UniChain

Sistema distribuito per la gestione sicura e verificabile delle credenziali accademiche digitali

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📖 Descrizione

UniChain è un prototipo di infrastruttura blockchain permissioned per la gestione di Certificati Accademici Digitali (CAD) e dell'accreditamento delle università. È stato sviluppato come progetto del corso Algoritmi e Protocolli per la Sicurezza presso l'Università di Salerno.

Il sistema consente:

• Emissione di credenziali accademiche digitali firmate crittograficamente da università accreditate.
• Archiviazione sicura delle credenziali nel wallet digitale dello studente.
• Presentazione selettiva di attributi specifici delle credenziali per garantire la privacy dello studente.
• Ancoraggio delle credenziali su blockchain per integrità e non ripudio.
• Revoca di credenziali errate o compromesse.
• Revoca dell’accreditamento universitario da parte dell’autorità centrale (MobilityCA).
• Verifica decentralizzata della validità delle credenziali e dello stato di accreditamento delle università.
• Consenso PBFT per l'aggiunta dei blocchi: le università accreditate partecipano al processo di validazione distribuita per garantire affidabilità e tolleranza ai guasti.

Sono stati condotti test di performance per valutare la latenza delle operazioni crittografiche principali (hash, firma, verifica, Merkle Proof) e la dimensione serializzata delle credenziali e delle presentazioni selettive.
Le misurazioni sono state effettuate tramite script Python integrati (performance_test.py) su ambiente locale.

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🛠️ Funzionalità principali

✅ Accreditamento università

• Le università richiedono un certificato digitale all'ente centrale (MobilityCA) per essere abilitate all'emissione di credenziali.

✅ Emissione credenziali accademiche (CAD)

• Le università accreditate emettono CAD per attestare esami e titoli accademici.

✅ Ancoraggio su blockchain permissioned

• Ogni CAD viene registrato come transazione con TransactionType=EMISSIONE.

✅ Consenso PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance)

• Il consenso per l'inserimento di nuovi blocchi è gestito tramite PBFT.

• L'università proponente costruisce e firma il blocco (fase Pre-prepare).

• Tutte le altre università accreditate (repliche) verificano e confermano la proposta (fase Prepare).

• Se il quorum è raggiunto, il blocco viene finalizzato e aggiunto alla blockchain (fase Commit).

✅ Divulgazione selettiva

• Gli studenti possono presentare solo attributi specifici delle credenziali grazie a Merkle Proof.

✅ Revoca credenziali

• Le università possono revocare un CAD registrando una nuova transazione TransactionType=REVOCA.

✅ Revoca accreditamento universitario

• MobilityCA può revocare il certificato di un'università, impedendo che le sue credenziali siano considerate valide in futuro.

✅ Verifica avanzata

• Le università riceventi possono verificare l’integrità, l’autenticità, lo stato di revoca del CAD e se l'università emittente è ancora accreditata.

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🧱 Architettura

• MobilityCA: Ente centrale (Root CA) che accredita le università e può revocarne il certificato.
• Università: Emettono e verificano credenziali.
• StudentWallet: Portafoglio digitale dello studente.
• Blockchain permissioned: Ledger distribuito per la registrazione delle transazioni.
• Verifier: Università ricevente che valida credenziali e certificati.

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🚀 Getting Started

📦 Requisiti

• Python 3.10+
• Librerie: cryptography, hashlib

🖥️ Installazione

1. Clona il repository:

   git clone https://github.com/<username>/UniChain.git
   cd UniChain

2. Installa le dipendenze:

   pip install -r requirements.txt

3. Avvia il prototipo:

   python main_simulation.py

📂 Struttura del progetto

UniChain/
├── blockchain/
│   ├── blockchain.py
│   ├── block.py
│   ├── transaction.py
├── credentials/
│   ├── academic_credential.py
├── moblityCA/
│   ├── mobilityCA.py
│   ├── certificate_manager.py
├── structures/
│   ├── credential_subject.py
│   ├── degree.py
│   ├── enrollment.py
│   ├── exam_record.py
│   ├── issuer.py
│   ├── merkle_tree.py
│   ├── optional_activity.py
│   ├── proof.py
│   ├── validity_period.py
├── university/
│   ├── university.py
│   ├── verifier.py
├── utils/
│   ├── validator.py
├── wallet/
│   ├── student_wallet.py
├── performance_test.py
├── main_simulation.py
├── README.md

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📖 Flusso del sistema

🏛️ 1. Accreditamento università

• L’Université de Rennes richiede e riceve un certificato digitale da MobilityCA.

🎓 2. Emissione CAD per Alice

• L’università emette e firma digitalmente un CAD per attestare un esame superato da Alice.

⛓️ 3. Ancoraggio su blockchain

• Il CAD viene registrato sulla blockchain come transazione TransactionType=EMISSIONE.
• Le università partecipano al consenso PBFT per validare e aggiungere il blocco:
  • Pre-prepare: proposta blocco da parte dell’università proponente.
  • Prepare: repliche verificano la validità.
  • Commit: se raggiunto il quorum, il blocco viene aggiunto.

🔏 4. Presentazione selettiva

• Alice presenta solo alcuni attributi del CAD per un riconoscimento crediti.

🚫 5. Revoca credenziale

• L’Université de Rennes scopre un errore e revoca il CAD con una nuova transazione TransactionType=REVOCA.

❌ 6. Revoca accreditamento universitario

• MobilityCA revoca il certificato di U_RENNES, impedendo che le sue credenziali vengano riconosciute come valide.

🛡️ 7. Verifica avanzata

• Il sistema verifica non solo il CAD ma anche lo stato del certificato dell'università emittente.

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⚠️ Proprietà di sicurezza

• 🔒 Autenticità: Solo università accreditate possono firmare CAD.
• 🛡️ Integrità: Ogni CAD è firmato digitalmente e ancorato in blockchain.
• 🔏 Privacy: La divulgazione selettiva consente di condividere solo gli attributi strettamente necessari.
• ♻️ Revocabilità: CAD e certificati universitari possono essere revocati.
• 📝 Non ripudio: Nessuna parte può negare l'emissione o la ricezione di un CAD.

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👨‍💻 Autori

• Salvatore Coppa – GitHub
• Antonio Graziosi – GitHub

Progetto sviluppato per il corso Algoritmi e Protocolli per la Sicurezza (Group 16 AH) – Università degli Studi di Salerno.