How it works: looking inside the unique AdGuard VPN protocol

For years, we were concentrating on developing all flavors of ad blocking apps and browser extensions. And two years ago we resolved to develop our own VPN service, seemingly out of nowhere. When in reality, there were a few reasons that prompted us to do so.

  • AdGuard mobile apps had compatibility issues with VPN apps. That's why we saw the development of an in-house VPN as the only feasible solution that could guarantee compatibility: after we apply some magic, the two apps are able to work together as one VPN service.
  • Secondly, VPN seemed more than relevant to our philosophy and priorities.
  • Finally, during years of developing AdGuard software, we have become experts in filtering network traffic. This was to allow us to bring in something new instead of becoming another wishy-washy VPN.

From the outset, we decided that AdGuard VPN would have one key difference from its competitors — we shall develop and deploy an in-house VPN protocol instead of picking one of the ready-made solutions.

Why go to all that trouble, you could ask. In this article, we'll tell you why we weren't satisfied with existing protocols and created our own, and share our roadmap.

Spoiler: AdGuard VPN protocol is harder to detect and it's quicker than its analogs.

But first we'll need to dig deep into some technical aspects and figure out:

How Internet works

Have no fear: we won't dare to explain the whole Internet here, but we will cover the fundmamentals of how it works. Now, all communication on the Internet is based on transmission of small data "packets" from a computer to a server and back. There are several different types of packets, each serving its purpose. Rules of packet encapsulation and processing are called a protocol.

IP protocol

I'm sure you've heard about the IP address, haven't you? So, IP address is a part of IP protocol — the principal mechanism of the network data transmission. Each packet consists of three parts: data itself, IP addresses of the sender and recipient.

The receiver knows who has sent the packet, and therefore can send some data back. However, the "pure" IP protocol is virtually unused, but two other protocols based on it are used everywhere — TCP and UDP.

TCP protocol

TCP is the main "work horse" of the Internet. When you open a website, it is very likely that TCP is used for data transmission.

A TCP packet consists of four parts:

  • IP packet header, including source and destination addresses.
  • Port numbers of the sender and recipient. This number is needed for the operating system to understand which program to send the packet to for processing.
  • Packet sequence number. Packets may not arrive to the recipient in the order they were sent. Sequence numbers allow the correct sequence to be restored.
  • Packet type. This property is needed to implement "guaranteed delivery," which is discussed below.

Whichever network you use, there's a chance that some sent packets might get lost on their way. TCP protocol ensures that they succeed in reaching the destination: in response to each packet sent, the receiver sends a small TCP packet confirming receipt. If the sender does not obtain confirmation, it will resend the packet until the confirmation is finally received.

UDP protocol

UDP is another known, though less popular, IP-based protocol. Compared to the IP protocol, the only difference is that except for data itself and addresses of the sender and the recipient, it transmits information about port numbers (see the description of port numbers in TCP section) distinguish UDP from IP. As you can see from the animation, data packet flow moves faster than in case of TCP — and no wonder, there is no delivery confirmation in UDP. Unlike TCP, UDP doesn't guarantee anything. But it also does not send extra packets of confirmation, which makes it faster.

How VPN protocols work

When you send a letter or email to someone, you can do without the contents, the header, the signature, but not without the recipient's address. The Internet works the same way — you need an IP address to send data.

When you visit a website, your IP address is visible to it, and knowing the IP address, it's not that difficult to figure out the user's location. A VPN allows your data to be routed through an encrypted connection from your home/workplace or smartphone to another point on the Internet, perhaps in another country, and then onto the public Internet. Like a sneaky rabbit diving into a hole that leads to the exit to the looking glass.

As a result of encryption, your data is assigned an IP address from the other end of the tunnel instead of your home or work address. Now, when you connect to a web server, what it sees is not your home IP address, but someone else's, belonging to the VPN endpoint. Thus, if you go to a website, your data won't be disclosed.

Probably, you already knew that, but a recap wouldn't hurt, right? Now let's actually dig into the technical details. For a VPN to function, it needs to transmit and encrypt data from your device to the VPN server and back. The rules for transmitting and encrypting this data are called a VPN protocol. The most common VPN protocols are OpenVPN, WireGuard and IPSec. They all work roughly the same, and functionally they are very similar, but the devil is in the details (of encryption and connection establishment).

Let's look at how they work. Say you want to visit a website. If you have a VPN enabled, the VPN server mediates between you and the website. Initially, an encrypted IP packet is sent to the server. The VPN server decrypts it, changes the "sender address" (i.e. your IP) and sends the packet to the recipient (i.e. the website). This is usually performed using UDP as a transport as it is generally "faster" since it does not require waiting for confirmation.

Limitations of existing VPN protocols

All popular VPN protocols (OpenVPN, WireGuard, IPSec etc.) are united by two shortcomings:

  • They can be easily detected and blocked on the network level.
  • If you try to "hide" them, the performance will drop.

To "conceal" the use of VPN, the data flow is often "wrapped" in a TCP connection, and sometimes it is additionally encrypted to make the traffic look like a normal website connection. Unfortunately, this approach has a disadvantage – due to the use of TCP, there is a need for additional confirmation of delivery.

So, using any popular VPN protocol, we are always facing a trade-off: fast but easy to detect vs. slow.

What's great about AdGuard VPN protocol

We developed the AdGuard VPN protocol seeing the disadvantages of previous protocols and not willing to deal with them. So what are its strengths?

  • It's nearly impossible to distinguish from normal HTTPS traffic, that is, the connection to the AdGuard VPN server looks exactly the same as the connection to a normal website.
  • For encryption we use HTTPS (TLS), which copes with this task perfectly. It is the most popular encryption method in the world, and the libraries that implement it are constantly audited for security.

Some existing VPN protocols also handle the encryption task, and they (and thus, the fact of using a VPN) are hard to detect. But this usually comes at the price of reduced speed. This is not our case, thanks to several solutions.

  • We use the HTTP/2 transport protocol, which makes it virtually impossible to detect AdGuard VPN protocol while maintaining high speed.
  • Unlike others, AdGuard VPN protocol operates with data and not with packets. This means that AdGuard VPN establishes a separate "tunnel" for each connection, each HTTP/2 stream corresponds to one connection. AdGuard VPN transfers data through this tunnel. This allows us to speed up the operation by saving on confirmation packets, because we can buffer the data of several packets into one before sending it to the VPN server (or from the server to the client). And the fewer packets, the fewer confirmations are needed.

Plans for the future

Switching to HTTP/3 and QUIC

The first thing we intend to do is switch to using the HTTP/3 and QUIC protocols to communicate with the server. HTTP/3 is the latest, most advanced version of HTTP. Unfortunately, the new protocols won't affect speed when the connection is fine and stable, but their benefits will show up when the connection is worse – for example, on mobile devices or when connecting to public Wi-Fi. There are several obvious advantages of the new protocols – they won't cause packet retransmissions and Head of Line Blocking (or HoLB) queues, and they will also allow connection migration. Without being too technical, the main advantage is the already mentioned improvement of connection quality in non-ideal conditions.

TCP and other protocols working over it (TLS, SSL, HTTP /1.1 and HTTP/2) have been around for a while and are great at what they do, but there's just one thing: they need near-perfect conditions to work smoothly. This means that they perform well on a network with a stable and high-quality connection (say, a home Wi-Fi network). But stepping out into the outside world with its mobile networks, you can't safeguard against weak signals, slow connections, and other woes that cause packet loss. These losses lead to the above-mentioned retransmissions and HoLB. Even 5G is not almighty, and the connection will be worse in elevators and long subway sections between stations. With VPN over HTTP/3 the problem is magically solved: the VPN connection won't get broken, even if you go into an elevator, or the network changes for some other reason.

We are currently testing a prototype of this new implementation. Expect it to be ready in a couple of months.

Оpen source

If you've been familiar with AdGuard for a long time, you already know how many of our products are open-source. The concept of open-source software is close to us because we believe that such projects help people and contribute to the development of technology. But our approach is privacy-friendly, so we make products open-source only where possible.

We are going to make our protocol implementation publicly available in the future. Sadly, right now we don't have enough time to prepare the project, because it is a lot of work. But we hope that by the end of this year we can find enough time and publish the code of both the server and client implementations.

Our protocol is used by all AdGuard VPN mobile and desktop applications. Download any of our products (or several ones!) now and use it knowing that your data is protected in the most secure way. And if you wish to, share your impressions with us — in the comments section of the blog post or on social networks.

Сподобався цей пост?
AdGuard VPN AdGuard DNS AdGuard Mail AdGuard Wallet
AdGuard VPN AdGuard DNS AdGuard Mail AdGuard Wallet
Головний екран AdGuard для Windows
Екран захист AdGuard для Windows, що показує функції захисту та налаштування
Екран статистика AdGuard для Windows, що показує статистика заблокованої реклами та трекерів
Екран Керування програмою AdGuard для Windows, що показує параметри керування захистом для програм, встановлених на пристрої
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard — блокувальник реклами для Windows

AdGuard для Windows — це більше, ніж блокувальник реклами. Це багатофункціональний інструмент, який блокує рекламу, контролює доступ до небезпечних сайтів, прискорює завантаження сторінок і захищає дітей від неприйнятного контенту
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Магазин Microsoft
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
AdGuard для Windows, версія 8.0, пробний період 14 днів
Головний екран AdGuard для Mac
Екран прихованого режиму AdGuard для Mac
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard — блокувальник реклами для Mac

AdGuard для Mac — це унікальний блокувальник реклами, розроблений з урахуванням macOS. Окрім захисту від настирливої реклами в браузерах і застосунках, він захищає вас від відстеження, фішингу та шахрайства.
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
AdGuard для Mac, версія 2.19, пробний період 14 днів
Головний екран AdGuard для Android
Екран Захист від стеження AdGuard для Android
Екран Керування програмою AdGuard для Android, що показує параметри керування захистом для програм, встановлених на пристрої
Екран статистика AdGuard для Android, що показує статистика заблокованої реклами та трекерів
Головний екран приватного браузера AdGuard для Android
QR-код, щоб завантажити AdGuard для Android
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard — блокувальник реклами для Android

Блокує рекламу та трекери у всіх браузерах, іграх та інших застосунках. Захищає вашу конфіденційність і дозволяє контролювати, як ваші застосунки використовують Інтернет. Встановлюється через APK
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
Сканування для завантаження
Використовуйте будь-який зчитувач QR-коду, доступний на вашому пристрої
AdGuard для Android, версія 4.14, пробний період 14 днів
Головний екран AdGuard для iOS
Екран захист AdGuard для iOS, що показує функції захисту та налаштування
Екран статистика AdGuard для iOS, що показує статистика заблокованої реклами та трекерів
QR-код, щоб завантажити AdGuard для iOS
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard — блокувальник реклами для Safari

Найкращий блокувальник реклами для iOS для iPhone та iPad. AdGuard усуває всі види реклами й трекерів у Safari та захищає вашу конфіденційність у всіх застосунках на рівні DNS
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
Сканування для завантаження
Використовуйте будь-який зчитувач QR-коду, доступний на вашому пристрої
AdGuard для iOS, 4.5
Головний екран AdGuard Content Blocker
Екран фільтрів AdGuard Content Blocker
Екран налаштувань AdGuard Content Blocker
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Content Blocker

AdGuard Content Blocker усуває всі види реклами в мобільних браузерах, які підтримують технологію блокування контенту, а саме в Samsung Internet та Яндекс Браузері. Його можливості обмежені у порівнянні з AdGuard для Android, але він безкоштовний, простий у встановленні та ефективний
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
AdGuard Content Blocker, 2.8
Головний екран AdGuard Browser Extension
Екран Захист від стеження AdGuard Browser Extension
20 468 20468 відгуків
Чудово!

Браузерне розширення AdGuard

AdGuard - найшвидше і легше браузерне розширення для блокування усіх типів реклами! Вибирайте AdGuard для швидкого і безпечного серфінгу без реклами.
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
Браузерне розширення AdGuard, 5.5
Головний екран Браузерний помічник
20 468 20468 відгуків
Чудово!

Помічник AdGuard

Браузерне розширення-компаньйон для настільних додатків AdGuard. Воно дозволяє блокувати власні елементи на сайтах, додавати сайти до списку дозволених та надіслати звіти з браузера
Помічник AdGuard, 1.4
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Home

AdGuard Home – це мережеве рішення для блокування реклами та трекерів. Встановіть його один раз на маршрутизатор, щоб покрити всі пристрої домашньої мережі — додаткове клієнтське програмне забезпечення не потрібне. Це особливо важливо для різних пристроїв IoT, які часто становлять загрозу для вашої конфіденційності
AdGuard Home, 0.107
Головний екран AdGuard Pro для iOS
Екран Захист AdGuard Pro для iOS, що показує функції та налаштування захисту
Екран Статистика AdGuard Pro для iOS, що показує статистику заблокованої реклами та трекерів
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Pro для iOS

AdGuard Pro для iOS постачається з усіма розширеними функціями захисту від блокування реклами. Він пропонує ті ж інструменти, що й платна версія AdGuard для iOS. Він чудово блокує рекламу в Safari та дозволяє налаштовувати параметри DNS для власного захисту. Він блокує рекламу в браузерах і додатках, захищає ваших дітей від небажаного контенту та забезпечує безпеку ваших особистих даних.
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
AdGuard Pro для iOS, 4.5
Головний екран AdGuard Mini для Mac
Екран захисту Safari в AdGuard Mini для Mac
Екран створення правила в AdGuard Mini для Mac
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Mini для Mac — блокувальник реклами в Safari

AdGuard Mini для Mac — це потужний блокувальник реклами для Safari. Цей легкий додаток видаляє рекламу, блокує трекери та пришвидшує завантаження сторінок. Він допомагає вам переглядати інтернет у Safari без відволікань і захищає ваші дані відсторонені
Встановити
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
AdGuard Mini для Mac, 2.3
Головний екран AdGuard для Android TV із увімкненим захистом
Екран блокування реклами AdGuard для Android TV, що показує його функції та налаштування
Екран налаштування AdGuard для Android TV
Екран Керування програмою AdGuard для Android TV, що показує програми, де реклама і трекери заблоковано
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard для Android TV

AdGuard для Android TV - це єдина програма, яка блокує рекламу, захищає вашу конфіденційність і працює як брандмауер для вашого Smart TV. Отримуйте попередження про веб-загрози, використовуйте безпечні DNS і користуйтеся перевагами зашифрованого трафіку. Розслабтеся і пориньте в улюблені шоу з першокласним захистом і нульовою рекламою!
AdGuard для Android TV, версія 4.14, пробний період 14 днів
Маскот AdGuard Агнар, який тримає пінгвіна Linux
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard для Linux

AdGuard для Linux — це перший у світі блокувальник реклами для Linux на рівні системи. Блокуйте рекламу та трекери на рівні пристрою, вибирайте з попередньо встановлених фільтрів або додавайте свої — все через інтерфейс командного рядка
AdGuard для Linux, 1.4
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Temp Mail

Безкоштовний генератор тимчасових адрес електронної пошти, який зберігає вашу анонімність і захищає вашу конфіденційність. Ніякого спаму у вашій основній поштовій скриньці!
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard VPN

75 місцезнаходжень у світі

Безпечний стрімінг

Надійне шифрування

Без журналювання

Найшвидше з'єднання

Цілодобова підтримка

Спробувати безплатно
Завантажуючи програму, ви приймаєте умови Ліцензійної угоди
Докладніше
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard DNS

AdGuard DNS — це альтернативний спосіб заблокувати рекламу, захистити особисті дані і захистити дітей від дорослих матеріалів. Він простий в налаштуванні і використанні і забезпечує необхідний мінімум захисту від реклами, трекінгу і фішингу, незалежно від платформи.
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Mail

Захистіть свою особистість, уникайте спаму та забезпечуйте безпеку вашої скриньки за допомогою наших псевдонімів і тимчасових адрес електронної пошти. Користуйтеся нашою безплатною послугою переадресації електронної пошти та застосунками для всіх операційних систем.
20 468 20468 відгуків
Чудово!

AdGuard Wallet

Безпечний і приватний криптогаманець, який дає вам повний контроль над вашими активами. Відкривайте для себе тисячі криптовалют для зберігання, надсилання та обміну
Завантаження AdGuard Натисніть на кнопку, на яку вказує стрілка, щоб почати встановлювати програму. Виберіть «Відкрити», натисніть «OK» та дочекайтеся завантаження файлу. У вікні, що відкриєтьсяся, перетягніть значок AdGuard в папку «Додатка». Дякуємо, що обрали AdGuard! Виберіть «Відкрити», натисніть «OK» та дочекайтеся завантаження файлу. У вікні, що відкрилося, натисніть «Встановити». Дякуємо, що обрали AdGuard!
Встановіть AdGuard на мобільному