Signum Protocol

L'invenzione "Signum Protocol" si colloca nel campo dei sistemi di sicurezza e anticontraffazione per beni di lusso. Più specificamente, l'invenzione riguarda un sistema e un metodo per l'autenticazione e la tracciabilità di orologi di alta gamma, sebbene la sua applicazione possa essere estesa ad altri beni di valore che richiedono una prova di autenticità certa e un legame univoco tra l'oggetto fisico e la sua rappresentazione  e certificazione digitale. 

La soluzione tecnologica si basa sull'integrazione sinergica di una funzione fisica non clonabile (Physical Unclonable Function, PUF) di tipo ottico, un chip per la comunicazione in prossimità (Near Field Communication, NFC) dotato di un elemento sicuro (Secure Element), e una piattaforma di registro distribuito (Distributed Ledger Technology, DLT), comunemente nota come blockchain. 

Esposizione sintetica dell'invenzione

Signum Protocol si prefigge di superare le limitazioni dello stato dell'arte fornendo un sistema e un metodo per l'autenticazione e la tracciabilità di beni di lusso, in particolare orologi di alta gamma, che stabilisce un legame fisico-digitale univoco, sicuro e non clonabile. L'invenzione risolve il problema tecnico di garantire l'autenticità di un bene di valore in modo robusto, impedendo la contraffazione, la sostituzione di parti e la duplicazione del certificato di autenticità, assicurando al contempo la privacy del proprietario e la tracciabilità immutabile del bene nel tempo.

La soluzione proposta si basa sull'integrazione sinergica e innovativa di tre elementi tecnologici chiave:

- Una Funzione Fisica Non Clonabile (PUF) di tipo ottico e tridimensionale (3D), che genera un'impronta digitale (fingerprint) unica e irripetibile basata sulla micro-geometria intrinseca di una componente interna dell'orologio, preferibilmente il movimento o calibro. Questa impronta digitale è ottenuta tramite una scansione 3D ad alta risoluzione e l'applicazione di algoritmi di estrazione di caratteristiche che catturano le imperfezioni stocastiche e uniche della superficie del componente. Questo approccio rende il legame con l'oggetto fisico intrinseco e virtualmente impossibile da replicare.

- Un chip per la Comunicazione in Prossimità (NFC) dotato di un Elemento Sicuro (Secure Element), integrato in modo non invasivo nell'orologio. Questo chip non agisce come un semplice contenitore di dati, ma come un microcomputer sicuro. L'Elemento Sicuro custodisce in modo protetto un token digitale, contenente il fingerprint PUF cifrato e altri metadati rilevanti. Esso gestisce le operazioni crittografiche e implementa contromisure hardware contro attacchi fisici, clonazione e manomissione, garantendo che l'accesso e la decifratura del token avvengano solo in un ambiente controllato e autorizzato.

- Una piattaforma di Registro Distribuito (blockchain), di tipo permissioned e nella fattispecie Hyperledger Fabric, che assicura l'immutabilità, la trasparenza e la tracciabilità della storia dell'orologio. Su tale registro non vengono memorizzati dati sensibili, ma unicamente un hash crittografico del token digitale cifrato. Questo hash agisce come un sigillo digitale, un'ancora immutabile che permette di verificare l'integrità e l'autenticità del token memorizzato nel chip NFC in qualsiasi momento, senza compromettere la privacy. La gestione dei trasferimenti di proprietà e di altri eventi del ciclo di vita dell'orologio è affidata a smart contract (chaincode).

L'invenzione prevede inoltre un metodo (workflow) operativo completo che inizia nella fase di produzione dell'orologio e si estende per tutto il suo ciclo di vita. Durante la produzione, viene generato il fingerprint PUF, creato e cifrato il token digitale, programmato il chip NFC e registrato l'hash sulla blockchain. Successivamente, per la verifica, un utente autorizzato, con il proprio sistema di backend, effettua una scansione del calibro tramite scanner 3D e confronta il PUF appena letto con quello contenuto nel chip NFC. Inoltre l'applicazione avvia un protocollo di autenticazione che decifra, in un ambiente sicuro, il token registrato sul chip NFC e ne confronta l'hash calcolato con quello registrato sulla blockchain. La corrispondenza tra i due PUF, unita alla corrispondenza tra i due hash, prova in modo inconfutabile l'autenticità dell'orologio in tutte le sue parti.

Un ulteriore aspetto innovativo dell'invenzione è un meccanismo di aggiornamento incrementale del modello di fingerprint, che permette al sistema di adattarsi a piccole variazioni naturali della superficie del calibro dovute a usura o accumulo di polvere nel tempo, senza compromettere la sicurezza. Questo garantisce la robustezza e l'affidabilità del sistema a lungo termine, un requisito fondamentale per beni durevoli come gli orologi di lusso.

Gli effetti vantaggiosi dell'invenzione sono molteplici. In primo luogo, si ottiene un livello di sicurezza anti-contraffazione senza precedenti, basato su una caratteristica fisica unica dell'oggetto. In secondo luogo, si crea un legame indissolubile tra l'orologio fisico e il suo certificato digitale, eliminando il rischio di dissociazione. In terzo luogo, si garantisce la privacy dell'utente, poiché i dati sensibili rimangono off-chain e protetti da crittografia. Infine, si fornisce uno strumento potente per la gestione del mercato secondario, consentendo trasferimenti di proprietà sicuri e tracciabili, aumentando la fiducia e il valore per collezionisti e consumatori. 

Stato dell'arte

Lo stato dell'arte nel campo dell'autenticazione di beni di lusso, e in particolare degli orologi di alta gamma, si basa su una varietà di approcci che, tuttavia, presentano significative limitazioni in termini di sicurezza, affidabilità e resistenza alla contraffazione. I metodi tradizionali includono l'uso di certificati di autenticità cartacei, l'incisione di numeri di serie univoci sulla cassa o sul movimento dell'orologio, e l'apposizione di ologrammi o altrisegni distintivi. Tali metodi sono intrinsecamente vulnerabili alla falsificazione, alla duplicazione e alla manomissione. I certificati cartacei possono essere riprodotti con relativa facilità, i numeri di serie possono essere incisi su orologi contraffatti e gli ologrammi possono essere imitati.

Con l'avvento delle tecnologie digitali, sono state introdotte soluzioni più sofisticate. L'uso di codici a risposta rapida (QR code) o di etichette a radiofrequenza (RFID) e NFC è diventato comune. Sebbene questi metodi offrano un livello di sicurezza superiore rispetto a quelli tradizionali, non sono esenti da vulnerabilità. Un QR code può essere facilmente copiato e associato a un prodotto contraffatto. I chip RFID/NFC standard, privi di adeguate contromisure di sicurezza,  possono essere clonati (un attacco noto come "skimming") o letti senza autorizzazione, compromettendo l'integrità del sistema di autenticazione. Documenti come "NFC anti-counterfeiting framework for ID verification and image  protection" [Lee, W. H., Chou, C. M., & Wang, S. W. (2016); An NFC anti-counterfeiting framework for ID verification and image protection; Mobile Networks and Applications, 21(4), pp. 721-733] e "Lightweight authentication protocol for NFC based anti-25 counterfeiting system in IoT infrastructure" [Alzahrani, B. A., Mahmood, K., & Kumari, S. (2020); Lightweight authentication protocol for NFC based anti-counterfeiting system in IoT infrastructure; IEEE Access, 8, pp. 90752-90765] descrivono architetture che tentano di mitigare questi rischi, ma spesso si basano su protocolli che non garantiscono un legame inscindibile con l'oggetto fisico.

L'introduzione della tecnologia blockchain ha aperto nuove prospettive per la tracciabilità e l'autenticazione. La capacità di creare un registro immutabile e decentralizzato degli eventi legati a un prodotto offre una soluzione promettente per combattere la contraffazione. Diverse iniziative hanno esplorato l'uso di token non fungibili (NFT) per rappresentare la proprietà e l'autenticità di beni fisici, come discusso in "Combining NFC Authenticated Tags with NFTs to Spot Counterfeit Luxury Products Using Solana Blockchain" [Zocca, M., & Jahankhani, H. (2023); Combining NFC Authenticated Tags with NFTs to Spot Counterfeit Luxury Products Using Solana Blockchain; Wireless Networks: Cyber Security Threats and Solutions (pp. 123-136)]. Tuttavia, la sfida principale rimane quella di stabilire un "ancoraggio" sicuro e affidabile tra l'oggetto fisico e la sua controparte digitale (il cosiddetto "digital twin"). Senza un legame fisico-digitale robusto, la sola registrazione su blockchain non può impedire che un certificato digitale autentico venga associato a un prodotto fisico contraffatto. Questo limite è evidenziato in articoli critici come "Why Blockchain Is Not A Great Solution For Tracking, Tracing Or Authenticating Physical Items" [Forbes Business Council; (2023, May 16); Why Blockchain Is Not A Great Solution For Tracking, Tracing Or Authenticating Physical Items; Forbes.].

Per superare questa limitazione, la ricerca si è orientata verso le Physical Unclonable Functions (PUF). Una PUF è una caratteristica fisica di un oggetto che è il risultato di un processo stocastico di fabbricazione e che è facile da misurare ma praticamente impossibile da duplicare, anche per il produttore originale. Le PUF sono state proposte come "impronte digitali" per oggetti fisici. 

Esistono vari tipi di PUF, tra cui quelle elettroniche (es. SRAM PUF) e quelle ottiche. Le PUF ottiche, che sfruttano le proprietà uniche di un materiale di interagire con la luce (ad esempio, attraverso scattering, riflessione o assorbimento), sono particolarmente promettenti per l'autenticazione di oggetti. La letteratura scientifica, come "Authentication of Optical Physical Unclonable Functions Based on Single-Pixel Detection" [Wang, P., et al. (2021); Authentication of Optical Physical Unclonable Functions Based on Single-Pixel Detection; Physical Review Applied, 16(5), 054025] e "Spectral physical unclonable functions" [Sandomirskii, M., et al. (2025); Spectral physical 15 unclonable functions: downscaling randomness with multi-resonant hybrid particles; Nature Communications, 16(1), 5097], descrive diverse realizzazioni di PUF ottiche. Alcuni studi, come "Enabling IC traceability via blockchain pegged to embedded PUF" [Bhargava, M., & Gu, C. (2019); Enabling IC traceability via blockchain pegged to embedded PUF; Proceedings of the 2019 on Great Lakes Symposium on VLSI; (pp. 323-328)], hanno anche proposto di combinare le PUF con la blockchain per la tracciabilità dei circuiti integrati.

Nonostante questi progressi, lo stato dell'arte attuale non presenta una soluzione integrata che combini sinergicamente una PUF ottica robusta, un sistema NFC sicuro e una piattaforma blockchain per creare un sistema di autenticazione completo e affidabile specificamente progettato per le problematiche peculiari poste dagli orologi di lusso.

Le soluzioni esistenti o si concentrano su singoli aspetti del problema (ad esempio, solo NFC, solo blockchain, o solo PUF) o non affrontano la necessità di un legame fisico-digitale basato su una caratteristica intrinseca, unica e non modificabile 5 dell'oggetto stesso, come la microstruttura del suo movimento meccanico. Vi è quindi la necessità di un sistema che superi le limitazioni descritte, fornendo una soluzione olistica che garantisca non clonabilità, integrità, tracciabilità e privacy per l'intero ciclo di vita di un bene di lusso.