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.

Podobał Ci się ten post?
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Windows

Korzystaj z dowolnej przeglądarki lub aplikacji i nigdy więcej nie martw się o swoją anonimowość. Cały świat jest na wyciągnięcie ręki dzięki AdGuard VPN.
Pobierz
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Ekran główny AdGuard VPN dla Windows z aktywnym połączeniem VPN.
Ekran główny AdGuard VPN dla systemu Windows pokazujący stan braku połączenia.
Ekran Wykluczenia z listą witryn, które nie korzystają z VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Mac

Wystarczą dwa kliknięcia, aby wybrać miasto z dowolnego miejsca na świecie — mamy 75+ lokalizacji — a Twoje dane staną się niewidoczne dla ciekawskich oczu.
Pobierz
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Ekran główny AdGuard VPN na Maca z aktywnym połączeniem VPN.
Główny ekran AdGuard VPN na Maca pokazujący stan rozłączenia.
Ekran Wykluczenia z listą witryn, które nie korzystają z VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Android

AdGuard VPN dla Android oferuje dziesiątki szybkich lokalizacji. Przeglądaj Internet mobilnie z większą prywatnością. Blokuj reklamy i trackery dzięki wbudowanej Ochronie DNS
Dowiedz się więcej
Pobierz
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Google Play
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Ekran główny AdGuard VPN na Androida z aktywnym połączeniem VPN.
Ekran główny AdGuard VPN na Androida pokazujący stan braku połączenia.
Ekran Lokalizacje przedstawiający najszybsze dostępne serwery.
Ekran Wykluczenia z listą witryn, które nie korzystają z VPN.
Ekran z kodem QR umożliwiającym zainstalowanie AdGuard VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN na iOS

Chroń swoją prywatność i anonimowo streamuj ulubione programy dzięki AdGuard VPN dla iOS. Blokuj reklamy za pomocą wbudowanej ochrony DNS
Dowiedz się więcej
App Store
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Ekran główny aplikacji AdGuard VPN na iOS z aktywnym połączeniem VPN.
Ekran główny AdGuard VPN na iOS pokazujący stan braku połączenia.
Ekran Lokalizacje przedstawiający najszybsze dostępne serwery.
Ekran Wykluczenia z listą witryn, które nie korzystają z VPN.
Ekran z kodem QR umożliwiającym zainstalowanie AdGuard VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Android TV

Odkryj AdGuard VPN dla Android TV! Ciesz się płynnym streamingiem, zwiększonym bezpieczeństwem i łatwą konfiguracją.
Pobierz
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Google Play
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Ekran główny AdGuard VPN na Android TV z aktywnym połączeniem VPN z serwerem w Helsinkach w Finlandii.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Chrome

AdGuard VPN dla Edge

AdGuard VPN dla Firefox

AdGuard VPN dla Opery

Ukryj swoją prawdziwą lokalizację i wyjdź z innego miejsca na świecie — uzyskaj dostęp do dowolnych treści bez ograniczeń prędkości i zachowaj anonimowość w sieci.
Przejdź do innej lokalizacji jednym kliknięciem, ukryj swój adres IP i spraw, aby surfowanie po sieci było bezpieczne i anonimowe.
Chroń swoją prywatność, ukryj swoją prawdziwą lokalizację i zdecyduj, gdzie potrzebujesz VPN, a gdzie nie!
Zostań ninja w przeglądarce Opera: szybko przenieś się w dowolne miejsce na świecie i pozostań niezauważony(a).
Instalacja
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Instalacja
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Instalacja
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Instalacja
Pobierając program, akceptujesz warunki Umowy licencyjnej
Dowiedz się więcej
Ekran główny rozszerzenia przeglądarki AdGuard VPN z aktywnym połączeniem VPN.
Ekran Lokalizacje przedstawiający najszybsze dostępne serwery.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla routerów

Zainstaluj AdGuard VPN na routerze, aby zabezpieczyć całą sieć. Zdecyduj, które urządzenia mają być chronione i kiedy
Ta opcja jest dostępna tylko z subskrypcją AdGuard VPN
Router z ikoną tarczy z dziurką od klucza.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Linux

Zdobądź najlepszą darmową sieć VPN dla systemu Linux i ciesz się płynnym przeglądaniem sieci, zwiększonym bezpieczeństwem, szyfrowaniem ruchu internetowego i ochroną przed wyciekiem DNS. Wybierz jeden z wielu serwerów VPN i uzyskaj dostęp do wybranych lokalizacji
Maskotka AdGuard VPN, Tengu, z linuksowym pingwinem Tuxem siedzącym w krzakach.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Android TV

Odkryj AdGuard VPN dla Apple TV! Ciesz się płynnym przesyłaniem strumieniowym, zwiększonym bezpieczeństwem i łatwą konfiguracją
Ta opcja jest dostępna tylko z subskrypcją AdGuard VPN
Urządzenie do strumieniowania Apple TV z logo AdGuard VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Xbox

Chroń swoją konsolę Xbox za pomocą AdGuard VPN i ciesz się płynną grą online, większym bezpieczeństwem i łatwą konfiguracją
Ta opcja jest dostępna tylko z subskrypcją AdGuard VPN
Konsola Microsoft Xbox i kontroler z logo AdGuard VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla PS4/PS5

Chroń swoje PlayStation dzięki AdGuard VPN i ciesz się płynną rozgrywką online, zwiększonym bezpieczeństwem i łatwą konfiguracją. Wybieraj spośród wielu serwerów VPN i uzyskuj dostęp do wybranych lokalizacji
Ta funkcja jest dostępna tylko z subskrypcją AdGuard VPN
Ta opcja jest dostępna tylko z subskrypcją AdGuard VPN
Konsola Sony PlayStation i kontroler z logo AdGuard VPN.
9 332 9332 recenzje
Doskonały!

AdGuard VPN dla Chromecast

Zainstaluj AdGuard VPN na swoim Google TV (Chromecast Gen 4) lub na routerze sieciowym (Chromecast Gen 3) i ciesz się strumieniowaniem treści za pomocą Chromecast, zachowując anonimowość online i uzyskując dostęp do treści z dowolnego miejsca. W przypadku Chromecast Gen 3 potrzebujesz subskrypcji AdGuard VPN
Ta opcja jest dostępna tylko z subskrypcją AdGuard VPN
Urządzenie do strumieniowania Google Chromecast z ikoną tarczy z dziurką od klucza.
AdGuard VPN
pobieranie rozpoczęte
Kliknij przycisk wskazany strzałką, aby rozpocząć instalację.
Skanuj, aby zainstalować AdGuard VPN na swoim urządzeniu mobilnym
Ekran z kodem QR umożliwiającym zainstalowanie AdGuard VPN.