Обеспечивается просто. Есть три узла (можно больше, но минимум - три), составляющих путь от источника до цели соединения. Всю эту цепочку знает только инициатор соединения. Пакет идёт зашифрованным, на каждый узел в пакете свой слой, и другие слои недоступны, потому и назвали луком. Отправитель шифрует для первого узла информацию, какому второму узлу отправить, для второго узла - какому узлу третьему отправить, для третьего узла - кто получатель. В результате первый узел знает отправителя пакета, но не знает точки его назначения, второй узел не знает ни отправителя, ни получателя, а последний узел знает получателя, но не может никак узнать отправителя. Соответственно, если даже любые два и трёх узлов будут скомпрометированы, собрать весь маршрут, то есть узнать одновременно и отправителя, и получателя пакета, будет совершенно невозможно. Деанонимизация в тор может происходить только за счёт компрометации самого отправителя, например, если какой-то яваскрипт определит ip-адрес и отправит его кому следует.