_INTRO_ESTABLISHED cell with an empty payload.
182    Bob's OP uses either Bob's public key or a freshly generated, single-use
183    service key in the RELAY_COMMAND_ESTABLISH_INTRO cell, depending on the
184    configured hidden service descriptor version.  The public key is used for
185    v0 descriptors, the service key for v2 descriptors.  In the latter case, the
186    service keys of all introduction points are included in the v2 hidden
187    service descriptor together with the other introduction point information.
188    The reason is that the introduction point does not need to and therefore
189    should not know for which hidden service it works, so as to prevent it from
190    tracking the hidden service's activity.  If the hidden service is configured
191    to publish both v0 and v2 descriptors, two separate sets of introduction
192    points are established.
194 1.3. Bob's OP generates service descriptors.
196    For versions before 0.2.2.1-alpha, Bob's OP periodically generates and
197    publishes a descriptor of type "V0".
199    The "V0" descriptor contains:
201          KL    Key length                            [2 octets]
202          PK    Bob's public key                      [KL octets]
203          TS    A timestamp                           [4 octets]
204          NI    Number of introduction points         [2 octets]
205          Ipt   A list of NUL-terminated ORs          [variable]
206          SIG   Signature of above fields             [variable]
208    TS is the number of seconds elapsed since Jan 1, 1970.
210    The members of Ipt may be either (a) nicknames, or (b) identity key
211    digests, encoded in hex, and prefixed with a '$'.  Clients must
212    accept both forms. Services must only generate the second form.
213    Once 0.0.9.x is obsoleted, we can drop the first form.
215    [It's ok for Bob to advertise 0 introduction points. He might want
216     to do that if he previously advertised some introduction points,
217     and now he doesn't have any. -RD]
219    Beginning with 0.2.0.10-alpha, Bob's OP encodes "V2" descriptors in
220    addition to (or instead of) "V0" descriptors. The format of a "V2"
221    descriptor is as follows:
223      "rendezvous-service-descriptor" descriptor-id NL
225        [At start, exactly once]
227        Indicates the beginning of the descriptor. "descriptor-id" is a
228        periodically changing identifier of 160 bits formatted as 32 base32
229        chars that is calculated by the hidden service and its clients. The
230        "descriptor-id" is calculated by performing the following operation:
232          descriptor-id =
233              H(permanent-id | H(time-period | descriptor-cookie | replica))
235        "permanent-id" is the permanent identifier of the hidden service,
236        consisting of 80 bits. It can be calculated by computing the hash value
237        of the public hidden service key and truncating after the first 80 bits:
239          permanent-id = H(public-key)[:10]
241        "H(time-period | descriptor-cookie | replica)" is the (possibly
242        secret) id part that is necessary to verify that the hidden service is
243        the true originator of this descriptor and that is therefore contained
244        in the descriptor, too. The descriptor ID can only be created by the
245        hidden service and its clients, but the "signature" below can only be
246        created by the service.
248        "time-period" changes periodically as a function of time and
250        "permanent-id". The current value for "time-period" can be calculated
251        using the following formula:
253          time-period = (current-time + permanent-id-byte * 86400 / 256)
254                          / 86400
256        "current-time" contains the current system time in seconds since
257        1970-01-01 00:00, e.g. 1188241957. "permanent-id-byte" is the first
258        (unsigned) byte of the permanent identifier (which is in network
259        order), e.g. 143. Adding the product of "permanent-id-byte" and
260        86400 (seconds per day), divided by 256, prevents "time-period" from
261        changing for all descriptors at the same time of the day. The result
262        of the overall operation is a (network-ordered) 32-bit integer, e.g.
263        13753 or 0x000035B9 with the example values given above.
265        "descriptor-cookie" is an optional secret password of 128 bits that
266        is shared between the hidden service provider and its clients. If the
267        descriptor-cookie is left out, the input to the hash function is 128
268        bits shorter.
270        "replica" denotes the number of the replica. A service publishes
271        multiple descriptors with different descriptor IDs in order to
272        distribute them to different places on the ring.
274      "version" version-number NL
276        [Exactly once]
278        The version number of this descriptor's format.  In this case: 2.
280      "permanent-key" NL a public key in PEM format
282        [Exactly once]
284        The public key of the hidden service which is required to verify the
285        "descriptor-id" and the "signature".
287      "secret-id-part" secret-id-part NL
289        [Exactly once]
291        The result of the following operation as explained above, formatted as
292        32 base32 chars. Using this secret id part, everyone can verify that
293        the signed descriptor belongs to "descriptor-id".
295          secret-id-part = H(time-period | descriptor-cookie | replica)
297      "publication-time" YYYY-MM-DD HH:MM:SS NL
299        [Exactly once]
301        A timestamp when this descriptor has been created.
303      "protocol-versions" version-string NL
305        [Exactly once]
307        A comma-separated list of recognized and permitted version numbers
308        for use in INTRODUCE cells; these versions are described in section
309        1.8 below.
311      "introduction-points" NL encrypted-string
313        [At most once]
315        A list of introduction points. If the optional "descriptor-cookie" is
316        used, this list is encrypted with AES in CTR mode with a random
317        initialization vector of 128 bits that is written to
318        the beginning of the encrypted string, and the "descriptor-cookie" as
319        secret key of 128 bits length.
321        The string containing the introduction point data (either encrypted
322        or not) is encoded in base64, and surrounded with
323        "-----BEGIN MESSAGE-----" and "-----END MESSAGE-----".
325        The unencrypted string may begin with:
327          "service-authentication" auth-type auth-data NL
329            [Any number]
331            The service-specific authentication data can be used to perform
332            client authentication. This data is independent of the selected
333            introduction point as opposed to "intro-authentication" below. The
334            format of auth-data (base64-encoded or PEM format) depends on
335            auth-type. See section 2 of this document for details on auth
336            mechanisms.
338        Subsequently, an arbitrary number of introduction point entries may
339        follow, each containing the following data:
341          "introduction-point" identifier NL
343            [At start, exactly once]
345            The identifier of this introduction point: the base-32 encoded
346            hash of this introduction point's identity key.
348          "ip-address" ip-address NL
350            [Exactly once]
352            The IP address of this introduction point.
354          "onion-port" port NL
356            [Exactly once]
358            The TCP port on which the introduction point is listening for
359            incoming onion requests.
361          "onion-key" NL a public key in PEM format
363            [Exactly once]
365            The public key that can be used to encrypt messages to this
366            introduction point.
368          "service-key" NL a public key in PEM format
370            [Exactly once]
372            The public key that can be used to encrypt messages to the hidden
373            service.
375          "intro-authentication" auth-type auth-data NL
377            [Any number]
379            The introduction-point-specific authentication data can be used
380            to perform client authentication. This data depends on the
381            selected introduction point as opposed to "service-authentication"
382            above. The format of auth-data (base64-encoded or PEM format)
383            depends on auth-type. See section 2 of this document for details
384            on auth mechanisms.
386         (This ends the fields in the encrypted portion of the descriptor.)
388        [It's ok for Bob to advertise 0 introduction points. He might want
389         to do that if he previously advertised some introduction points,
390         and now he doesn't have any. -RD]
392      "signature" NL signature-string
394        [At end, exactly once]
396        A signature of all fields above with the private key of the hidden
397        service.
399 1.3.1. Other descriptor formats we don't use.
401    Support for the V0 descriptor format was dropped in 0.2.2.0-alpha-dev:
403          KL    Key length                            [2 octets]
404          PK    Bob's public key                      [KL octets]
405          TS    A timestamp                           [4 octets]
406          NI    Number of introduction points         [2 octets]
407          Ipt   A list of NUL-terminated ORs          [variable]
408          SIG   Signature of above fields             [variable]
410    KL is the length of PK, in octets.
411    TS is the number of seconds elapsed since Jan 1, 1970.
413    The members of Ipt may be either (a) nicknames, or (b) identity key
414    digests, encoded in hex, and prefixed with a '$'.
416    The V1 descriptor format was understood and accepted from
417    0.1.1.5-alpha-cvs to 0.2.0.6-alpha-dev, but no Tors generated it and
418    it was removed:
420          V     Format byte: set to 255               [1 octet]
421          V     Version byte: set to 1                [1 octet]
422          KL    Key length                            [2 octets]
423          PK    Bob's public key                      [KL octets]
424          TS    A timestamp                           [4 octets]
425          PROTO Protocol versions: bitmask            [2 octets]
426          NI    Number of introduction points         [2 octets]
427          For each introduction point: (as in INTRODUCE2 cells)
428              IP     Introduction point's address     [4 octets]
429              PORT   Introduction point's OR port     [2 octets]
430              ID     Introduction point identity ID   [20 octets]
431              KLEN   Length of onion key              [2 octets]
432              KEY    Introduction point onion key     [KLEN octets]
433          SIG   Signature of above fields             [variable]
435    A hypothetical "V1" descriptor, that has never been used but might
436    be useful for historical reasons, contains:
438          V     Format byte: set to 255               [1 octet]
439          V     Version byte: set to 1                [1 octet]
440          KL    Key length                            [2 octets]
441          PK    Bob's public key                      [KL octets]
442          TS    A timestamp                           [4 octets]
443          PROTO Rendezvous protocol versions: bitmask [2 octets]
444          NA    Number of auth mechanisms accepted    [1 octet]
445          For each auth mechanism:
446              AUTHT  The auth type that is supported  [2 octets]
447              AUTHL  Length of auth data              [1 octet]
448              AUTHD  Auth data                        [variable]
449          NI    Number of introduction points         [2 octets]
450          For each introduction point: (as in INTRODUCE2 cells)
451              ATYPE  An address type (typically 4)    [1 octet]
452              ADDR   Introduction point's IP address  [4 or 16 octets]
453              PORT   Introduction point's OR port     [2 octets]
454              AUTHT  The auth type that is supported  [2 octets]
455              AUTHL  Length of auth data              [1 octet]
456              AUTHD  Auth data                        [variable]
457              ID     Introduction point identity ID   [20 octets]
458              KLEN   Length of onion key              [2 octets]
459              KEY    Introduction point onion key     [KLEN octets]
460          SIG   Signature of above fields             [variable]
462    AUTHT specifies which authentication/authorization mechanism is
463    required by the hidden service or the introduction point. AUTHD
464    is arbitrary data that can be associated with an auth approach.
465    Currently only AUTHT of [00 00] is supported, with an AUTHL of 0.
466    See section 2 of this document for details on auth mechanisms.
468 1.4. Bob's OP advertises his service descriptor(s).
470    Bob's OP advertises his service descriptor to a fixed set of v0 hidden
471    service directory servers and/or a changing subset of all v2 hidden service
472    directories.
474    For versions before 0.2.2.1-alpha, Bob's OP opens a stream to each v0
475    directory server's directory port via Tor.  (He may re-use old circuits for
476    this.)  Over this stream, Bob's OP makes an HTTP 'POST' request, to a URL
477    "/tor/rendezvous/publish" relative to the directory server's root,
478    containing as its body Bob's service descriptor.
480    Upon receiving a descriptor, the directory server checks the signature,
481    and discards the descriptor if the signature does not match the enclosed
482    public key.  Next, the directory server checks the timestamp.  If the
483    timestamp is more than 24 hours in the past or more than 1 hour in the
484    future, or the directory server already has a newer descriptor with the
485    same public key, the server discards the descriptor.  Otherwise, the
486    server discards any older descriptors with the same public key and
487    version format, and associates the new descriptor with the public key.
488    The directory server remembers this descriptor for at least 24 hours
489    after its timestamp.  At least every 18 hours, Bob's OP uploads a
490    fresh descriptor.
492    If Bob's OP is configured to publish v2 descriptors, it does so to a
493    changing subset of all v2 hidden service directories instead of the
494    authoritative directory servers. Therefore, Bob's OP opens a stream via
495    Tor to each responsible hidden service directory. (He may re-use old
496    circuits for this.) Over this stream, Bob's OP makes an HTTP 'POST'
497    request to a URL "/tor/rendezvous2/publish" relative to the hidden service
498    directory's root, containing as its body Bob's service descriptor.
500    At any time, there are 6 hidden service directories responsible for
501    keeping replicas of a descriptor; they consist of 2 sets of 3 hidden
502    service directories with consecutive onion IDs. Bob's OP learns about
503    the complete list of hidden service directories by filtering the
504    consensus status document received from the directory authorities. A
505    hidden service directory is deemed responsible for all descriptor IDs in
506    the interval from its direct predecessor, exclusive, to its own ID,
507    inclusive; it further holds replicas for its 2 predecessors. A
508    participant only trusts its own routing list and never learns about
509    routing information from other parties.
511    Bob's OP publishes a new v2 descriptor once an hour or whenever its
512    content changes. V2 descriptors can be found by clients within a given
513    time period of 24 hours, after which they change their ID as described
514    under 1.3. If a published descriptor would be valid for less than 60
515    minutes (= 2 x 30 minutes to allow the server to be 30 minutes behind
516    and the client 30 minutes ahead), Bob's OP publishes the descriptor
517    under the ID of both, the current and the next publication period.
519 1.5. Alice receives a z.onion address.
521    When Alice receives a pointer to a location-hidden service, it is as a
522    hostname of the form "z.onion", where z is a base-32 encoding of a
523    10-octet hash of Bob's service's public key, computed as follows:
525          1. Let H = H(PK).
526          2. Let H' = the first 80 bits of H, considering each octet from
527             most significant bit to least significant bit.
528          3. Generate a 16-character encoding of H', using base32 as defined
529             in RFC 3548.
531    (We only use 80 bits instead of the 160 bits from SHA1 because we
532    don't need to worry about arbitrary collisions, and because it will
533    make handling the url's more convenient.)
535    [Yes, numbers are allowed at the beginning.  See RFC 1123. -NM]
537 1.6. Alice's OP retrieves a service descriptor.
539    Alice's OP fetches the service descriptor from the fixed set of v0 hidden
540    service directory servers and/or a changing subset of all v2 hidden service
541    directories.
543    For versions before 0.2.2.1-alpha, Alice's OP opens a stream to a directory
544    server via Tor, and makes an HTTP GET request for the document
545    '/tor/rendezvous/<z>', where '<z>' is replaced with the encoding of Bob's
546    public key as described above. (She may re-use old circuits for this.) The
547    directory replies with a 404 HTTP response if it does not recognize <z>,
548    and otherwise returns Bob's most recently uploaded service descriptor.
550    If Alice's OP receives a 404 response, it tries the other directory
551    servers, and only fails the lookup if none recognize the public key hash.
553    Upon receiving a service descriptor, Alice verifies with the same process
554    as the directory server uses, described above in section 1.4.
556    The directory server gives a 400 response if it cannot understand Alice's
557    request.
559    Alice should cache the descriptor locally, but should not use
560    descriptors that are more than 24 hours older than their timestamp.
561    [Caching may make her partitionable, but she fetched it anonymously,
562     and we can't very well *not* cache it. -RD]
564    If Alice's OP is running 0.2.1.10-alpha or higher, it fetches v2 hidden
565    service descriptors. Versions before 0.2.2.1-alpha are fetching both v0 and
566    v2 descriptors in parallel. Similar to the description in section 1.4,
567    Alice's OP fetches a v2 descriptor from a randomly chosen hidden service
568    directory out of the changing subset of 6 nodes. If the request is
569    unsuccessful, Alice retries the other remaining responsible hidden service
570    directories in a random order. Alice relies on Bob to care about a potential
571    clock skew between the two by possibly storing two sets of descriptors (see
572    end of section 1.4).
574    Alice's OP opens a stream via Tor to the chosen v2 hidden service
575    directory. (She may re-use old circuits for this.) Over this stream,
576    Alice's OP makes an HTTP 'GET' request for the document
577    "/tor/rendezvous2/<z>", where z is replaced with the encoding of the
578    descriptor ID. The directory replies with a 404 HTTP response if it does
579    not recognize <z>, and otherwise returns Bob's most recently uploaded
580    service descriptor.
582 1.7. Alice's OP establishes a rendezvous point.
584    When Alice requests a connection to a given location-hidden service,
585    and Alice's OP does not have an established circuit to that service,
586    the OP builds a rendezvous circuit.  It does this by establishing
587    a circuit to a randomly chosen OR, and sending a
588    RELAY_COMMAND_ESTABLISH_RENDEZVOUS cell to that OR.  The body of that cell
589    contains:
591         RC   Rendezvous cookie    [20 octets]
593    The rendezvous cookie is an arbitrary 20-byte value, chosen randomly by
594    Alice's OP. Alice SHOULD choose a new rendezvous cookie for each new
595    connection attempt.
597    Upon receiving a RELAY_COMMAND_ESTABLISH_RENDEZVOUS cell, the OR associates
598    the RC with the circuit that sent it.  It replies to Alice with an empty
599    RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS_ESTABLISHED cell to indicate success.
601    Alice's OP MUST NOT use the circuit which sent the cell for any purpose
602    other than rendezvous with the given location-hidden service.
604 1.8. Introduction: from Alice's OP to Introduction Point
606    Alice builds a separate circuit to one of Bob's chosen introduction
607    points, and sends it a RELAY_COMMAND_INTRODUCE1 cell containing:
609        Cleartext
610           PK_ID  Identifier for Bob's PK      [20 octets]
611        Encrypted to Bob's PK: (in the v0 intro protocol)
612           RP     Rendezvous point's nickname  [20 octets]
613           RC     Rendezvous cookie            [20 octets]
614           g^x    Diffie-Hellman data, part 1 [128 octets]
615         OR (in the v1 intro protocol)
616           VER    Version byte: set to 1.        [1 octet]
617           RP     Rendezvous point nick or ID  [42 octets]
618           RC     Rendezvous cookie            [20 octets]
619           g^x    Diffie-Hellman data, part 1 [128 octets]
620         OR (in the v2 intro protocol)
621           VER    Version byte: set to 2.        [1 octet]
622           IP     Rendezvous point's address    [4 octets]
623           PORT   Rendezvous point's OR port    [2 octets]
624           ID     Rendezvous point identity ID [20 octets]
625           KLEN   Length of onion key           [2 octets]
626           KEY    Rendezvous point onion key [KLEN octets]
627           RC     Rendezvous cookie            [20 octets]
628           g^x    Diffie-Hellman data, part 1 [128 octets]
629         OR (in the v3 intro protocol)
630           VER    Version byte: set to 3.        [1 octet]
631           AUTHT  The auth type that is used     [1 octet]
632           AUTHL  Length of auth data           [2 octets]
633           AUTHD  Auth data                     [variable]
634           TS     A timestamp                   [4 octets]
635           IP     Rendezvous point's address    [4 octets]
636           PORT   Rendezvous point's OR port    [2 octets]
637           ID     Rendezvous point identity ID [20 octets]
638           KLEN   Length of onion key           [2 octets]
639           KEY    Rendezvous point onion key [KLEN octets]
640           RC     Rendezvous cookie            [20 octets]
641           g^x    Diffie-Hellman data, part 1 [128 octets]
643    PK_ID is the hash of Bob's public key or the service key, depending on the
644    hidden service descriptor version. In case of a v0 descriptor, Alice's OP
645    uses Bob's public key. If Alice has downloaded a v2 descriptor, she uses
646    the contained public key ("service-key").
648    RP is NUL-padded and terminated. In version 0 of the intro protocol, RP
649    must contain a nickname. In version 1, it must contain EITHER a nickname or
650    an identity key digest that is encoded in hex and prefixed with a '$'.
652    The hybrid encryption to Bob's PK works just like the hybrid
653    encryption in CREATE cells (see tor-spec). Thus the payload of the
654    version 0 RELAY_COMMAND_INTRODUCE1 cell on the wire will contain
655    20+42+16+20+20+128=246 bytes, and the version 1 and version 2
656    introduction formats have other sizes.
658    Through Tor 0.2.0.6-alpha, clients only generated the v0 introduction
659    format, whereas hidden services have understood and accepted v0,
660    v1, and v2 since 0.1.1.x. As of Tor 0.2.0.7-alpha and 0.1.2.18,
661    clients switched to using the v2 intro format.
663 1.9. Introduction: From the Introduction Point to Bob's OP
665    If the Introduction Point recognizes PK_ID as a public key which has
666    established a circuit for introductions as in 1.2 above, it sends the body
667    of the cell in a new RELAY_COMMAND_INTRODUCE2 cell down the corresponding
668    circuit. (If the PK_ID is unrecognized, the RELAY_COMMAND_INTRODUCE1 cell is
669    discarded.)
671    After sending the RELAY_COMMAND_INTRODUCE2 cell, the OR replies to Alice
672    with an empty RELAY_COMMAND_INTRODUCE_ACK cell.  If no
673    RELAY_COMMAND_INTRODUCE2 cell can be sent, the OR replies to Alice with a
674    non-empty cell to indicate an error.  (The semantics of the cell body may be
675    determined later; the current implementation sends a single '1' byte on
676    failure.)
678    When Bob's OP receives the RELAY_COMMAND_INTRODUCE2 cell, it decrypts it
679    with the private key for the corresponding hidden service, and extracts the
680    rendezvous point's nickname, the rendezvous cookie, and the value of g^x
681    chosen by Alice.
683 1.10. Rendezvous
685    Bob's OP builds a new Tor circuit ending at Alice's chosen rendezvous
686    point, and sends a RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS1 cell along this circuit,
687    containing:
688        RC       Rendezvous cookie  [20 octets]
689        g^y      Diffie-Hellman     [128 octets]
690        KH       Handshake digest   [20 octets]
692    (Bob's OP MUST NOT use this circuit for any other purpose.)
694    If the RP recognizes RC, it relays the rest of the cell down the
695    corresponding circuit in a RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS2 cell, containing:
697        g^y      Diffie-Hellman     [128 octets]
698        KH       Handshake digest   [20 octets]
700    (If the RP does not recognize the RC, it discards the cell and
701    tears down the circuit.)
703    When Alice's OP receives a RELAY_COMMAND_RENDEZVOUS2 cell on a circuit which
704    has sent a RELAY_COMMAND_ESTABLISH_RENDEZVOUS cell but which has not yet
705    received a reply, it uses g^y and H(g^xy) to complete the handshake as in
706    the Tor circuit extend process: they establish a 60-octet string as
707        K = SHA1(g^xy | [00]) | SHA1(g^xy | [01]) | SHA1(g^xy | [02])
708    and generate
709        KH = K[0..15]
710        Kf = K[16..31]
711        Kb = K[32..47]
713    Subsequently, the rendezvous point passes relay cells, unchanged, from
714    each of the two circuits to the other.  When Alice's OP sends
715    RELAY cells along the circuit, it first encrypts them with the
716    Kf, then with all of the keys for the ORs in Alice's side of the circuit;
717    and when Alice's OP receives RELAY cells from the circuit, it decrypts
718    them with the keys for the ORs in Alice's side of the circuit, then
719    decrypts them with Kb.  Bob's OP does the same, with Kf and Kb
720    interchanged.
722 1.11. Creating streams
724    To open TCP connections to Bob's location-hidden service, Alice's OP sends
725    a RELAY_COMMAND_BEGIN cell along the established circuit, using the special
726    address "", and a chosen port.  Bob's OP chooses a destination IP and
727    port, based on the configuration of the service connected to the circuit,
728    and opens a TCP stream.  From then on, Bob's OP treats the stream as an
729    ordinary exit connection.
730    [ Except he doesn't include addr in the connected cell or the end
731      cell. -RD]
733    Alice MAY send multiple RELAY_COMMAND_BEGIN cells along the circuit, to open
734    multiple streams to Bob.  Alice SHOULD NOT send RELAY_COMMAND_BEGIN cells
735    for any other address along her circuit to Bob; if she does, Bob MUST reject
736    them.
738 2. Authentication and authorization.
740    The rendezvous protocol as described in Section 1 provides a few options
741    for implementing client-side authorization. There are two steps in the
742    rendezvous protocol that can be used for performing client authorization:
743    when downloading and decrypting parts of the hidden service descriptor and
744    at Bob's Tor client before contacting the rendezvous point. A service
745    provider can restrict access to his service at these two points to
746    authorized clients only.
748    There are currently two authorization protocols specified that are
749    described in more detail below:
751     1. The first protocol allows a service provider to restrict access
752        to clients with a previously received secret key only, but does not
753        attempt to hide service activity from others.
755     2. The second protocol, albeit being feasible for a limited set of about
756        16 clients, performs client authorization and hides service activity
757        from everyone but the authorized clients.
759 2.1. Service with large-scale client authorization
761    The first client authorization protocol aims at performing access control
762    while consuming as few additional resources as possible. A service
763    provider should be able to permit access to a large number of clients
764    while denying access for everyone else. However, the price for
765    scalability is that the service won't be able to hide its activity from
766    unauthorized or formerly authorized clients.
768    The main idea of this protocol is to encrypt the introduction-point part
769    in hidden service descriptors to authorized clients using symmetric keys.
770    This ensures that nobody else but authorized clients can learn which
771    introduction points a service currently uses, nor can someone send a
772    valid INTRODUCE1 message without knowing the introduction key. Therefore,
773    a subsequent authorization at the introduction point is not required.
775    A service provider generates symmetric "descriptor cookies" for his
776    clients and distributes them outside of Tor. The suggested key size is
777    128 bits, so that descriptor cookies can be encoded in 22 base64 chars
778    (which can hold up to 22 * 5 = 132 bits, leaving 4 bits to encode the
779    authorization type (here: "0") and allow a client to distinguish this
780    authorization protocol from others like the one proposed below).
781    Typically, the contact information for a hidden service using this
782    authorization protocol looks like this:
784      v2cbb2l4lsnpio4q.onion Ll3X7Xgz9eHGKCCnlFH0uz
786    When generating a hidden service descriptor, the service encrypts the
787    introduction-point part with a single randomly generated symmetric
788    128-bit session key using AES-CTR as described for v2 hidden service
789    descriptors in rend-spec. Afterwards, the service encrypts the session
790    key to all descriptor cookies using AES. Authorized client should be able
791    to efficiently find the session key that is encrypted for him/her, so
792    that 4 octet long client ID are generated consisting of descriptor cookie
793    and initialization vector. Descriptors always contain a number of
794    encrypted session keys that is a multiple of 16 by adding fake entries.
795    Encrypted session keys are ordered by client IDs in order to conceal
796    addition or removal of authorized clients by the service provider.
798      ATYPE  Authorization type: set to 1.                      [1 octet]
799      ALEN   Number of clients := 1 + ((clients - 1) div 16)    [1 octet]
800    for each symmetric descriptor cookie:
801      ID     Client ID: H(descriptor cookie | IV)[:4]          [4 octets]
802      SKEY   Session key encrypted with descriptor cookie     [16 octets]
803    (end of client-specific part)
804      RND    Random data      [(15 - ((clients - 1) mod 16)) * 20 octets]
805      IV     AES initialization vector                        [16 octets]
806      IPOS   Intro points, encrypted with session key  [remaining octets]
808    An authorized client needs to configure Tor to use the descriptor cookie
809    when accessing the hidden service. Therefore, a user adds the contact
810    information that she received from the service provider to her torrc
811    file. Upon downloading a hidden service descriptor, Tor finds the
812    encrypted introduction-point part and attempts to decrypt it using the
813    configured descriptor cookie. (In the rare event of two or more client
814    IDs being equal a client tries to decrypt all of them.)
816    Upon sending the introduction, the client includes her descriptor cookie
817    as auth type "1" in the INTRODUCE2 cell that she sends to the service.
818    The hidden service checks whether the included descriptor cookie is
819    authorized to access the service and either responds to the introduction
820    request, or not.
822 2.2. Authorization for limited number of clients
824    A second, more sophisticated client authorization protocol goes the extra
825    mile of hiding service activity from unauthorized clients. With all else
826    being equal to the preceding authorization protocol, the second protocol
827    publishes hidden service descriptors for each user separately and gets
828    along with encrypting the introduction-point part of descriptors to a
829    single client. This allows the service to stop publishing descriptors for
830    removed clients. As long as a removed client cannot link descriptors
831    issued for other clients to the service, it cannot derive service
832    activity any more. The downside of this approach is limited scalability.
833    Even though the distributed storage of descriptors (cf. proposal 114)
834    tackles the problem of limited scalability to a certain extent, this
835    protocol should not be used for services with more than 16 clients. (In
836    fact, Tor should refuse to advertise services for more than this number
837    of clients.)
839    A hidden service generates an asymmetric "client key" and a symmetric
840    "descriptor cookie" for each client. The client key is used as
841    replacement for the service's permanent key, so that the service uses a
842    different identity for each of his clients. The descriptor cookie is used
843    to store descriptors at changing directory nodes that are unpredictable
844    for anyone but service and client, to encrypt the introduction-point
845    part, and to be included in INTRODUCE2 cells. Once the service has
846    created client key and descriptor cookie, he tells them to the client
847    outside of Tor. The contact information string looks similar to the one
848    used by the preceding authorization protocol (with the only difference
849    that it has "1" encoded as auth-type in the remaining 4 of 132 bits
850    instead of "0" as before).
852    When creating a hidden service descriptor for an authorized client, the
853    hidden service uses the client key and descriptor cookie to compute
854    secret ID part and descriptor ID:
856      secret-id-part = H(time-period | descriptor-cookie | replica)
858      descriptor-id = H(client-key[:10] | secret-id-part)
860    The hidden service also replaces permanent-key in the descriptor with
861    client-key and encrypts introduction-points with the descriptor cookie.
863      ATYPE  Authorization type: set to 2.                         [1 octet]
864      IV     AES initialization vector                           [16 octets]
865      IPOS   Intro points, encr. with descriptor cookie   [remaining octets]
867    When uploading descriptors, the hidden service needs to make sure that
868    descriptors for different clients are not uploaded at the same time (cf.
869    Section 1.1) which is also a limiting factor for the number of clients.
871    When a client is requested to establish a connection to a hidden service
872    it looks up whether it has any authorization data configured for that
873    service. If the user has configured authorization data for authorization
874    protocol "2", the descriptor ID is determined as described in the last
875    paragraph. Upon receiving a descriptor, the client decrypts the
876    introduction-point part using its descriptor cookie. Further, the client
877    includes its descriptor cookie as auth-type "2" in INTRODUCE2 cells that
878    it sends to the service.
880 2.3. Hidden service configuration
882    A hidden service that is meant to perform client authorization adds a
883    new option HiddenServiceAuthorizeClient to its hidden service
884    configuration. This option contains the authorization type which is
885    either "1" for the protocol described in 2.1 or "2" for the protocol in
886    2.2 and a comma-separated list of human-readable client names, so that
887    Tor can create authorization data for these clients:
889      HiddenServiceAuthorizeClient auth-type client-name,client-name,...
891    If this option is configured, HiddenServiceVersion is automatically
892    reconfigured to contain only version numbers of 2 or higher.
894    Tor stores all generated authorization data for the authorization
895    protocols described in Sections 2.1 and 2.2 in a new file using the
896    following file format:
898      "client-name" human-readable client identifier NL
899      "descriptor-cookie" 128-bit key ^= 22 base64 chars NL
901    If the authorization protocol of Section 2.2 is used, Tor also generates
902    and stores the following data:
904      "client-key" NL a public key in PEM format
906 2.4. Client configuration
908    Clients need to make their authorization data known to Tor using another
909    configuration option that contains a service name (mainly for the sake of
910    convenience), the service address, and the descriptor cookie that is
911    required to access a hidden service (the authorization protocol number is
912    encoded in the descriptor cookie):
914      HidServAuth service-name service-address descriptor-cookie
916 3. Hidden service directory operation
918    This section has been introduced with the v2 hidden service descriptor
919    format. It describes all operations of the v2 hidden service descriptor
920    fetching and propagation mechanism that are required for the protocol
921    described in section 1 to succeed with v2 hidden service descriptors.
923 3.1. Configuring as hidden service directory
925    Every onion router that has its directory port open can decide whether it
926    wants to store and serve hidden service descriptors. An onion router which
927    is configured as such includes the "hidden-service-dir" flag in its router
928    descriptors that it sends to directory authorities.
930    The directory authorities include a new flag "HSDir" for routers that
931    decided to provide storage for hidden service descriptors and that
932    have been running for at least 24 hours.
934 3.2. Accepting publish requests
936    Hidden service directory nodes accept publish requests for v2 hidden service
937    descriptors and store them to their local memory. (It is not necessary to
938    make descriptors persistent, because after restarting, the onion router
939    would not be accepted as a storing node anyway, because it has not been
940    running for at least 24 hours.) All requests and replies are formatted as
941    HTTP messages. Requests are initiated via BEGIN_DIR cells directed to
942    the router's directory port, and formatted as HTTP POST requests to the URL
943    "/tor/rendezvous2/publish" relative to the hidden service directory's root,
944    containing as its body a v2 service descriptor.
946    A hidden service directory node parses every received descriptor and only
947    stores it when it thinks that it is responsible for storing that descriptor
948    based on its own routing table. See section 1.4 for more information on how
949    to determine responsibility for a certain descriptor ID.
951 3.3. Processing fetch requests
953    Hidden service directory nodes process fetch requests for hidden service
954    descriptors by looking them up in their local memory. (They do not need to
955    determine if they are responsible for the passed ID, because it does no harm
956    if they deliver a descriptor for which they are not (any more) responsible.)
957    All requests and replies are formatted as HTTP messages. Requests are
958    initiated via BEGIN_DIR cells directed to the router's directory port,
959    and formatted as HTTP GET requests for the document "/tor/rendezvous2/<z>",
960    where z is replaced with the encoding of the descriptor ID.