Hệ thống bỏ phiếu chuỗi khối python

Khoa Khoa học và Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia Malaysia, Bangi 43600, Malaysia; . bạn. mku@niddiazuj (M. J. A. A. ); . bạn. mku@rukuhsaniraz (Z. S. )

*Thư tín. mộc. liamg@rafajamzu

Nhận được vào ngày 6 tháng 7 năm 2021;

Bản quyền © 2021 thuộc về tác giả

Bên được cấp phép MDPI, Basel, Thụy Sĩ. Bài viết này là một bài báo truy cập mở được phân phối theo các điều khoản và điều kiện của giấy phép Creative Commons Attribution (CC BY) (https. //Commons sáng tạo. org/giấy phép/bởi/4. 0/)

Dữ liệu liên quan

Không áp dụng

trừu tượng

Bầu cử trực tuyến là một xu hướng đang phát triển trong xã hội hiện đại. Nó có tiềm năng lớn để giảm chi phí tổ chức và tăng tỷ lệ cử tri đi bỏ phiếu. Nó loại bỏ nhu cầu in các lá phiếu hoặc mở các điểm bỏ phiếu—cử tri có thể bỏ phiếu từ bất cứ nơi nào có kết nối Internet. Bất chấp những lợi ích này, các giải pháp bỏ phiếu trực tuyến được xem xét hết sức thận trọng vì chúng gây ra các mối đe dọa mới. Một lỗ hổng duy nhất có thể dẫn đến thao túng phiếu bầu quy mô lớn. Hệ thống bỏ phiếu điện tử phải hợp pháp, chính xác, an toàn và thuận tiện khi sử dụng cho các cuộc bầu cử. Tuy nhiên, việc áp dụng có thể bị hạn chế bởi các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến hệ thống bỏ phiếu điện tử. Công nghệ chuỗi khối ra đời để khắc phục những vấn đề này và cung cấp các nút phi tập trung cho bỏ phiếu điện tử và được sử dụng để sản xuất các hệ thống bỏ phiếu điện tử chủ yếu nhờ lợi thế xác minh từ đầu đến cuối của chúng. Công nghệ này là một sự thay thế tuyệt vời cho các giải pháp bỏ phiếu điện tử truyền thống với các đặc điểm bảo vệ an ninh, không thoái thác và phân tán. Bài viết dưới đây giới thiệu tổng quan về hệ thống bỏ phiếu điện tử dựa trên công nghệ chuỗi khối. Mục tiêu chính của phân tích này là kiểm tra tình trạng hiện tại của nghiên cứu bỏ phiếu dựa trên blockchain và hệ thống bỏ phiếu trực tuyến và bất kỳ khó khăn liên quan nào để dự đoán sự phát triển trong tương lai. Nghiên cứu này cung cấp một mô tả khái niệm về ứng dụng bỏ phiếu điện tử dựa trên chuỗi khối dự định và giới thiệu về cấu trúc và đặc điểm cơ bản của chuỗi khối liên quan đến bỏ phiếu điện tử. Theo kết quả của nghiên cứu này, người ta đã phát hiện ra rằng các hệ thống chuỗi khối có thể giúp giải quyết một số vấn đề hiện đang gây khó khăn cho các hệ thống bầu cử. Mặt khác, các vấn đề thường được đề cập nhất trong các ứng dụng blockchain là bảo vệ quyền riêng tư và tốc độ giao dịch. Đối với một hệ thống bỏ phiếu điện tử dựa trên chuỗi khối bền vững, tính bảo mật của việc tham gia từ xa phải khả thi và để có khả năng mở rộng, tốc độ giao dịch phải được giải quyết. Do những lo ngại này, người ta đã xác định rằng các khuôn khổ hiện có cần phải được cải thiện để được sử dụng trong các hệ thống bỏ phiếu

Từ khóa. bỏ phiếu điện tử, bảo mật, bỏ phiếu điện tử dựa trên chuỗi khối, quyền riêng tư, công nghệ chuỗi khối, biểu quyết, sự tin tưởng

1. Giới thiệu

Liêm chính trong bầu cử là điều cần thiết không chỉ đối với các quốc gia dân chủ mà còn đối với niềm tin và trách nhiệm pháp lý của cử tri tiểu bang. Phương pháp bỏ phiếu chính trị là rất quan trọng trong khía cạnh này. Từ quan điểm của chính phủ, các công nghệ bỏ phiếu điện tử có thể thúc đẩy sự tham gia và lòng tin của cử tri, đồng thời khơi dậy sự quan tâm đến hệ thống bỏ phiếu. Là một phương tiện hiệu quả để đưa ra các quyết định dân chủ, các cuộc bầu cử từ lâu đã là mối quan tâm của xã hội. Khi số lượng phiếu bầu trong cuộc sống thực tăng lên, người dân ngày càng nhận thức rõ hơn về tầm quan trọng của hệ thống bầu cử [1,2]. Hệ thống bỏ phiếu là phương pháp mà qua đó các thẩm phán đánh giá ai sẽ đại diện trong chính trị và quản trị doanh nghiệp. Dân chủ là một hệ thống cử tri bầu ra những người đại diện bằng cách bỏ phiếu [3,4]. Hiệu quả của một thủ tục như vậy được xác định chủ yếu bởi mức độ tin tưởng mà mọi người có trong quá trình bầu cử. Việc tạo ra các thiết chế lập pháp để đại diện cho mong muốn của người dân là một xu hướng nổi tiếng. Các cơ quan chính trị như vậy khác với các hiệp hội sinh viên đến các khu vực bầu cử. Trong những năm qua, lá phiếu đã trở thành nguồn lực chính để thể hiện ý chí của công dân bằng cách lựa chọn từ các lựa chọn mà họ đưa ra [2]

Phương pháp bỏ phiếu truyền thống hoặc trên giấy giúp tăng sự tin tưởng của mọi người vào lựa chọn bằng cách bỏ phiếu theo đa số. Nó đã giúp làm cho quá trình dân chủ và hệ thống bầu cử trở nên đáng giá để bầu ra các khu vực bầu cử và chính phủ dân chủ hơn. Có 167 quốc gia có nền dân chủ vào năm 2018, trong số khoảng 200 quốc gia, hoặc là hoàn toàn thiếu sót hoặc là hỗn hợp [5,6]. Mô hình bỏ phiếu kín đã được sử dụng để nâng cao lòng tin vào các hệ thống dân chủ kể từ khi bắt đầu hệ thống bỏ phiếu

Điều cần thiết là đảm bảo rằng sự đảm bảo trong bỏ phiếu không giảm bớt. Một nghiên cứu gần đây cho thấy quy trình bầu cử truyền thống không hoàn toàn hợp vệ sinh, đặt ra một số câu hỏi, bao gồm sự công bằng, bình đẳng và ý chí của người dân, không được [7] định lượng và hiểu đầy đủ dưới hình thức chính phủ [2,8]

Các kỹ sư trên toàn cầu đã tạo ra các kỹ thuật bỏ phiếu mới cung cấp một số biện pháp bảo vệ chống tham nhũng trong khi vẫn đảm bảo rằng quy trình bỏ phiếu phải chính xác. Công nghệ đã giới thiệu các kỹ thuật và phương pháp bỏ phiếu điện tử mới [9], rất cần thiết và đã đặt ra những thách thức đáng kể cho hệ thống dân chủ. Bỏ phiếu điện tử tăng độ tin cậy của cuộc bầu cử khi so sánh với bỏ phiếu thủ công. Trái ngược với phương pháp bỏ phiếu thông thường, nó đã nâng cao cả hiệu quả và tính toàn vẹn của quy trình [10]. Do tính linh hoạt, dễ sử dụng và chi phí rẻ so với tổng tuyển cử nên bỏ phiếu điện tử được sử dụng rộng rãi trong các quyết định khác nhau [11]. Mặc dù vậy, các phương pháp bỏ phiếu điện tử hiện tại có nguy cơ vượt quá thẩm quyền và các chi tiết bị thao túng, hạn chế tính công bằng cơ bản, quyền riêng tư, bí mật, ẩn danh và minh bạch trong quá trình bỏ phiếu. Hầu hết các thủ tục hiện được tập trung hóa, được cấp phép bởi cơ quan quan trọng, được kiểm soát, đo lường và giám sát trong một hệ thống bỏ phiếu điện tử, đây là một vấn đề đối với quy trình bỏ phiếu minh bạch trong chính nó

Mặt khác, các giao thức bỏ phiếu điện tử có một bộ điều khiển duy nhất giám sát toàn bộ quá trình bỏ phiếu [12]. Kỹ thuật này dẫn đến các lựa chọn sai lầm do sự thiếu trung thực của cơ quan trung ương (ủy ban bầu cử), rất khó khắc phục bằng các phương pháp hiện có. Mạng phi tập trung có thể được sử dụng như một kỹ thuật bỏ phiếu điện tử hiện đại để phá vỡ cơ quan trung ương

Công nghệ chuỗi khối cung cấp một nút phi tập trung để bỏ phiếu trực tuyến hoặc bỏ phiếu điện tử. Các công nghệ sổ cái phân tán gần đây, chuỗi khối như vậy đã được sử dụng để tạo ra các hệ thống bỏ phiếu điện tử chủ yếu là do các lợi thế xác minh từ đầu đến cuối của chúng [13]. Chuỗi khối là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các hệ thống bỏ phiếu điện tử thông thường với các tính năng như phân cấp, chống thoái thác và bảo vệ an ninh. Nó được sử dụng để tổ chức cả phòng họp và bỏ phiếu công khai [8]. Một chuỗi khối, ban đầu là một chuỗi các khối, là một danh sách các khối ngày càng tăng được kết hợp với các kết nối mật mã. Mỗi khối chứa dữ liệu băm, dấu thời gian và giao dịch từ khối trước đó. Chuỗi khối được tạo ra để chống dữ liệu. Bỏ phiếu là một giai đoạn mới của công nghệ chuỗi khối; . Với việc sử dụng chuỗi khối cho các ứng dụng bỏ phiếu điện tử, những nỗ lực như sử dụng công nghệ chuỗi khối để bảo đảm và điều chỉnh các cuộc bầu cử gần đây đã nhận được nhiều sự chú ý [15]

Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau. Phần 2 giải thích cách thức hoạt động của công nghệ chuỗi khối và thảo luận về nền tảng hoàn chỉnh của công nghệ này. Cách công nghệ chuỗi khối có thể chuyển hệ thống bỏ phiếu điện tử được trình bày trong Phần 3. Trong Phần 4, các vấn đề và giải pháp phát triển hệ thống bỏ phiếu trực tuyến được xác định. Các yêu cầu bảo mật cho hệ thống bỏ phiếu điện tử được thảo luận trong Phần 5 và khả năng bỏ phiếu điện tử trên chuỗi khối được trình bày chi tiết trong Phần 6. Phần 7 thảo luận về các hệ thống bỏ phiếu điện tử dựa trên chuỗi khối có sẵn và phân tích chúng một cách kỹ lưỡng. Trong Phần 8, tất cả các thông tin liên quan đến tổng quan tài liệu mới nhất đều được thảo luận và phân tích sâu. Phần 9 đề cập đến nghiên cứu, các vấn đề mở và xu hướng trong tương lai. Hơn nữa, cuối cùng, Phần 10 kết thúc khảo sát này

2. Tiểu sử

Điều đầu tiên bạn nghĩ đến về blockchain là tiền điện tử và hợp đồng thông minh vì các sáng kiến ​​nổi tiếng về Bitcoin và Ethereum. Bitcoin là giải pháp tiền điện tử đầu tiên sử dụng cấu trúc dữ liệu chuỗi khối. Ethereum đã giới thiệu các hợp đồng thông minh tận dụng sức mạnh của tính bất biến của chuỗi khối và sự đồng thuận phân tán trong khi cung cấp giải pháp tiền điện tử có thể so sánh với Bitcoin. Khái niệm về hợp đồng thông minh đã được Nick Szabo giới thiệu sớm hơn nhiều vào những năm 1990 và được mô tả là “một tập hợp các lời hứa, được chỉ định ở dạng kỹ thuật số, bao gồm các giao thức mà các bên thực hiện theo những lời hứa này” [16]. Trong Ethereum, hợp đồng thông minh là một đoạn mã được triển khai trên mạng để mọi người đều có quyền truy cập vào nó. Kết quả của việc thực thi mã này được xác minh bởi cơ chế đồng thuận và bởi toàn bộ thành viên của mạng [17]

Ngày nay, chúng tôi gọi chuỗi khối là một tập hợp các công nghệ kết hợp chính cấu trúc dữ liệu chuỗi khối, thuật toán đồng thuận phân tán, mật mã khóa công khai và hợp đồng thông minh [18]. Dưới đây chúng tôi mô tả các công nghệ này chi tiết hơn

Chuỗi khối tạo ra một loạt các khối được sao chép trên mạng ngang hàng. Bất kỳ khối nào trong chuỗi khối đều có hàm băm mật mã và dấu thời gian được thêm vào khối trước đó, như thể hiện trong Hình 1 . Một khối chứa tiêu đề khối cây Merkle và một số giao dịch [19]. Đó là một phương pháp mạng an toàn kết hợp khoa học máy tính và toán học để ẩn dữ liệu và thông tin khỏi những người khác được gọi là mật mã. Nó cho phép dữ liệu được truyền an toàn qua mạng không an toàn, ở dạng mã hóa và giải mã [20,21].

Mở trong cửa sổ riêng

Hình 1

cấu trúc chuỗi khối

Như đã đề cập, bản thân chuỗi khối là tên của cấu trúc dữ liệu. Tất cả dữ liệu đã viết được chia thành các khối và mỗi khối chứa một hàm băm của tất cả dữ liệu từ khối trước đó như một phần dữ liệu của nó [22]. Mục đích của việc sử dụng cấu trúc dữ liệu như vậy là để đạt được tính bất biến có thể chứng minh được. Nếu một phần dữ liệu bị thay đổi, hàm băm của khối chứa phần này cần được tính toán lại và hàm băm của tất cả các khối tiếp theo cũng cần được tính toán lại [23]. Điều đó có nghĩa là chỉ sử dụng hàm băm của khối mới nhất để đảm bảo rằng tất cả dữ liệu không thay đổi. Trong các giải pháp chuỗi khối, dữ liệu được lưu trữ trong các khối được hình thành từ tất cả các giao dịch đã được xác thực trong quá trình tạo, điều đó có nghĩa là không ai có thể chèn, xóa hoặc thay đổi các giao dịch trong một khối đã được xác thực mà không bị phát hiện [24]. Khối không ban đầu, được gọi là “khối gốc”, thường chứa một số cài đặt mạng, ví dụ: bộ trình xác thực ban đầu (những người phát hành khối)

Các giải pháp chuỗi khối được phát triển để sử dụng trong môi trường phân tán. Người ta cho rằng các nút chứa dữ liệu giống hệt nhau và tạo thành một mạng ngang hàng mà không có cơ quan trung ương. Thuật toán đồng thuận được sử dụng để đạt được thỏa thuận về dữ liệu chuỗi khối có khả năng chịu lỗi khi có các tác nhân độc hại. Sự đồng thuận như vậy được gọi là khả năng chịu lỗi của Byzantine, được đặt tên theo Bài toán của các vị tướng Byzantine [25]. Các giải pháp chuỗi khối sử dụng các thuật toán đồng thuận chịu lỗi Byzantine (BFT) khác nhau. Những thứ dự định sẽ được sử dụng trong các mạng tự tổ chức phi tập trung hoàn toàn, chẳng hạn như nền tảng tiền điện tử, sử dụng các thuật toán như bằng chứng công việc hoặc bằng chứng cổ phần, trong đó trình xác thực được chọn bằng thuật toán để nó mang lại lợi nhuận kinh tế cho . Khi mạng không cần tự tổ chức, có thể chọn trình xác thực ở giai đoạn thiết lập mạng [27]. Vấn đề là tất cả những người xác thực thực hiện tất cả các giao dịch đến và đồng ý đạt được kết quả để hơn hai phần ba số người xác nhận trung thực cần quyết định về kết quả

Mật mã khóa công khai được sử dụng chủ yếu cho hai mục đích. Thứ nhất, tất cả những người xác nhận sở hữu cặp khóa của họ được sử dụng để ký các thông báo đồng thuận và thứ hai, tất cả các giao dịch đến (yêu cầu sửa đổi dữ liệu chuỗi khối) phải được ký để xác định người yêu cầu. Tính ẩn danh trong bối cảnh chuỗi khối liên quan đến thực tế là bất kỳ ai muốn sử dụng tiền điện tử chỉ cần tạo một cặp khóa ngẫu nhiên và sử dụng nó để kiểm soát ví được liên kết với khóa công khai [28]. Giải pháp chuỗi khối đảm bảo rằng chỉ chủ sở hữu cặp khóa mới có thể quản lý tiền trong ví và thuộc tính này có thể kiểm chứng được [29,30]. Đối với bỏ phiếu trực tuyến, các lá phiếu cần được chấp nhận ẩn danh nhưng chỉ từ những cử tri đủ điều kiện, do đó, bản thân blockchain chắc chắn không thể giải quyết vấn đề quyền riêng tư của cử tri

Hợp đồng thông minh đã thổi sức sống mới vào các giải pháp blockchain. Họ đã kích thích ứng dụng công nghệ chuỗi khối trong nỗ lực cải thiện nhiều lĩnh vực. Bản thân hợp đồng thông minh không gì khác hơn là một đoạn logic được viết bằng mã. Tuy nhiên, nó có thể hoạt động như một bên thứ ba đáng tin cậy vô điều kiện kết hợp với tính bất biến được cung cấp bởi cấu trúc dữ liệu chuỗi khối và sự đồng thuận phân tán [31]. Sau khi được viết, nó không thể bị thay đổi và tất cả những người tham gia mạng xác minh tất cả các bước. Điều tuyệt vời về hợp đồng thông minh là bất kỳ ai có thể thiết lập nút chuỗi khối đều có thể xác minh kết quả của nó

Như trường hợp của bất kỳ công nghệ nào khác, công nghệ chuỗi khối có những nhược điểm của nó. Không giống như các giải pháp phân tán khác, một chuỗi khối khó mở rộng quy mô. Số lượng nút tăng lên không cải thiện hiệu suất mạng vì theo định nghĩa, mọi nút cần thực hiện tất cả các giao dịch và quá trình này không được chia sẻ giữa các nút [32]. Hơn nữa, việc tăng số lượng trình xác thực sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất vì nó ngụ ý trao đổi thông báo nhiều hơn trong quá trình đồng thuận. Vì lý do tương tự, các giải pháp chuỗi khối dễ bị tấn công từ chối dịch vụ khác nhau. Nếu một chuỗi khối cho phép bất kỳ ai xuất bản hợp đồng thông minh trong mạng, thì hoạt động của toàn bộ mạng có thể bị vô hiệu hóa bằng cách đặt một vòng lặp vô hạn trong hợp đồng thông minh. Một mạng cũng có thể bị tấn công bằng cách chỉ gửi một số lượng đáng kể các giao dịch. Đến một lúc nào đó hệ thống sẽ từ chối nhận thêm bất cứ thứ gì. Trong các giải pháp tiền điện tử, tất cả các giao dịch đều có chi phí thực hiện. càng sử dụng nhiều tài nguyên, giao dịch sẽ càng đắt và có ngưỡng chi phí, với các giao dịch vượt quá ngưỡng sẽ bị loại bỏ. Trong các mạng chuỗi khối riêng tư [33,34], vấn đề này được giải quyết tùy thuộc vào cách mạng được triển khai thông qua cơ chế chính xác về chi phí giao dịch, kiểm soát truy cập hoặc điều gì đó phù hợp hơn với bối cảnh cụ thể

2. 1. Các thành phần cốt lõi của kiến ​​trúc chuỗi khối

Đây là các thành phần kiến ​​trúc chính của Chuỗi khối như thể hiện trong Hình 2 .

Mở trong cửa sổ riêng

Hình 2

Các thành phần cốt lõi của kiến ​​trúc chuỗi khối

• Nút. Người dùng hoặc máy tính trong bố cục chuỗi khối (mỗi thiết bị có một bản sao sổ cái hoàn chỉnh khác nhau từ chuỗi khối);

• Giao dịch. Nó là khối xây dựng nhỏ nhất của hệ thống chuỗi khối (hồ sơ và chi tiết), mà chuỗi khối sử dụng;

• Khối. Một khối là tập hợp các cấu trúc dữ liệu được sử dụng để xử lý các giao dịch qua mạng được phân phối cho tất cả các nút

• Chuỗi. Một loạt các khối theo một thứ tự cụ thể;

• thợ mỏ. Các nút tương ứng để xác thực giao dịch và thêm khối đó vào hệ thống chuỗi khối;

• Đoàn kết. Một tập hợp các lệnh và tổ chức để thực hiện các quy trình chuỗi khối

2. 2. Các đặc điểm quan trọng của kiến ​​trúc chuỗi khối

Kiến trúc chuỗi khối mang lại nhiều lợi ích cho tất cả các lĩnh vực kết hợp chuỗi khối. Dưới đây là nhiều đặc điểm nhúng như được mô tả Hình 3 .

• mật mã. Các giao dịch chuỗi khối được xác thực và chính xác nhờ tính toán và bằng chứng mật mã giữa các bên liên quan;

• tính bất biến. Không thể thay đổi hoặc xóa bất kỳ tài liệu blockchain nào;

• Nguồn gốc. Nó đề cập đến thực tế là mọi giao dịch đều có thể được theo dõi trong sổ cái chuỗi khối;

• phân quyền. Toàn bộ cơ sở dữ liệu phân tán có thể được truy cập bởi tất cả các thành viên của mạng chuỗi khối. Thuật toán đồng thuận cho phép kiểm soát hệ thống, như thể hiện trong quy trình cốt lõi;

• ẩn danh. Người tham gia mạng blockchain đã tạo địa chỉ thay vì nhận dạng người dùng. Nó duy trì tính ẩn danh, đặc biệt là trong một hệ thống công cộng blockchain;

• minh bạch. Nó có nghĩa là không thể thao túng mạng blockchain. Điều đó không xảy ra vì phải mất nhiều tài nguyên tính toán để xóa mạng chuỗi khối

Mở trong cửa sổ riêng

Hình 3

Đặc điểm của kiến ​​trúc chuỗi khối

3. Cách Blockchain có thể biến đổi hệ thống bỏ phiếu điện tử

Công nghệ chuỗi khối đã khắc phục những thiếu sót trong phương pháp bầu cử ngày nay, làm cho cơ chế bỏ phiếu trở nên rõ ràng và dễ tiếp cận, ngừng bỏ phiếu bất hợp pháp, tăng cường bảo vệ dữ liệu và kiểm tra kết quả của cuộc bỏ phiếu. Việc triển khai phương thức bỏ phiếu điện tử trong chuỗi khối là rất quan trọng [35]. Tuy nhiên, bỏ phiếu điện tử tiềm ẩn những rủi ro đáng kể, chẳng hạn như nếu hệ thống bỏ phiếu điện tử bị xâm phạm, tất cả phiếu bầu có thể bị thao túng và sử dụng sai mục đích. Do đó, bỏ phiếu điện tử vẫn chưa được áp dụng trên quy mô toàn quốc, xem xét tất cả các lợi thế có thể có của nó. Ngày nay, có một giải pháp khả thi để khắc phục rủi ro và bỏ phiếu điện tử, đó là công nghệ chuỗi khối. Trong Hình 4 , người ta có thể thấy sự khác biệt chính giữa cả hai hệ thống. Trong các hệ thống bỏ phiếu truyền thống, chúng tôi có một cơ quan trung ương để bỏ phiếu. Nếu ai đó muốn sửa đổi hoặc thay đổi bản ghi, họ có thể thực hiện nhanh chóng; . Một không có cơ quan trung ương; . Không thể hack tất cả các nút và thay đổi dữ liệu. Do đó, theo cách này, người ta không thể hủy các phiếu bầu và xác minh hiệu quả các phiếu bầu bằng cách kiểm đếm với các nút khác.

Mở trong cửa sổ riêng

hinh 4

truyền thống so với. hệ thống bỏ phiếu chuỗi khối

Nếu công nghệ được sử dụng đúng cách, chuỗi khối là một sổ cái kỹ thuật số, phi tập trung, được mã hóa, minh bạch, có thể chống lại sự thao túng và gian lận. Do cấu trúc phân tán của chuỗi khối, hệ thống bỏ phiếu điện tử Bitcoin giúp giảm rủi ro liên quan đến bỏ phiếu điện tử và cho phép chống giả mạo cho hệ thống bỏ phiếu. Hệ thống bỏ phiếu điện tử dựa trên chuỗi khối yêu cầu cơ sở hạ tầng bỏ phiếu phân tán hoàn toàn. Bỏ phiếu điện tử dựa trên chuỗi khối sẽ chỉ hoạt động khi hệ thống bỏ phiếu trực tuyến được kiểm soát hoàn toàn bởi không một cơ quan đơn lẻ nào, kể cả chính phủ [36]. Tóm lại, các cuộc bầu cử chỉ có thể tự do và công bằng khi có niềm tin rộng rãi vào tính hợp pháp của quyền lực do những người có thẩm quyền nắm giữ. Đánh giá tài liệu cho lĩnh vực nghiên cứu này và các thí nghiệm liên quan khác có thể được coi là một cách tốt để làm cho việc bỏ phiếu hiệu quả hơn về mặt quản lý và sự tham gia. Tuy nhiên, ý tưởng sử dụng chuỗi khối đã đưa ra một mô hình mới cho bỏ phiếu điện tử

4. Vấn Đề Và Giải Pháp Phát Triển Hệ Thống Bỏ Phiếu Trực Tuyến

Cho dù nói về bỏ phiếu trên giấy truyền thống, bỏ phiếu qua máy bỏ phiếu kỹ thuật số hay hệ thống bỏ phiếu trực tuyến, một số điều kiện cần phải được đáp ứng

• Đủ điều kiện. Chỉ những cử tri hợp pháp mới có thể tham gia bỏ phiếu;

• không thể sử dụng lại. Mỗi cử tri chỉ được bầu một lần;

• Sự riêng tư. Không ai ngoại trừ cử tri có thể có được thông tin về sự lựa chọn của cử tri;

• Công bằng. Không ai được lấy kết quả biểu quyết trung gian;

• âm thanh. Phiếu bầu không hợp lệ phải được phát hiện và không được tính đến trong quá trình kiểm phiếu;

• sự hoàn thiện. Tất cả các lá phiếu hợp lệ phải được kiểm đếm chính xác

Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các giải pháp để đáp ứng các đặc tính này trong hệ thống bỏ phiếu trực tuyến

4. 1. Đủ điều kiện

Giải pháp cho vấn đề đủ điều kiện là khá rõ ràng. Để tham gia bỏ phiếu trực tuyến, cử tri cần xác định danh tính của mình bằng hệ thống nhận dạng được công nhận. Định danh của tất cả các cử tri hợp pháp cần được thêm vào danh sách những người tham gia. Nhưng có những mối đe dọa. Thứ nhất, tất cả các sửa đổi được thực hiện đối với danh sách tham gia cần phải được kiểm tra để không có cử tri bất hợp pháp nào được thêm vào, và thứ hai, hệ thống nhận dạng phải đáng tin cậy và an toàn để tài khoản của cử tri không thể bị đánh cắp hoặc sử dụng bởi kẻ xâm nhập. Bản thân việc xây dựng một hệ thống nhận dạng như vậy đã là một nhiệm vụ phức tạp [37]. Tuy nhiên, vì loại hệ thống này cần thiết cho nhiều bối cảnh khác, đặc biệt là liên quan đến các dịch vụ của chính phủ kỹ thuật số, các nhà nghiên cứu tin rằng tốt nhất nên sử dụng một hệ thống nhận dạng hiện có và câu hỏi về việc tạo ra một hệ thống nằm ngoài phạm vi nghiên cứu.

4. 2. không thể sử dụng lại

Thoạt nhìn, việc thực hiện tính không tái sử dụng có vẻ đơn giản—khi cử tri bỏ phiếu, tất cả những gì cần làm là đánh dấu vào danh sách tham gia và không cho phép họ bỏ phiếu lần thứ hai. Nhưng quyền riêng tư cần được xem xét; . Hơn nữa, có thể cần phải cho phép cử tri bỏ phiếu lại, khiến nhiệm vụ trở nên phức tạp hơn [38]. Tổng quan ngắn gọn về các kỹ thuật không thể sử dụng lại sẽ được cung cấp bên dưới cùng với phác thảo về triển khai quyền riêng tư

4. 3. Sự riêng tư

Quyền riêng tư trong bối cảnh bỏ phiếu trực tuyến có nghĩa là không ai ngoại trừ cử tri biết người tham gia đã bỏ phiếu như thế nào. Đạt được tính chất này chủ yếu dựa vào một (hoặc nhiều) kỹ thuật sau. chữ ký mù, mã hóa đồng cấu và mạng hỗn hợp [39]. Chữ ký mù là một phương pháp ký dữ liệu khi người ký không biết những gì họ đang ký. Nó đạt được bằng cách sử dụng một hàm ẩn để các hàm ẩn và ký có tính chất giao hoán–Blind(Sign(message)) = Sign(Blind(message)). Người yêu cầu làm mù (áp dụng chức năng làm mù) tin nhắn của họ và gửi nó để ký. Sau khi có được chữ ký cho một tin nhắn bị che khuất, họ sử dụng kiến ​​thức về các tham số làm mù để lấy được chữ ký cho một tin nhắn không bị che khuất. Về mặt toán học, chữ ký mù ngăn chặn bất kỳ ai ngoại trừ người yêu cầu liên kết một thông báo bị mù và một cặp chữ ký tương ứng với một chữ ký không bị mù [40]

Cơ chế biểu quyết do Fujioka, Okamoto và Ohta đề xuất năm 1992 [41] sử dụng chữ ký mù. Một cử tri đủ điều kiện bịt kín lá phiếu của mình và gửi cho người xác thực. Người xác thực xác nhận rằng cử tri được phép tham gia, ký vào lá phiếu bịt mắt và trả lại cho cử tri. Sau đó, cử tri lấy chữ ký cho phiếu bầu không bị che và gửi cho người kiểm phiếu, và người kiểm phiếu xác minh chữ ký của người xác thực trước khi chấp nhận lá phiếu

Nhiều giao thức bỏ phiếu trực tuyến đã phát triển từ sơ đồ này, cải thiện khả năng sử dụng (theo phương pháp ban đầu, cử tri phải đợi đến khi kết thúc cuộc bầu cử và gửi khóa giải mã lá phiếu), cho phép bỏ phiếu lại hoặc thực hiện phản kháng cưỡng chế. Mối đe dọa chính ở đây là quyền lực của người ký. Phải có nhật ký có thể kiểm chứng của tất cả các chữ ký được phát ra; . Cũng cần xác minh rằng tài khoản của cử tri được phép bỏ phiếu nhưng không tham gia bỏ phiếu không bị kẻ gian lợi dụng. Để thực sự phá vỡ mối liên hệ giữa cử tri và lá phiếu, lá phiếu và chữ ký cần phải được gửi qua một kênh ẩn danh [43]

Mã hóa đồng hình là một dạng mã hóa cho phép thực hiện các phép toán trên dữ liệu được mã hóa mà không cần giải mã, ví dụ: phép cộng

Enc(a) + Enc(b) = Enc(a + b); . Trong bối cảnh bỏ phiếu trực tuyến, mã hóa đồng cấu phụ gia cho phép chúng tôi tính tổng tất cả các lựa chọn của cử tri trước khi giải mã

Điều đáng nói ở đây là mã hóa đồng hình nhân thường có thể được sử dụng như một phép cộng. Ví dụ: nếu chúng ta có các lựa chọn x và y và mã hóa đồng hình nhân, chúng ta có thể chọn một giá trị g và mã hóa lũy thừa. Enc(gx) × Enc(gy) = Enc(g(x + y))

Mã hóa đồng cấu có thể được sử dụng để có được các thuộc tính khác nhau cần thiết trong hệ thống bỏ phiếu trực tuyến; . Sử dụng mã hóa đồng hình để bảo mật ngụ ý rằng việc giải mã được thực hiện bởi một số cơ quan có thẩm quyền để không ai có thể lấy được khóa giải mã;

Nó thường được thực hiện với sơ đồ giải mã ngưỡng. Chẳng hạn, giả sử chúng ta có n cơ quan. Để giải mã một kết quả, chúng ta cần t trong số chúng, t