Tor1

Proyecto TOR

Tor

The Onion Router, en su forma abreviada Tor, es un proyecto cuyo objetivo principal es el desarrollo de

una red de comunicaciones distribuida de baja latencia y superpuesta sobreinternet en la que

el encaminamiento de los mensajes intercambiados entre los usuarios no revela su identidad, es decir,

su dirección IP (anonimato a nivel de red) y que, además, mantiene la integridad y el secreto de la

información que viaja por ella. Por este motivo se dice que esta tecnología pertenece a la
llamada darknet o red oscura.

Para la consecución de estos objetivos se ha desarrollado un software libre específico. Tor propone el uso

de encaminamiento de cebolla de forma que los mensajes viajen desde el origen al destino a través de
una serie de routers especiales llamados 'routers de cebolla' (en inglés onion routers). El sistema está

diseñado con la flexibilidad necesaria para que pueda implementar mejoras, se despliegue en el mundo

real y pueda resistir diferentes tipos de ataque. Sin embargo, tiene puntos débiles y no puede

considerarse un sistema infalible.

No es una red entre iguales (peer-to-peer) ya que por un lado están los usuarios de la red y por otro lado

los encaminadores del tráfico y algunos de los cuales hacen una función deservicio de directorio.

La red funciona a partir de un conjunto de organizaciones e individuos que donan su ancho de banda y

poder de procesamiento.

Historia

Creado en 2003 por Roger Dingledine, Nick Mathewson y Paul Syverson surgió como la evolución del

proyecto Onion Routing del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (por eso se dice
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que es la segunda generación de onion routing). Inicialmente financiado por el Laboratorio de

Investigación Naval de los Estados Unidos. A finales de 2004 pasó a ser patrocinado por la Electronic

Frontier Foundation, la organización de defensa de libertades civiles en el mundo digital, hasta noviembre

de 2005. Actualmente el proyecto Tor está en manos del 'Tor project' una organización sin ánimo de lucro
orientada a la investigación y la educación, radicada en Massachusetts y que ha sido financiada por
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distintas organizaciones. Actualmente el proyecto está formado por un equipo liderado por Roger

Dingledine.

En marzo de 2011 el proyecto Tor fue galardonado por la Free Software Foundation como Proyecto de

beneficio social por 'Usando software libre, permitir que más de 36 millones de personas a lo largo del

mundo tengan una experiencia de libertad de acceso y de expresión en Internet manteniendo su

privacidad y anonimato'

Noise Mandamiento C. Página 1

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Aplicación y limitaciones

El objetivo principal de Tor (no logrado al 100%) es conseguir que internet pueda usarse de forma que el

encaminamiento de los mensajes proteja la identidad de los usuarios. Es decir, persigue que no se pueda

rastrear la información que envía un ussuario para llegar hasta él (su dirección IP). El uso más habitual de

Tor es aprovechar sus características para lograr cierto grado de privacidad en la

navegación web en internet. Sin estar especialmente diseñado para ello, pronto se descubrió que Tor

también hace más difícil la labor de programas que intentan censurar y/o monitorizar el acceso a cierto

tipo de contenidos. Todo esto ha provocado que Tor sea muy usado en entornos en los que los

comunicantes están especialmente motivados en proteger su identidad y el contenido de sus

comunicaciones (Ej. conflictos políticos, restricciones en la difusión y acceso a ciertos tipos de contenido,

comunicación de información confidencial etc.)

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Observar que el enrutado anónimo no asegura el que la entidad origen sea desconocida para la entidad

destino. Esto es debido a que los protocolos de nivel superior pueden transmitir información sobre la

identidad. Por ejemplo un servicio web puede usar cookies o simplemente pedir que nos identifiquemos.

Cuando queremos un anonimato a nivel de aplicación es bueno configurar el cliente adecuadamente y

protegernos usando proxys que modifican los contenidos en este sentido. Por ejemplo para conseguir

más privacidad cuando navegamos por la web es recomendable configurar el navegador adecuadamente

(Ej. deshabilitando cookies, no permitiendo plugins Java, Flash o ActiveX, o deshabilitando el historial) y

redirigir el tráfico hacia un proxy web intermedio (Ej. privoxy o polipo) que nos filtre contenido que puede

ser aprovechado para violar nuestra privacidad (Ej cookies o cabeceras HTTP que puedan ser usadas

para identificar).

La red Tor cifra la información a su entrada y la descifra a la salida de dicha red (encaminamiento de

cebolla). Por tanto el propietario de un router de salida puede ver toda la información cuando es

descifrada antes de llegar a Internet, por lo que aunque no pueda conocer el emisor sí que puede acceder

a la información. Esta debilidad ha sido aprovechado por algunos atacantes. Por ejemplo Dan Egerstad,

un sueco experto en seguridad informática, creó un servidor en la red Tor y controlando toda la

información que salía por él hacia Internet, pudo conseguir contraseñas de importantes empresas,
embajadas de todo el mundo y otras instituciones. Para paliar esta debilidad y asegurarnos de que nadie

accede a la información que se está enviando, es recomendable usar un protocolo que provea cifrado al

protocolo de aplicación como SSL). Por ejemplo para tráficos HTTP es recomendable usarlo sobre SSL

(HTTPS).

Como hemos comentado Tor es usado principalmente para ocultar la identidad de los usuarios que

utilizan servicios habituales de internet. Sin embargo también proporciona características que permiten la
comunicación interactiva de entidades que quieren ocultar su identidad (mediante los llamados puntos de

encuentro) y proveer servicios ocultando la identidad de la entidad que provee dicho servicio (mediante

los llamados servicios ocultos).


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Interfaz de entrada

Tor sólo permite anonimizar tráfico TCP. Las aplicaciones acceden a la red TOR a través del

interfaz SOCKS lo cual significa que toda aplicación con soporte SOCKS puede usar TOR para realizar
comunicaciones anónimas sin necesidad de modificaciones adicionales. El cliente Tor recibe

tráfico SOCKS desde nuestras aplicaciones y luego, de forma transparente, se encarga de comunicarse
con los routers de la red Tor para enviar las peticiones y posteriormente devolvernos los resultados.

SOCKS es un protocolo que facilita el enrutamiento de paquetes que se envían entre un cliente y un

servidor a través de un servidor proxy. Según la pila de protocolos OSI está en el nivel 5 (sesión). Según

la pila de protocolos IP está en la capa de aplicación. En los primeros intentos de usar encaminamiento de

cebolla se requería un proxy de aplicación para cada protocolo de aplicación soportado. Esto conllevaba

mucho trabajo y provocaba que algunos proxys no fueran escritos nunca y por tanto algunas aplicaciones

nunca fueron soportadas. Tor usa SOCKS para,de un plumazo, soportar la mayoría de programas

basados en TCP sin hacer ninguna modificación.

Observar que cuando navegamos por internet hacemos dos tipos de peticiones:

 Peticiones DNS para que el servidor de DNS que nos diga la dirección IP de una URL

 Peticiones HTTP a las direcciones IP del servidor web que aloja la información.

Si no pasamos por Tor las búsquedas con DNS que hacen los navegadores, pueden ser un problema de

privacidad ya que si las peticiones se mandan directamente a través de la red regular un atacante podría

deducir qué sitios se están visitando a través de Tor ya que antes de navegar por ellos se pregunta por

DNS que IP tienen. Por tanto es necesario redirigir el tráfico de DNS por la red Tor.

Algunas aplicaciones convierten directamente el tráfico del protocolo la capa de aplicación en tráfico

SOCKS. Por ejemplo Firefox permite convertir tanto el tráfico DNS como el HTTP a SOCKS y enviarselo

al cliente Tor. Otras aplicaciones necesitan redirigir el tráfico del protocolo de la capa de aplicación hacia

un proxy que realice la conversión al protocolo SOCKS. Por ejemplo si tuvieramos un navegador que no

permitiera el tráfico HTTP y DNS vía SOCKS podría usar privoxy para realizar esta tarea (y podríamos

aprovechar para filtrar las peticiones HTTP). Si tenemos una aplicación genérica que no soporta SOCKS y

queremos que su tráfico TCP se convierta a formato SOCKS para luego pasarlo al cliente Tor es

necesario utilizar una aplicación adicional. En linux podríamos usar el comando torify (de ahí viene el
término torificar). En Windows podríamos usar Freecap (software libre), SocksCap o Torcap.


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Funcionamiento

Componentes

La red está formada por una serie de nodos que se comunican mediante el

protocolo TLS sobre TCP/IP manteniendo así secreta e íntegra (no modificaciones externas) la

información desde un nodo a otro. Hay 2 tipos de entidades:

 Nodos OR o simplemente OR ( del inglés Onion Router): Funcionan como encaminadores y en

algunos casos además como servidores de directorio (DNS) de una especie de servicio de

mantenimiento. Los nodos OR mantienen una conexión TLS con cada uno de los otros OR. Las

conexiones OR-OR no son nunca cerradas deliberadamente salvo cuando pasa cierto tiempo de

inactividad. Cuando un OR comienza o recibe nueva información de directorio él intenta abrir nuevas
conexiones a cualquier OR que no esté conectado.

 Nodos OP o simplemente OP (del inglés Onion Proxy): Los usuarios finales ejecutan un software

local que hace la función de nodo OP y que su función es obtener información del servicio de

directorio, establecer circuitos aleatorios a través de la red y manejar conexiones de aplicaciones del

usuario. Los OP aceptan flujos TCP de aplicaciones de usuarios y las multiplexa a través de la red

OR's. Las conexiones OR-OP no son permanentes. Un OP debería cerrar una conexión a un OR si
no hay circuitos ejecutándose sobre la conexión y ha vencido cierto temporizador


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Servicio de directorio

El servicio de directorio publica una base de datos que asocia a cada OR una serie de información (router

descriptor). Esta información es accesible a todos los OR y a todos los usuarios finales y la usan para

tener un conocimiento de la red. Si se tienen pocos servidores de directorio se corre el riesgo tener un

punto cuyo fallo puede ocasionar el fallo del sistema completo. Por motivos de backup y de latencia los

OR que dan el servicio de directorio mantienen duplicada la información pasándosela de unos a otros.

Hay una serie de OR principales (autoridades de directorio) y luego hay otros secundarios que hacen de

caches y backup (directory caches). Una lista de algunos servidores de directorio son distribuidos con

TOR para facilitar la suscripción a la red (bootstrapping). Los servidores de directorio son en realidad un

grupo establecido de ORs confiables. Para dar fiabilidad a la información que da el servicio de

directorio las entradas son protegidas criptográficamente con firmas y sólo la información que proviene de

ORs aprobados será publicada en la base de datos. Por tanto todo nodo nuevo tiene que ser previamente

aprobado y de esta forma se evitan ataques en los que alguien añade muchos nodos no confiables. No

hay sistema automático para aprobar OR's; Los administradores del servidor de directorio lo hace

manualmente.

Cuando un OR se arranca, recolecta un conjunto de datos que lo describen a él, a su modo de

funcionamiento y capacidades. Ejemplos de este tipo de atributos son la dirección IP, nombre amigable

para el usuario, versión del software TOR, sistema operativo, clave pública, exit policies (restricciones a

como puede funcionar el nodo si es el último nodo de un circuito de datos Ej: definir una lista de

direcciones IP y número de puertos a los cuales está dispuesto llevar el tráfico. Observar que usando esto

se puede hacer que un nodo no pueda actuar como último nodo de un circuito nunca). Toda esta

información se publica a través del servicio de directorio.

Esquema básico

El funcionamiento a grandes rasgos es el siguiente:

 A partir de la información obtenida de su configuración y del servicio de directorio el OP decide un
circuito por el que van a circular los paquetes. Por defecto el circuito tienen 3 nodos OR.

 El OP negocia, usando un enfoque telescópico, las claves de cifrado necesarias con cada OR del

circuito para proteger sus datos en todo el camino antes de realizar transmisión alguna. La obtención

de las claves simétricas (AES-128), una para cada sentido de comunicación (Kf<- forward key, Kb<-

backward key), se realiza a partir del protocolo de establecimiento de claves Diffie-Hellman para

obtener una clave compartida y a partir de ella derivar las dos claves simétricas El circuito es

construido desde el punto de entrada (usuario) de la siguiente forma: Los mensajes para negociar las

claves de la comunicación entre ORn y ORn+1 se realizadas a petición del OP y retransmitiendo

paquetes a través de los nodos OR1,... ORn. En cada paso los mensajes son cifrados con las claves
de sesión negociadas, o cuando no lo están, con la clave de cebolla del host que recibe el dato


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 A continuación cifra el paquete que contiene la clave para el último OR del circuito,

 A continuación hace lo propio del penúltimo

 Hace lo mismo con todos los nodos hasta hacer lo propio con el paquete para el primer nodo.

 Envía el paquete resultante al primer nodo del circuito. Observar que el paquete construido con este

proceso se puede considerar como un paquete envuelto en varias capas de cifrado. Por eso se usa

la metáfora de la cebolla para describir este tipo de método de encaminamiento (encaminamiento de
cebolla).

 El primer OR quita 'su' capa de la cebolla y envía el paquete al siguiente nodo

 Según va llegando el paquete a cada OR éste pela la capa externa. De esta forma ningún OR puede
hacerse con la imagen completa del circuito ya que sólo conoce los OR/OP anterior y posterior.

Como terminología se llama 'exit server' o 'exit node' al último servidor del circuito (y por tanto el único que

se comunica con el destino), el primer OR se le llama 'entry node' (único que se comunica con el origen

de la comunicación) y al resto de nodos se les llama middle-node.

Podemos observar que la forma en la que se establecen las claves y todas estas capas de cebolla que se

construyen con ellas permiten que la información permanezca secreta mientras va circulando por el

circuito de nodos OR. Además, al estar el cifrado de las capas basado en claves de sesión, aunque un

atacante recopilara todos los mensajes no podría descifrarlos una vez que estas claves de sesión son

descartadas por el OR (perfect forward secrecy).

Puntos de encuentro

La idea de los puntos de encuentro, denominados por las siglas RP (del inglés Rendezvous Points), es,

en lugar de explícitamente enviar un paquete a un destino, establecer un punto de encuentro que actúe

como nivel de indirección. De esta forma desacoplamos el acto de enviar del acto de recibir. Cada

extremo de la comunicación envía sus mensajes a ese punto de encuentro y desde ahí son enviados a

donde corresponda usando circuitos que esconden la localización del destino. Por ejemplo podríamos

usar este sistema para conectarnos a un servidor de chat IRC.

Servicios ocultos

Los servicios que ocultan la localización (por ejemplo, la dirección IP) de quien provee el servicio (Ej. un
servicio web accesible sólo desde la red de encaminamiento de cebolla) se les suele llamar servicios de

localización oculta (en inglés location-hidden services) o simplemente servicios ocultos (en

inglés hidden services).

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Para soportar esta funcionalidad los proveedores de servicios generan una clave pública y privada para

identificar su servicio. A continuación anuncian su servicio a distintos routers, haciendo peticiones
firmadas con su clave pública, para que sirvan como punto de contacto. A los routers con esta función se


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les llama puntos de introducción, en inglés introduction point. El proveedor de servicio asocia a su

servicio una FQDN del pseudo-TLD .onion y la publica en un servidor de directorio. La FQDN tiene la

forma <valorhash>.onion donde el valor hash es de 16 caracteres en Base32 y está generado usando

una función hash sobre la clave pública del servicio. Cuando un cliente se quiere conectar a

cierta FQDN (por ejemplo ha encontrado la dirección a través de un sitio web) consulta un servicio de
búsqueda (lookup service) y este le indica un punto de introducción (introduction point) y la clave pública

del servicio. Observar que para mantener el anonimato es necesario que la consulta del servicio de
búsqueda se realice a través de Tor. A continuación el cliente se conecta con un punto de encuentro (esto

lo podría haber hecho antes) y se establece un identificador de esa conexión (rendezvous cookie). A

continuación el cliente le envía un mensaje, firmado con la clave pública del servidor, al punto de

introducción indicándole el punto de encuentro donde está, el identificador que permita identificar al

cliente en el punto de encuentro (la rendezvous cookie) y parte del protocolo Diffie-Hellman ((start of a DH

handshake). A continuación el punto de introducción envía el mensaje al servidor del servicio el cual

determina si se conecta al punto de encuentro para proveerle el servicio o no. Si determina que quiere

conectarse con él entonces se conecta al punto de encuentro y le indica a este el identificador del cliente

con el que quiere conectarse (la rendezvous cookie), la segunda parte del Diffie-Hellman (the second half

of the DH handshake) y un hash de la clave que comparten. A continuación el punto de encuentro conecta

al cliente y el servidor y se establece una comunicación normal.

Células

Una vez que se establece la conexión TLS, ya sea OP-OR o OR-OR, las entidades se envían paquetes

de información estructurada llamadas células. Estas células tienen tamaño fijo de 512 bytes y pueden ser

enviadas en registrosTLS de cualquier tamaño o dividido en varios registros. Los registros de TLS no

tienen que revelar ninguna información sobre el tipo o el contenido de las células que contiene. Varios

circuitos pueden ser multiplexado sobre una misma conexión TLS. Las células están formadas por una

cabecera y una carga útil.

Formato:

 circID.- Es el identificador de circuito y especifica el circuito a el que se refiere la célula

 CMD.- Indica el comando que especifica el significado de la célula. Atendiendo al tipo de comando

(valor de CMD) hay 2 tipos de células: Células de control y Células de transmisión


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Células de control

Las células de control (en inglés control cell) son siempre interpretadas por el nodo que las recibe y

permiten controlar la comunicación.

Comandos que tienen estas células:

 PADDING (código 0).-Actualmente no usadas porque los ataques existentes funcionan incluso

con tráfico de relleno y porque el tráfico que provocan incrementa el ancho de banda necesario.

Además de éstas las celdas del tipo RELAY_DROP puede crearse también para crear
también tráfico de relleno.

 CREATE (código 1).-Para crear circuito

 CREATED (código 2).-ACK de CREATE

 DESTROY (código 4).-Destruir circuito

 CREATE_FAST (código 5).-Crear un circuito reaprovechando operaciones de clave pública

existentes),

 CREATED_FAST (código 6).-ACK de CREATE_FAST

 VERSIONS (código 7).-Usado cuando se establecen las conexiones),

 NETINFO (Código 8).-Usado cuando se establecen las conexiones),

 RELAY_EARLY (código 9)

Células de transmisión

Las células de transmisión (en inglés relay cell) son usadas para la comunicación entre el OP y cualquiera

de los OR del circuito, normalmente el exit node. Por ejemplo esto se usa cuando se quiere cambiar la

parte final del path de un circuito (RELAY_TRUNCATE).

En las últimas versiones el sistema permite tráfico de salida desde nodos OR que no son los últimos del

circuito. Esto permite frustar ataques que se basan en la observación del tráfico de salida del exit node.

Este tipo de células se distinguen porque el valor del campo CMD siempre tiene el comando RELAY
(código 3).

En este tipo de células el formato tiene campos que forman parte de la carga útil (PAYLOAD):

 Relay command.- El el subcomando RELAY que indica el funcionamiento de la celda.

Hay tres tipos de subcomandos relay:

 forward: Son enviados desde el OP origen del circuito

 backward: Son enviados desde los OR del circuito al OP origen

 ambos: Pueden funcionar como forward o como backward

Posibles subcomandos:


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RELAY_BEGIN (código 1).- De tipo forward

 RELAY_DATA (código 2).- De tipo forward o backward

 RELAY_END (código 3).- De tipo forward o backward. Permite indicar el cierre de un stream

TCP e indica el motivo

 RELAY_CONNECTED (código 4).- De tipo backward

 RELAY_SENDME (código 5).- De tipo forward o backward. A veces se usa para funciones

de control (streamID=0)

 RELAY_EXTEND (código 6).- De tipo forward. Se usa para funciones de control (como

veremos streamID=0)

 RELAY_EXTENDED (código 7).- De tipo backward. Se usa para funciones de control

(streamID=0)

 RELAY_TRUNCATE (código 8).- De tipo forward. Se usa para funciones de control

(streamID=0)

 RELAY_TRUNCATED (código 9).- De tipo backward. Se usa para funciones de control

(streamID=0)

 RELAY_DROP (código 10).- De tipo forward o backward. Se usa para funciones de control

(streamID=0)

 RELAY_RESOLVE (código 11).- De tipo forward

 RELAY_RESOLVED (código 12).- De tipo backward

 RELAY_BEGIN_DIR (código 13).- De tipo forward

 Los códigos 32 al 40 son usados para servicios ocultos

 Recognized: Campo que junto con el campo digest permite identificar si la celda es para

ser procesada localmente.

 StreamID: Es el identificador de flujo. De esta forma se permite que varios flujos puedan

ser multiplexados en un solo circuito. Este campo permite identificar el stream al que nos

referimos entre los múltiples streams del circuito. Es seleccionado por el OP y permite a el

OP y al exit nodo distinguir entre múltiples streams en un circuito. Las células que afectan

al circuito entero en lugar de a un streamID particular tienen este campo a 0 y se pueden
considerar como de control.

 Digest.- Permite el control de integridad extremo a extremo (end-to-end integrity

checking). Contiene los primeros cuatro bytes de ejecutar SHA-1 sobre TODOS los bytes

de células relay que han sido enviados a este nodo del circuito o originados desde este

nodo del circuito (sólo conocidos por el origen y el destino ya que van cifrados), usando las

semillas Df o Db respectivamente (sólo conocidas por el origen y el destino), e incluyendo
la carga útil entera de esta célula RELAY cogiendo el campo digest a zero. Por la visibilidad

de los datos un nodo intermedio nunca podría calcular este valor de digest. Se ha estimado


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con 4 bytes de digest la posibilidad de que un adversario adivine por casualidad un hash

válido es suficientemente baja. Es claro que cada nodo necesita mantaner el SHA-1 de los
datos recibidos y enviados para poder ir calculando este digest.

 length.- Indica el número de bytes del campo DATA que contiene carga útil real. El resto

del campo irá rellenado por bytes a NUL

Una célula se considera completamente descifrada si el campo Recognized está a ceros y el

campo Digest es el primero de los 4 bytes resultado de ejecutar la función de digest de todos

los bytes 'destinados a' o 'originados desde' este salto del circuito. Si una celda no
está completamente descifrada se pasa al siguiente salto del circuito. Si la célula se ha

comprobado que está completamente descifrada pero el comando de la célula no se entiende

la célula será borrada e ignorada pero su contenido todavía cuenta respecto a los digests.
Observar que el campo Recognized permite, de una forma muy rápida, descartar ciertas células

como candidatas a estar completamente descifradas.

El contenido completo de la cabecera y de la carga útil es encriptado usando la clave AES-

128 negociada en el establecimiento de circuito y haciendo un cifrado AES-128 en counter

mode (AES-CTR).

Claves de OR

Cada OR tiene asociados una serie de pares de claves pública/privada:

 Una clave larga de identidad (en inglés Identity Key) que sirve sólo para firmar información (Ej:

descriptor de las capacidades del OR o info de directorio cuando actúa como servidor de directorio) y

certificados, y e usado para permitir identificación. Para denotar la clave de identidad de el nodo OR
n usamos PKORn_ID

 Una clave mediana de enrutamiento de cebolla (en inglés Onion Key) que sirve para cifrar las

peticiones de establecimiento de circuito (CREATE) para negociar las claves efímeras. Las claves

viejas deben ser aceptadas durante al menos una semana después de que haya sido cambiada para

dar tiempo a que todo haya sido actualizado. Para denotar la onion key de el nodo OR n
usamos PKORn_OK

 Una clave pequeña de conexión (en inglés Connection Key) usada en el handshake TLS. Esta

clave se mete en un certificado que se firma con la clave de identificación. Ambos certificados

(certificado de la clave de conexión ycertificado de la clave de identificación) se envían en el

handshake del TLS. El certificado de la clave identificación está firmado por la clave de

identificación. El certificado de la clave de identificación está autofirmado. Esta clave debería
cambiarse frecuentemente, al menos una vez al día.


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Algoritmos de cifrado usados

 Para establecer las conexiones TLS usa TLS/SSLv3. Todos los OR y OP tienen que soportar

SSL_DHE_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA y deberían tener disponible

TLS_DHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA. Los OP para comunicarse con los OR pueden usar:

TLS_DHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA, TLS_DHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,
SSL_DHE_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA, SSL_DHE_DSS_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA

 Como algoritmo simétrico de cifrado se usa AES en counter mode (AES-CTR) con claves de 128
bits, con vector de inicialización con todos los bytes a 0

 Como algoritmo de clave pública usa RSA con claves de 1024 bytes y exponente fijo 65537. Usa
como esquema de relleno OAEP-MGF1 con SHA-1 usado como función resumen

 Como función resumen usa SHA-1

 Para establecimiento de claves usa DH (Diffie-Hellman) con g=2 y para p usamos el primo seguro
de 1024 bits obtenido de RFC2409 con valor hexadecimal:

FFFFFFFFFFFFFFFFC90FDAA22168C234C4C6628B80DC1CD129024E08
8A67CC74020BBEA63B139B22514A08798E3404DDEF9519B3CD3A431B
302B0A6DF25F14374FE1356D6D51C245E485B576625E7EC6F44C42E9
A637ED6B0BFF5CB6F406B7EDEE386BFB5A899FA5AE9F24117C4B1FE6
49286651ECE65381FFFFFFFFFFFFFFFF

Funcionamiento detallado

Establecimiento e inicialización de circuito

La cadena de OR´s que forman un circuito es construida de forma telescópica, esto es, el OP negocia las
claves de sesión con cada sucesivo OR. Una ventaja de esta forma de operar es que se dejen una vez


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que éstas claves de sesión se dejen de utilizar y sean borradas, aunque un nodo sea comprometido no se

podrá descifrar células viejas (perfect forward secrecy). El esquema se realiza con siguientes pasos:

 El OP escoge un OR como exit node (ORn), de acuerdo con su exit policy.

 EL OP escoge una cadena de OR's para constituir el path del circuito (OR1....ORn) de forma que
ningún OR aparece dos veces en el path.

 El OP abre una conexión TLS con el entry-node (OR1 ) si es que no la tenía abierta

 El OP escoge aleatoriamente un ID de circuito (circID) que no se esté utilizando en la conexión con
el entry-node

 El OP inicia un intercambio de clave Diffie-Hellman con el entry-node envíando una celda CREATE

 El entry-node le devuelve una celúla CREATED y de esta forma se obtiene una clave

compartida Diffie-Hellman (D-H). De esta clave se derivan dos claves simétricas, una para cada
sentido:

 kf1 (forward key).- Se usará en la comunicación OP->OR1 del circuito

 kb1 (backward key).- Se usará en la comunicación OR1->OP.

 A continuación el OP envía una petición a el OR1 para extender el circuito mediante una célula

RELAY_EXTEND. Esta célula le indica al OR1 cual va a se el nuevo nodo OR2, su puerto y

también contiene estructuras de datos que le tendrá que reenviar el OR1 al OR2 y que permitirán

establecer un protocolo D-H de intercambio de claves entre el OP y OR2 a través de OR1 sin que
el OR1 se entere de nada

 El OR1 coge la célula y realiza el procedimiento Diffie-Hellman escogiendo él mismo un nuevo

circID apropiado. Observar que ahora la células CREATE/CREATED se intercambian entre el OR1
y el OR2.

 El OR1 manda al OP una célula RELAY_EXTENDED para mandarle lo que ha respondido el OR2

y así el OP tiene conocimiento de la clave D-H. La información está cifrada de tal forma que el

nodo OR1 no puede acceder la información que se están intercambiando indirectamente el OP y
OR2. De esta forma se establecen las nuevas claves simétricas: kf2 y kb2.

 De forma similar se continúa hasta conseguir que el OP tenga establecidas las claves
kf1,kb1,kf2,kb2,...,kfn,kbn con los respectivos nodos OR.

En cada establecimiento de clave Diffie-Hellman se obtiene un valor g^xy que es usado para

calcular un valor K obtenido con la siguiente fórmula:

K=H( g^xy | [00] ) | H( g^xy | [01] )....| H( g^xy | [04] )

donde:

 | es la concatenación

 [NN] es un byte cuyo valor es NN

 H(x) es el SHA-1 de x


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A partir de K se sacan una serie de valores derivados que se van usando en el proceso:

 derivative key (KH): Primer HASH_LEN bytes. Usado en la respuesta del handshare para

demostrar el conocimiento de la clave compartida

 digest forward (Df): Segundo HASH_LEN bytes. Es usado como semilla de la comprobación de

integridad para flujos de datos desde OP a OR

 backguard digest (Db):Tercer HASH_LEN bytes. Es usado como semilla de la comprobación de

integridad para flujos de datos desde OR a OP

 forward key (Kf): Es usado para encriptar los flujos de datos desde OP a OR

 backguard key (Kb): Es usado para encriptar los flujos de datos desde OR a OP.

Célula CREATE

Sobre el formato de la célula CREATE cabe señalar que el cifrado de g^x se hace de forma híbrida

(con RSA-OAEP se cifra una clave de sesión y parte de g^x, con la clave de sesión se cifra el resto de

g^x) para permitir que en una sola célula podamos hacer el intercambio del g^x completo.

Cuando inicializamos el primer salto de un circuito, el OP puede tener ya establecida la identidad del OR y

negociado una clave secreta usando TLS. Por tanto no siempre es necesario para el OP realizar

operaciones de clave pública para crear el circuito. En este caso el OP puede enviar una célula

CREATE_FAST en lugar de una célula CREATE sólo para el primer salto. El OR responde con un

CREATED_FAST, cuando el circuito está creado. La célula CREATE_FAST contiene una clave X
generada aleatoriamente. La célula CREATED_FAST contiene una clave Y generada aleatoriamente y un

hash de la clave derivada construida a partir de X e Y. La clave compartida entre el OP y el OR será la

concatenación de X e Y. Por tanto cuando detectamos un CREATE_FAST podemos estar seguros de que

el nodo OR es el primero del circuito. Por tanto los ORs deberían rechazar intentos de crear streams con

RELAY_BEGIN (que sirven para indicar a los nodos que son exit node y por tanto tienen que enviar el

contenido a cierta IP) saliendo del circuito en el primer OR. De esta forma se evitan cierto tipo de ataques.


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Célula CREATED

El valor resumen de la clave establecida se manda para poder hacer una verficación de que ambos

extremos de la comunicación comparten la misma clave.

Célula RELAY_EXTEND

Son de especial interés los siguientes campos:

 La dirección (address) IPv4 y el puerto (port) del próximo OR del circuito.

 El campo streamID vale 0 porque este tipo de células relay sirven para control.

 El campo SHA-1(PCKS#1(PKOR1_ID)) es el hash SHA-1 del PKCS#1 con codificación ASN.1 de la

clave de identidad (PKOR_ID) del próximo OR. Esto permite prevenir cierto tipo de ataques man-in-
the-middle.

Observar que cuando el OR1 descifra con su clave AES obtiene distintos campos y entre ellos

obtiene la siguiente piel de cebolla que puede utilizar directamente en la célula CREATE que tiene

que construir para enviársela al OR2.


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Célula RELAY_EXTENDED

Célula RELAY_EXTENDED inicial en el establecimiento del circuito

Observar que consiste en la comunicación de la respuesta al protocolo Diffie-Hellman que hace el OR2

al OP usando al OR1 como intermediario sin que éste pueda inferir información alguna. El campo

streamID vale 0 porque este tipo de células relay sirven para control.

Encapsulamiento de streams TCP

C
o
n
e
x
i
ó
n

Una vez que un circuito se ha establecido se procede con el encapsulamiento de los streams TCP que

contienen los datos de la aplicación. Un circuito ya establecido se puede aprovechar para multiplexar en

él varios streams TCP provenientes de la misma o de distintas aplicaciones. De hecho, por eficiencia,

Tor usa el mismo circuito para nuevos streams TCP durante diez minutos siempre que sea posible por

la exit policy del exit node. Una vez pasados los diez minutos las peticiciones será dadas a un nuevo

circuito. Esto mejora la protección y evita que un atacante vincule tráficos antiguos con los nuevos. El

circuito permanecerá abierto hasta que todos los TCP streams que multiplexe hayan cerrado. Esta

característica es necesaria para soportar muchos protocolos como SSH, los cuales son incapaces de

mantener una sesión si se cambian los circuitos (y por tanto el exit node) durante la sesión. Los pasos

para encapsular el tráfico TCP es el siguiente:


Proyecto TOR

 El OP escoge un circuito abierto que tenga un exit-node que le permita conectarse de la formada
adecuada con el servidor. Si no existe lo crea según el algoritmo visto anteriormente

 El OP selecciona un StreamID arbitrario que no haya sido utilizado todavía en el circuito

 El OP construye una célula RELAY_BEGIN que contiene, cifrado adecuadamente para que sólo sea
visto por el exit-node, la dirección y el puerto destino de la comunicación.

 Esta célula es procesada por los nodos intermedios y el contenido útil es propagada hasta llegar en una
célula RELAY_BEGIN que llega al exit-node

 El exit-node obtiene la dirección y el puerto destino e intenta abrir una nueva conexión TCP con el host
destino. Pueden suceder dos cosas.

 Si el exit-node no puede establecer la conexión devuelve una célula RELAY_END.

 Si el exit-node sí se puede estalbecer la conexión entonces el exit-node devuelve una célula
RELAY_CONNECTED que se irá propagando por la lista de OR´s hasta llegar al OP

Una vez llega la célula RELAY_CONNECTED a el OP, el OP y el exit-node empaquetan el stream de
datos TCP en células RELAY_DATA

Si un OP quiere cerrar un stream TCP anonimizado envía una célula RELAY_END la cual se propaga a

lo largo del circuito y los nodos van cerrando ese stream para su circuito. Cuando llega al exit-node éste

cierre la conexión TCP. El exit-node genera una célula RELAY_ENDED que se propaga hasta el OP.

Si el stream TCP que mantiene el exit-node con el destino se cierra de forma abrupta entonces el exit-

node envía a lo largo del circuito hasta el OP una célula RELAY_TEARDOWN que indica el cierre

inesperado de la conexión. Por el camino se van cerrando los streams de circuito asociados a stream

TCP.

Una vez que un OR recibe una célula RELAY, éste chequea el circID de la célula y determina si tiene un

circuito que se corresponda con esta a lo largo de la conexión. Si no lo tiene descarta la célula. Por otra

parte si el OR no es exit-node, entonces cifra/descifra el carga útil del stream usando la claves kb/kf
correspondiente con el OP. El OR entonces decide si reconoce la célula está completamente

descifrada (ya visto más arriba como se decide). Si el OR reconoce la célula, la procesa. En otro caso

la pasa a lo largo del circuito. Si el exit-node no reconoce una célula RELAY entonces ocurre un error y

el OR envía una célula DESTROY para cerrar el circuito.

Cuando una célula RELAY llega al OP, el OP descifra la carga útil con kbi. Si la carga útil
está completamente descifrada (ya visto más arriba como se decide) entonces procesa la carga útil.


Proyecto TOR

Cierre y modificación de un circuito

Un circuito es cerrado cuando ocurre un error irrecuperable a lo largo del circuito o cuando l OP ve que

todos los streams de un circuito están cerrados y el tiempo de vida del circuito ha terminado. Para cerrar

un circutio el OR o el OP envían una célula DESTROY que se va propagando y cerrando los circID

asociados al circuito.

Una vez que se ha establecido un circuito y se está utilizando el OP puede decidir truncarlo (por ejemplo

porque se ha caído) y crear uno nuevo a partir de donde trunque. Se procede con los siguientes pasos:

 El OP escoge el OR donde se va a truncar y el OR nuevo que se quiere usar en el path.

 El OP construye una célula RELAY_TRUNCATE que llega hasta el OR a partir del cual se va a
truncar.

 El OR desde el que se trunca comienza un proceso de cierre de circuito enviando una célula
DESTROY.

 El OR desde el que se trunca lanza una célula RELAY_TRUNCATED hacia el OP.

 El OP cuando le llega el RELAY_TRUNCATED envía un RELAY_EXTEND para construir el nuevo
circuito.

Cuando un error irrecuperable ocurre a lo largo de la conexión de un circuito, el OR debería, si está

habilitado para ello, enviar al OP una célula RELAY_TRUNCATED; el nodo más lejano basta con

enviar una célula DESTROY para cerrar el circuito.

También se cierra el circuito por parte de los ORs cuando ha habido algún error irrecuperable a lo

largo del circuito

La carga útil de las células DESTROY o RELAY_TRUNCATED contienen sólo un octeto que indican

el motivo por el que el circuito debería ser cerrado o truncado. Este motivo es propagado a lo largo

de los nodos


Tor1

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