Analisi e progettazione di un sistema di gestione dei Green Pass basato su Blockchain

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI

PARTHENOPE

Dipartimento di Scienze e Tecnologie

Scuola Interdipartimentale delle Scienze, dell’Ingegneria e

della Salute

Corso di Laurea in Informatica

Elaborato di Laurea

ANALISI E PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA DI

GESTIONE DEI GREEN PASS BASATO SU

BLOCKCHAIN

Relatori: Candidato:

Prof.Alessio Ferone Emiliano Castiello

M0124001451

ANNO ACCADEMICO 2020/2021

Indice

1 Tecnologie 3

1.1 La tecnologia Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Funzionamento di una Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 Blockchain Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2 Il sistema proposto 34

2.1 Gestione dei Green Pass basati su Blockhain . . . . . . . . . . . . 34

2.2 Non Fungible Tokens(NFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3 Analisi dell’applicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3 Implementazione della dApp 49

3.1 Strumenti utilizzati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.2 Green Pass dApp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4 Conclusioni 63

4.1 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.2 Sviluppi futuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Bibliografia 67

1

INTRODUZIONE

Lo scopo della tesi è la progettazione e sviluppo di un’applicazio-

ne distribuita e decentralizzata, basata su tecnologia Blockchain,per

la gestione e il monitoraggio dei certificati vaccinali contro l’emer-

genza Covid. L’obiettivo è quello di fornire una possibile alternati-

va al sistema informatico attualmente in vigore in Italia utilizzato

dal Ministero della Salute. Lo scopo dell’applicazione sarà quel-

lo di tokenizzare il Green Pass di ogni individuo che accederà ad

essa sfruttando le caratteristiche della Blockchain Ethereum. Que-

ste funzionalità saranno rese disponibili agli utenti finali mediante

l’utilizzo di uno strumento, Metamask, che permette di accedere e

sfruttare servizi web distribuiti senza l’impiego di un client apposito,

ma tramite un comune web browser. È quindi presentata un’analisi

approfondita delle tecnologie sin qui citate, utile alla comprensione

e formulazione di un modello di software distribuito moderno che

sfrutti una tecnologia Blockchain, al fine di introdurre considerevoli

vantaggi non raggiungibili con le tecnologie attuali.

2

Capitolo 1

Tecnologie

1.1 La tecnologia Blockchain

I diversi punti di vista e le molteplici prospettive da cui la Block-

chain può essere interpretata, vanifica ogni possibilità di darne una

semplice e univoca definizione. Per alcuni, può essere letta partendo

dalle tecnologie che vi stanno alla base, per altri da un’angolazione

strutturale o dalle sue implicazioni sul business e sulla società. E’

certo, che il concreto stravolgimento socioeconomico e infrastrut-

turale, cosı̀ come le possibili ripercussioni su innumerevoli settori,

hanno via via contribuito a far affermare la tecnologia Blockchain

come “l’Internet del futuro”. La sua componente innovativa è legata

alla possibilità di sviluppare applicazioni decentrate, effettuare tran-

sazioni immutabili e rimuovere la presenza di intermediari. Grazie

a queste e ad altre caratteristiche che verranno esposte più avan-

ti, la Blockchain è destinata a cambiare molti aspetti della società

moderna, andando a fornire delle soluzioni che prima potevano solo

essere lontanamente immaginate. Il modo più semplice per definire

3

Figura 1.1: Struttura Blockchain

una Blockchain è chiamarla registro digitale(ledger).

E’ una sottofamiglia di tecnologie in cui il registro è decentrato e

distribuito su network, strutturato come una catena di registri (i

blocchi – ognuno collegato al precedente) contenenti le transazioni

e responsabili dell’archiviazione dei dati, la cui validazione è affidata

a un meccanismo di consenso (Figura 1.1).

E’ impossibile rimuovere/modificare i precedenti blocchi aggiun-

ti, poiché la sua natura permette solo l’aggiunta di nuovi blocchi

d’informazione. [6]. La Blockchain è infatti una struttura dati con-

divisa, caratterizzata fondamentalmente da protocolli di consenso,

immutabilità del registro, trasparenza, tracciabilità delle transazio-

ni e sicurezza basata su tecniche crittografiche. Diversamente da

un comune registro cartaceo, introduce le differenze tipiche del fun-

zionamento del digitale e della rete, tra cui il decentramento, la

possibilità di stipulare contratti a distanza e soprattutto di fare a

meno di intermediari; di fatto, permette una gestione dei dati in

termini di verifica e di autorizzazione senza che sia necessaria la su-

pervisione di un ente centrale.

Dal punto di vista funzionale, la Blockchain permette di gestire un

4

database in modo distribuito, poiché basata su una Rete; dal pun-

to di vista operativo, invece, è un’ottima alternativa agli archivi

centralizzati permettendo di gestire l’aggiornamento dei dati con la

collaborazione dei partecipanti alla Rete e con la possibilità di avere

dati condivisi, accessibili, distribuiti presso tutti i partecipanti. [6]

“La Blockchain è molto più di un’infrastruttura di pagamento, di

un sistema di monitoraggio della supply chain o di un gestore di

identità digitale; è un sistema con le potenzialità per portare un

nuovo livello di fiducia nelle applicazioni, introducendo un cambio

di paradigma nelle modalità con cui esse vengono realizzate e dan-

doci l’opportunità di innovare liberamente”.[7].

Partendo da questi principi, la Blockchain è diventata la declina-

zione in digitale di un nuovo concetto di fiducia al punto che alcuni

ritengono che possa assumere anche un valore per certi aspetti di

tipo ‘sociale e politico’. In questo caso la Blockchain è da vedere co-

me una piattaforma che consente lo sviluppo e la concretizzazione di

una nuova forma di rapporto sociale, che grazie alla partecipazione

di tutti è in grado di garantire a chiunque di verificare, di ‘controlla-

re’, di disporre di una totale trasparenza sugli atti e sulle decisioni,

che vengono registrati in archivi che, giova ripetere, possiedono la

caratteristica di essere inalterabili, immodificabili e dunque immuni

da corruzione[4]. Prima di proseguire oltre, occorre fermarsi ancora

un attimo per identificare il rapporto tra Blockchain e Distributed

Ledger Technology (DLT).

Sia le DLT che le Blockchain sono registri di informazioni digita-

5

lizzati e decentrati, ma differenti per un insieme di funzionalità

specifiche che non condividono. La Blockchain è considerata una

tecnologia che appartiene alla categoria delle tecnologie Distributed

Ledger ma non tutte le DLT sono Blockchain. Ancora, la Block-

chain è una forma di DLT ma con un’applicazione tecnologica mol-

to specifica, creando un libro mastro immutabile di record gestito

da una rete decentrata, dove tutti i record sono approvati median-

te consenso. Tecnologia, struttura, organizzazione e sviluppo sono

decentrati, mentre nelle DLT la tecnologia è decentrata,ma la sua

organizzazione potrebbe non rispettare questo carattere.

La Blockchain può essere utilizzata in ogni scenario in cui è richie-

sto uno stato globale logicamente centralizzato ma una struttura del

sistema distribuita (in cui i dati e le computazioni sono distribuiti

su più nodi) e decentrata. Tuttavia, in alcuni casi l’autorità in una

Blockchain può non essere decentrata, ma tendere alla centralizza-

zione. A seconda di come viene gestita l’autorità, si distinguono due

modelli di Blockchain: pubblica e privata.

Il modello di Blockchain pubblica è attualmente quello più noto e

utilizzato, un sistema ad architettura decentrata, ad autorità decen-

trata e logica centralizzata. Il decentramento è senza alcun dubbio

un aspetto chiave di questo modello, dal momento che qualsiasi ten-

tativo di centralizzazione introdurrebbe una debolezza nel sistema

esponendo un potenziale punto di fallimento o di controllo (Figura

1.2). 6

Non esiste una singola autorità. Tutti possono unirsi alla rete (aper-

ta), esplorando e verificando la correttezza di ogni transazione (pub-

blica e analizzabile) e non c’è possibilità di essere esclusi (resistenza

alla censura); infatti, una Blockchain aperta non discrimina in base

all’origine, destinazione o contenuto (neutrale). Il modello di Bloc-

kchain privata, al contrario, sacrifica un completo decentramento

in cambio di un controllo sui permessi di accesso e solitamente delle

migliori performance, ed è più indicata in alcuni contesti di tipo

industriale (Figura 1.3).

Il livello di verifica degli accessi è controllato da una o più autorità

(a seconda del grado di privatizzazione), e ha il compito di decidere

chi può leggere/scrivere i dati sulla Blockchain e chi può partecipare

al processo di verifica delle varie transazioni. Il sistema è conside-

rato affidabile solo se gli attori scelti per il processo di verifica sono

affidabili”[7].

Figura 1.2: Figura 1.3:

Blockchain Blockchain

Pubblica Privata

È possibile ricondurre i punti di forza della Blockchain in rela-

zione a delle caratteristiche e proprietà che rappresentano elementi

fondamentali per questa tecnologia(Figura 1.4).

7

L’impossibilità di modificare i dati e le transazioni registrate rap-

presenta l’emblema di questa innovazione e, soprattutto, il costo

di un’eventuale modifica in termini di risorse rende sconveniente e

quasi impossibile la sua realizzazione; la determinazione del costo

da sostenere risulta poi direttamente proporzionale alla vecchiaia

dell’informazione.

Per ciò che riguarda la privacy, questa viene garantita dal sistema di

attribuzione di chiavi private e pubbliche, che permette la registra-

zione parzialmente anonima all’interno della Blockchain. In questo

modo risulterà difficile risalire all’identità del soggetto controllore

delle chiavi. Si parla di anonimato parziale in quanto non è possi-

bile determinare l’identità della persona ma è possibile individuare

gli indirizzi che effettuano le transazione.

Altro elemento centrale per questa tecnologia è la fiducia garantita

ai soggetti che effettuano degli scambi. L’annullamento della neces-

sità di una parte terza che garantisca lo scambio è determinato dal

fatto che sulla Blockchain viene trasferito il peso riposto alla fiducia.

Il sistema è la terza parte incontrollabile, decentralizzata e distri-

buita. Proprio in tal senso la ridondanza delle informazioni le rende

presenti e disponibili per ogni fruitore senza il pericolo che possano

esser cancellate, inoltre, la Blockchain è accessibile ad ogni sogget-

to. Questa tecnologia prevede la possibilità di comunicare con altre

sue simili richiamando il principio di compatibilità e registrando

un sistema di allocazione delle risorse più rapido. Ovviamente an-

che per questa funzionalità sono tanti i progetti di implementazione

8

promossi. In conclusione, la trasparenza della Blockchain è la carat-

teristica più popolare di questa innovazione; con questa proprietà

viene garantita la chiarezza e pubblicità dei dati e delle informazioni

rappresentando un punto di forza soprattutto per l’applicabilità di

questa tecnologia in altri ambiti al di fuori di quello finanziario.

Figura 1.4: Vantaggi di una Blockchain

Numerosi sono i potenziali casi d’uso della Blockchain in diversi

settori, per esempio:

• Catene di fornitura: le supply chain, elemento essenziale per

molte aziende, si occupano dello spostamento di merci dal pro-

duttore al consumatore finale. La coordinazione tra tutti gli

operatori della filiera ha spesso dimostrato punti di debolez-

za. Attraverso la tecnologia Blockchain e database immutabi-

9

li, l’intero ecosistema logistico potrebbe incrementare livelli di

immutabilità e trasparenza.

• Settore sanitario: trasparenza e sicurezza rendono la tecnolo-

gia Blockchain un ottimo archivio di registri medici e dati priva-

ti. Grandi quantità di dati sensibili sono spesso lasciate in posi-

zioni vulnerabili essendo salvati sul server centralizzati. Grazie

a questa nuova tecnologia, i pazienti potrebbero mantenere la

loro privacy condividendo facilmente informazioni private con

qualsiasi istituzione che accede al database condiviso.

• Identità digitali: nel mondo digitale le identità fisiche sono

facilmente falsificabili. Un’“identità auto-sovrana” legata ad

un registro Blockchain e collegata al suo proprietario, permette-

rebbe a quest’ultimo di rivelare informazioni in modo esclusivo

a terze parti.

• Beneficenza: le organizzazioni no profit sono spesso limita-

te sui modi in cui possono accettare fondi. Facendo affida-

mento sulla trasparenza insito nella tecnologia Blockchain si

potrebbero ridurre questi limiti, massimizzando l’operatività

delle istituzioni benefiche.

• Governance: la Blockchain ha la possibilità di cambiare radi-

calmente il settore pubblico. Ad esempio, può sburocratizzare

e velocizzare aspetti della pubblica amministrazione, oppure

ridurre il bisogno di fiducia tra enti governativi e civili.

10

• Settore bancario: numerose banche stanno investendo nella

Blockchain perché essa rappresenta una soluzione per abbattere

costi ed aumentare sicurezza e velocità delle transazioni.

• Titoli finanziari: i titoli finanziari sotto forma di token legati

alla Blockchain, sono considerati un valido progresso per il set-

tore finanziario. La tokenizzazione di asset può migliorare la

loro liquidità e consentire lo scambio di beni in modo veloce ed

economico, eliminando molte inefficienze dell’attuale sistema

finanziario.

• 1

Criptovalute : le monete digitali sono un mezzo rivoluziona-

rio per il trasferimento di denaro, evitando elevati costi e tempi

di regolamento imposti dal sistema bancario tradizionale. Le

criptovalute e la Blockchain eliminando questo ecosistema di

intermediari, facilitano le transazioni degli utenti.

1.2 Funzionamento di una Blockchain

Al centro della Blockchain c’è il concetto di registrazione delle tran-

sazioni all’interno del ledger, visto che uno degli scopi principali

di una Blockchain è quello di salvare informazioni, praticamente di

ogni tipo.

L’idea è molto simile a un libro mastro tradizionale (un registro

della contabilità in cui sono riuniti i valori che compongono un si-

1 Le criptovalute sono monete virtuali decentralizzate, ovvero non rientrano sotto il con-

trollo di istituti finanziari o governi. Esistono diverse criptovalute e ognuna ha le proprie

caratteristiche. 11

stema contabile), con la possibilità di registrare transazioni di ogni

categoria di bene, dalle valute alle proprietà immobiliari. Mentre la

logica del ledger non è cambiata nel tempo, la tecnologia a supporto

di esso si è evoluta, passando da registri cartacei ad archivi digitali.

Il grande cambiamento risiede però, nel fatto che la Blockchain ha

permesso di garantire la stessa funzionalità nella gestione dei ledger

ma senza dover fare riferimento a una struttura centralizzata, senza

cioè che sia necessario che un’autorità centrale verifichi, controlli e

autorizzi la legittimità di una transazione o di uno scambio. Me-

diante il decentramento del ledger, infatti, è possibile rimpiazzare

l’unico libro mastro tradizionale in capo all’autorità centrale, crean-

done di molteplici e accessibili a tutti gli utenti, che attraverso una

copia possono controllarlo, visionarlo e modificarlo (a patto che ogni

operazione sia autorizzata dalla restante parte degli utenti). Infine,

per chi dovesse intendersi di database, ledger e database potrebbero

sembrare molto simili, poiché alla base di entrambe le tecnologie c’è

infatti l’idea di salvare dei dati. Ma, mentre in un database è pos-

sibile inserire, cancellare e modificare i dati, in un ledger è possibile

unicamente l’aggiunta di nuove informazioni (Figura 1.5).

Questo è reso possibile da una combinazione di vari fattori, tra

i quali il decentramento, la crittografia e altri concetti che garanti-

scono la formazione di un vero e proprio ecosistema piuttosto che

un semplice archivio di informazioni. Un ledger può dunque essere

visto come un database nel quale è possibile solamente aggiungere

informazioni.[7]. 12

Figura 1.5: Struttura a matriosca

Dal punto di vista strutturale, come accennato in precedenza,

nel cuore di una Blockchain c’è un ledger digitale. Il ledger digi-

tale è strutturato come una catena di blocchi, ognuno dei quali è

responsabile della memorizzazione di informazioni, come per esem-

pio registri di transazioni. I blocchi sono strutture di dati aggiunte

alla Blockchain in modo sequenziale, un blocco alla volta. Ognuno

di essi contiene una prova matematica, generata mediante l’utilizzo

della crittografia, che ne assicura la sequenzialità dal blocco prece-

dente, risultando in una ‘catena di blocchi’ (Figura 1.6). Il primo

blocco di ogni Blockchain è chiamato blocco genesi.

Figura 1.6: Blocchi

13

La connessione tra blocchi viene generata mediante una funzione

crittografica (la funzione crittografica di hash), la quale crea un col-

legamento matematico indissolubile tra essi. Tale funzione è utiliz-

zata per mappare dati di dimensioni arbitrarie in dati di dimensioni

fisse, e fornisce un modo conveniente per esprimere l’intero stato

della Blockchain in una singola stringa di lunghezza definita. Per

ogni nuovo blocco generato, l’hash del blocco precedente viene in-

serito nell’input per generare l’hash del nuovo blocco (Figura 1.7).

In pratica ogni blocco contiene al suo interno delle informazioni,

dei dati (per esempio transazioni) e l’hash del blocco precedente; di

conseguenza, se qualcuno tentasse di aggiungere, rimuovere o modi-

ficare a