Legion ZK Auth 🛡️

Autenticazione Zero-Knowledge reale con firme ad anello dei dispositivi legate all'hardware

🎯 Cos'è Legion?

Legion è un sistema di autenticazione zero-knowledge senza password che dimostra che sei autorizzato senza rivelare chi sei.

Autenticati usando solo la tua impronta digitale + frase di recupero di 24 parole (come MetaMask). Niente nomi utente, niente password, niente segreti lato server.

Caratteristiche principali

✅ Autenticazione senza password: frase di recupero BIP-39 + impronta digitale (nessun nome utente/password)
✅ Vera zero-knowledge: il server non viene mai a conoscenza della tua identità (1 su 1M utenti)
✅ Anonimato del dispositivo: legato all'hardware con firme ad anello (1 su 1K dispositivi)
✅ Nessun setup fidato: Halo2 PLONK (setup trasparente)
✅ Sicurezza hardware: binding WebAuthn TPM/Secure Enclave
✅ Protezione dal replay: nullifier + timestamp
✅ Sicurezza delle sessioni: i tag di collegabilità impediscono il furto
✅ Supporto multi-dispositivo: usa lo stesso account su 2 dispositivi (laptop + telefono)
✅ Limitazione delle richieste: 5 tentativi/ora (errori generici impediscono l'enumerazione)
✅ Revoca dei dispositivi: blocca all'istante i dispositivi rubati

🔒 Garanzie di sicurezza (v1.3.0)

🚀 Avvio rapido (un comando!)

Prerequisiti

Docker (include Docker Compose)

Installa ed esegui```bash

Clone and run

git clone https://github.com/deadends/legion.git cd legion

Linux/macOS

chmod +x scripts/install.sh && ./scripts/install.sh

Windows

scripts\install.bat

**Tutto qui!** Apri http://localhost nel tuo browser.

### Cosa viene installato
- ✅ Redis (archiviazione sessioni)
- ✅ Legion Server (verificatore di prove ZK)
- ✅ Frontend (client WASM)
- ✅ Nginx (reverse proxy)

**Prestazioni**: Registrazione ~5s, Autenticazione ~2min (generazione della prova k=14)

---

### Configurazione manuale (senza Docker)

<details>
<summary>Clicca per espandere l'installazione manuale</summary>```bash
# 1. Install Redis
# macOS: brew install redis && redis-server
# Ubuntu: sudo apt install redis && redis-server
# Windows: https://redis.io/docs/install/install-redis/install-redis-on-windows/

# 2. Run server (terminal 1)
cd legion-server
cargo run --release --features redis

# 3. Build frontend (terminal 2)
cd wasm-client
wasm-pack build --target web --release
python3 -m http.server 8000

# 4. Open http://localhost:8000

Per il deployment in produzione, vedi DEPLOYMENT.md

📊 Performance

Benchmark di Verifica

Hardware di Test: Lenovo IdeaPad 3 - Intel Core i3 11th Gen
Nota: Le prestazioni possono variare in base alle specifiche hardware.

k=12 (Sviluppo/Test)

Dettaglio:

🔥 Avvio a freddo (prima verifica): ~8.4s (include parametri + keygen + verifica)
⚡ Verifiche successive (con caching): ~108ms (parametri/keygen in cache)
💾 Overhead della prova: ~326 byte per input pubblico
🔐 Complessità del circuito: User tree (20 livelli) + Device tree (10 livelli) + binding

k=14 (Produzione - Consigliato)

Dettaglio:

🔥 Avvio a freddo (prima verifica): ~115s (include parametri + keygen + verifica)
⚡ Verifiche successive (con caching): ~967ms (parametri/keygen in cache)
💾 Overhead della prova: ~339 byte per input pubblico
🔐 Complessità del circuito: User tree (20 livelli) + Device tree (10 livelli) + binding

Importante: La generazione dei parametri e il keygen sono costi una tantum che possono essere memorizzati nella cache. Una volta in cache, la verifica richiede solo ~108-967ms a seconda del valore di k. L'implementazione attuale non memorizza ancora i parametri nella cache.

Perché più lento dei vecchi benchmark? Il circuito passwordless ora verifica DUE Merkle tree (utente + dispositivo) invece di uno, fornendo un vero anonimato a livello di dispositivo (1 dispositivo su 1024 per utente).

🏗️ Architettura

📖 Per un flusso di autenticazione dettagliato passo-passo con dettagli crittografici, vedi ARCHITECTURE_FLOW.md

Componenti di Sistema```

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ CLIENT (Browser + WASM) │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ ┌────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌──────────────────────────┐ │ │ │ UI Layer │ │ WASM Prover │ │ Local Storage │ │ │ │ (Vanilla JS) │ │ (Rust→WASM) │ │ (IndexedDB) │ │ │ ├────────────────┤ ├─────────────────┤ ├──────────────────────────┤ │ │ │ • Registration │ │ • Blake3 Hash │ │ • Full Merkle Tree │ │ │ │ • Login Form │ │ • BIP-39 Derive │ │ • Device Trees │ │ │ │ • Session UI │ │ • Halo2 Prover │ │ • WebAuthn Credentials │ │ │ │ • Tree Sync │ │ • Merkle Proof │ │ • Tree Version Cache │ │ │ └────────────────┘ │ • Ring Sigs │ └──────────────────────────┘ │ │ └─────────────────┘ │ │ ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ Hardware Security (WebAuthn Level 2) │ │ │ ├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ • TPM 2.0 / Secure Enclave • FIDO2 Authenticator │ │ │ │ • Device Private Key (ECDSA) • Biometric/Touch Required │ │ │ └──────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ └────────────────────────────────┬────────────────────────────────────────┘ │ HTTPS/TLS 1.3 │ (Encrypted Channel) ▼ ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ LEGION SERVER (Rust/Axum) │ ├──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ API Layer (Axum) │ │ │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ POST /api/register-blind │ Blind registration │ │ │ │ GET /api/download-tree │ Download full Merkle tree │ │ │ │ POST /api/verify-anonymous-proof │ Verify ZK proof │ │ │ │ POST /api/verify-session │ Session validation │ │ │ │ POST /api/webauthn/* │ WebAuthn endpoints │ │ │ │ GET /health │ Health check │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ Business Logic Layer │ │ │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ • Blind Registration │ • Tree Synchronization │ │ │ │ • ZK Proof Verifier │ • Nullifier Tracker (replay) │ │ │ │ • Session Manager │ • Linkability Tag Validator │ │ │ │ • WebAuthn Service │ • Timestamp Validator (±10min) │ │ │ │ • Device Revocation │ • Rate Limiter (5/hour) │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ Cryptographic Layer │ │ │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ • Halo2 Verifier (PLONK) │ • Poseidon Hash (ZK-friendly) │ │ │ │ • Blake3 (credential) │ • BIP-39 (recovery phrase) │ │ │ │ • Merkle Tree (2^20) │ • Device Trees (2^10 per user) │ │ │ │ • Ring Signature Verify │ • WebAuthn Signature Verify │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ └────────────────────────┬──────────────────────┬──────────────────────────┘ │ │ ▼ ▼ ┌────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ Redis (In-Memory) │ │ RocksDB (Persistent) │ ├────────────────────────┤ ├───────────────────────────┤ │ • Session Tokens │ │ • Merkle Tree Leaves │ │ • Linkability Tags │ │ • Device Trees │ │ • Spent Nullifiers │ │ • Nullifier History │ │ • Rate Limit Counters │ │ • WebAuthn Credentials │ │ TTL: 1 hour │ │ • Revoked Devices │ └────────────────────────┘ └───────────────────────────┘

### Flusso di autenticazione (semplificato)```
┌─────────────┐                                                ┌──────────────┐
│   Client    │                                                │    Server    │
│  (Browser)  │                                                │  (Verifier)  │
└──────┬──────┘                                                └──────┬───────┘
       │                                                              │
       │ 1. Generate 24-word recovery phrase (BIP-39)                 │
       │    → 256-bit entropy (like MetaMask)                         │
       │    → User writes down on paper                               │
       │                                                              │
       │ 2. Derive account_id from phrase (Blake3)                    │
       │    account_id = Blake3("LEGION_ACCOUNT_V2" || bip39_seed)    │
       │    → Deterministic, no server interaction                    │
       │                                                              │
       │ 3. Hash account_id for tree leaf (Poseidon)                  │
       │    credential_hash = Poseidon(account_id)                    │
       │                                                              │
       │ 4. Blind registration (TRUE zero-knowledge)             ────►│
       │    → Sends ONLY credential_hash (no phrase/identity)         │
       │    → Server adds to tree, returns tree_index                 │
       │                                                         ◄────│ {tree_index: 114}
       │                                                              │
       │ 5. Download full Merkle tree (one-time sync)            ────►│
       │    → Client stores entire tree in IndexedDB                  │
       │    → Enables TRUE zero-knowledge (no server queries)         │
       │                                                         ◄────│ {tree_data: [all leaves],
       │                                                              │  merkle_root, version}
       │                                                              │
       │ 6. Generate WebAuthn key (TPM/Secure Enclave)                │
       │    → Fingerprint prompt creates hardware-bound key           │
       │    → device_pubkey (ECDSA P-256, non-exportable)             │
       │    → Stored in TPM 2.0 / Secure Enclave                      │
       │                                                              │
       │ 7. Register device in device tree                       ────►│
       │    → device_commitment = Blake3(credential_id)               │
       │    → Server converts to valid field element if needed        │
       │    → Server adds to user's device tree (1 of 1024 slots)     │
       │                                                         ◄────│ {device_position: 0,
       │                                                              │  device_tree_root}
       │                                                              │
       │ 8. LOGIN: Touch fingerprint to authenticate                  │
       │    → WebAuthn verifies hardware-bound key                    │
       │    → Decrypts recovery phrase from local storage             │
       │    → Re-derives account_id from phrase                       │
       │                                                              │
       │ 9. Fetch device Merkle proof                            ────►│
       │    → Sends account_id (derived from phrase)                  │
       │    → Server returns device tree path                         │
       │                                                         ◄────│ {device_path: [siblings],
       │                                                              │  device_root}
       │                                                              │
       │ 10. Compute user Merkle proof CLIENT-SIDE                    │
       │    → Uses local tree from IndexedDB                          │
       │    → Computes path for tree_index                            │
       │    → Server NEVER learns which user!                         │
       │                                                              │
       │ 11. Compute nullifier (replay protection)                    │
       │    nullifier = Poseidon(account_id || challenge)             │
       │    → ONE-TIME USE: Different every login                     │
       │    → Prevents proof replay attacks                           │
       │                                                              │
       │ 12. Compute linkability tag (session binding)                │
       │    linkability_tag = Blake3(device_pubkey || nullifier)      │
       │    ⚠️  Binds session to specific device+user                 │        
       │                                                              │
       │ 13. Generate ZK proof (Halo2 PLONK, ~2min for k=14)          │
       │    Proves in zero-knowledge:                                 │
       │    ✓ User exists in Merkle tree (1 of 2^20)                  │
       │    ✓ Device exists in device tree (1 of 2^10)                │
       │    ✓ account_id hashes to credential_hash                    │
       │    ✓ Nullifier computed correctly                            │
       │    ✓ Timestamp is fresh                                      │
       │    WITHOUT revealing which user or device                    │
       │                                                              │
       │ 14. Submit proof                                        ────►│
       │    {proof, public_inputs, linkability_tag, k=14}             │
       │                                                              │ • Check device not revoked
       │                                                              │ • Verify timestamp (±10min)
       │                                                              │ • Rate limit check (5/hour)
       │                                                              │ • Check nullifier (replay?)
       │                                                              │ • Verify ZK proof (~115s)
       │                                                              │ • Mark nullifier as used
       │                                                              │
       │                                                         ◄────│ {session_token, expires_at}
       │                                                              │
       │ 15. Verify session (every request)                      ────►│
       │    {session_token, linkability_tag}                          │
       │                                                              │ • Lookup in Redis
       │                                                              │ • Verify linkability_tag
       │                                                              │   (prevents session theft)
       │                                                              │ • Check not spent
       │                                                         ◄────│ {valid: true}
       │                                                              │

🔍 Vuoi maggiori dettagli? Vedi ARCHITECTURE_FLOW.md per:

Operazioni crittografiche passo passo
Dettagli dei vincoli del circuito
Spiegazioni delle proprietà di sicurezza
Meccanismi di resistenza agli attacchi

Approfondimento sulla sicurezza delle sessioni```

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ SESSION SECURITY MECHANISMS │ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ 1. LINKABILITY TAG (Zero-Knowledge Device Binding) │ │ ═══════════════════════════════════════════════════════ │ │ │ │ linkability_tag = Blake3(device_pubkey || nullifier) │ │ │ │ • Computed client-side using hardware-bound device key │ │ • Sent with every session validation request │ │ • Server verifies: stored_tag == provided_tag │ │ │ │ ✅ PREVENTS: Session token theft/replay on different device │ │ ✅ ENSURES: Same user + same device for entire session │ │ ✅ MAINTAINS: Zero-knowledge (server doesn't learn identity) │ │ │ │ ───────────────────────────────────────────────────────────────── │ │ │ │ 2. SESSION TOKEN (Cryptographic Binding) │ │ ═══════════════════════════════════════════════════════ │ │ │ │ session_token = Poseidon(nullifier || timestamp || linkability_tag) │ │ │ │ • Generated server-side after proof verification │ │ • Stored in Redis with linkability_tag as value │ │ • Cannot be forged without knowing nullifier │ │ │ │ ✅ PREVENTS: Token forgery │ │ ✅ ENSURES: Cryptographic binding to proof │ │ │ │ ───────────────────────────────────────────────────────────────── │ │ │ │ 3. NULLIFIER (Replay Protection) │ │ ═══════════════════════════════════════════════════════ │ │ │ │ nullifier = Poseidon(credential_hash || challenge) │ │ │ │ • Unique per authentication attempt │ │ • Tracked in RocksDB (permanent) and Redis (cache) │ │ • Server rejects if nullifier seen before │ │ │ │ ✅ PREVENTS: Proof replay attacks │ │ ✅ ENSURES: One-time use per challenge │ │ │ │ ───────────────────────────────────────────────────────────────── │ │ │ │ 4. TIMESTAMP VALIDATION (Time-Bound Security) │ │ ═══════════════════════════════════════════════════════ │ │ │ │ • Proof includes timestamp (Unix epoch) │ │ • Server validates: |proof_time - server_time| < 5 minutes │ │ • Session TTL: 1 hour (sliding window) │ │ │ │ ✅ PREVENTS: Old proof replay │ │ ✅ ENSURES: Fresh authentication │ │ │ │ ───────────────────────────────────────────────────────────────── │ │ │ │ 5. CHALLENGE-RESPONSE (Freshness Guarantee) │ │ ═══════════════════════════════════════════════════════ │ │ │ │ • Server generates random 32-byte challenge │ │ • Stored in Redis with 5-minute TTL │ │ • Client must include in proof │ │ • Server verifies challenge matches and deletes │ │ │ │ ✅ PREVENTS: Pre-computed proof attacks │ │ ✅ ENSURES: Proof generated for this specific session │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

## 🔐 Proprietà Zero-Knowledge

### Cosa sa il server
- ✅ Qualcuno nel set di anonimato si è autenticato
- ✅ La prova è crittograficamente valida
- ✅ Stesso utente+dispositivo tramite tag di collegabilità
- ✅ Stato del rate limit (tentativi rimanenti)
- ✅ Stato di revoca del dispositivo
- ✅ Numero totale di utenti registrati
- ✅ Radice dell'albero di Merkle (pubblica)

### Cosa il server NON può sapere
- ❌ Quale utente specifico (1 su 1M)
- ❌ Quale dispositivo specifico (1 su 1K per utente)
- ❌ Frase di recupero (seed BIP-39)
- ❌ account_id (derivato dalla frase)
- ❌ Chiave privata del dispositivo (in TPM/Secure Enclave)
- ❌ Quale foglia dell'albero appartiene a quale utente
- ❌ Percorso Merkle dell'utente (calcolato lato client)
- ❌ Posizione tree_index dell'utente

## 📦 Distribuzione

Vedi [DEPLOYMENT.md](https://github.com/deadends/legion/blob/HEAD/docs/DEPLOYMENT.md) per la guida dettagliata alla distribuzione in produzione.

### Distribuzione rapida con Docker```bash
# Production build
docker-compose -f deployment/docker-compose.yml up -d

# Check logs
docker-compose -f deployment/docker-compose.yml logs -f legion-server

# Check health
curl http://localhost/health

Variabili d'ambiente```env

RUST_LOG=info LEGION_DATA_PATH=/var/lib/legion/data REDIS_URL=redis://127.0.0.1:6379

## 🧪 Test```bash
# Run all tests
cargo test --workspace

# Run with Redis features
cargo test --workspace --features redis

# Benchmark
cargo bench

📚 Documentazione

Architecture Flow - Flusso di autenticazione dettagliato
Security Fixes - Miglioramenti di sicurezza v1.1.0
Deployment Guide - Distribuzione in produzione
Security Policy - Garanzie di sicurezza e segnalazione
Contributing - Linee guida per i contributi

🛠️ Stack Tecnologico

ZK Proofs: Halo2 (PLONK) - Setup trasparente, nessuna cerimonia fiduciaria
Curves: Pasta (Pallas/Vesta) - Ciclo di curve per la ricorsione
Hash: Blake3 (derivazione delle credenziali), Poseidon (adatto a ZK)
Key Derivation: BIP-39 (mnemonico di 24 parole)
Hardware: WebAuthn Level 2 (TPM 2.0, Secure Enclave)
Backend: Rust, Axum, Redis (sessioni), RocksDB (persistenza)
Frontend: Rust→WASM (prover), Vanilla JS (UI), IndexedDB (archiviazione)
Deployment: Docker, Nginx, systemd

🤝 Contributi

Contributi benvenuti! Leggi prima CONTRIBUTING.md.

Forka il repository
Crea un branch per la funzionalità (git checkout -b feature/amazing)
Committa le modifiche (git commit -m 'Add amazing feature')
Esegui il push del branch (git push origin feature/amazing)
Apri una Pull Request

🔒 Sicurezza

Hai trovato un problema di sicurezza? Consulta SECURITY.md per la divulgazione responsabile.

NON aprire issue pubbliche per le vulnerabilità.

📄 Licenza

Licenza MIT - consulta il file LICENSE per i dettagli.

🔄 Registro delle modifiche

v1.3.0 - Autenticazione senza password (2024)

Modifiche principali:

✅ Autenticazione senza password - frase di recupero BIP-39 + impronta digitale
✅ Circuito a campo singolo - account_id derivato dal seed BIP-39
✅ Firme ad anello per dispositivi - anonimato del dispositivo 1-su-1024 per utente
✅ Supporto multi-dispositivo - Usa lo stesso account su 2 dispositivi
✅ Chiavi legate all'hardware - integrazione WebAuthn TPM/Secure Enclave
✅ Gestione degli elementi di campo Blake3 - conversione automatica per gli impegni dei dispositivi

Architettura:

🏗️ Nessun nome utente/password - solo frase di recupero + impronta digitale
🏗️ Derivazione di account_id lato client (Blake3 + BIP-39)
🏗️ Alberi dei dispositivi memorizzati lato server (isolamento per utente)
🏗️ Verifica a doppio albero di Merkle (albero utente + albero dispositivi)
🏗️ Conversione robusta degli elementi di campo (gestisce output Blake3 >= modulo del campo)

v1.2.0 - Architettura di prova lato client (2024)