The Signal protocol provides end-to-end encryption for billions of users in popular instant messaging applications like WhatsApp, Facebook Messenger, and Google Allo. The protocol relies on an app-specific central server to distribute public keys and relay encrypted messages between the users. Signal prevents passive attacks. However, it is vulnerable to some active attacks due to its reliance on a trusted key server. A malicious key server can distribute fake keys to users to perform man-in-the-middle or impersonation attacks. Signal applications support an authentication ceremony to detect these active attacks. However, this places an undue burden on the users to manually verify each other's public key. Recent studies reveal that the authentication ceremony is time-consuming and confusing, and almost nobody adopts it. Our goal is to explore various approaches for automatically detecting or preventing fake key attacks. We modified a local copy of the Signal server to demonstrate that active attacks are feasible. We then designed three defenses that automatically detect or prevent the attacks. We completed a threat analysis of the defenses and implemented some proof-of-concept prototypes for two of them. We analyze their strengths and weaknesses and outline avenues for future work.

V této práci vytváříme jednoduchý systém pro rychlou textovou komunikaci (IM), který využívá technologii Near-Field Communication (NFC) ke zlepšení bezpečnosti a soukromí. V první části zkoumáme samotnou technologii NFC. Poté se věnujeme možnostem NFC v operačním systému Android pro chytrá mobilní zařízení a také existujícím aplikacím, které tyto možnosti využívají. Rovněž zkoumáme nejmodernější přístup k bezpečnému IM, zejména Signal Protocol a jeho open-source implementaci pro Android. Dále pak navrhujeme IM systém, který používá Signal Protocol pro šifrování zpráv a NFC pro výměnu kryptografického materiálu, aniž by vyžadoval použití telefonních čísel nebo důvěryhodnou třetí stranu. Nakonec předkládáme vzorovou implementaci klientské i serverové aplikace a zhodnocení vlastností tohoto systému z hlediska soukromí a bezpečí.