[論文レビュー] A transparent referendum protocol with immutable proceedings and verifiable outcome for trustless networks

Maximilian Schiedermeier, Omar Hasan+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 16被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、セキュアなマルチパーティ計算（SMPC）とブロックチェーン技術を組み合わせることで、 ballot 秘密性、検証可能かつ改ざん不能な手続きを保証する、透明で信頼性のない参照投票プロトコルを提案する。すべての通信を分散型レッセに記録することにより、参加者は第三者に依存せずに参照投票プロセスの正しさを独立して検証可能となり、エンド・ツー・エンドの検証可能性と、共謀や改ざんに対する耐性を実現する。

ABSTRACT

High voter turnout in elections and referendums is very desirable in order to ensure a robust democracy. Secure electronic voting is a vision for the future of elections and referendums. Such a system can counteract factors that hinder strong voter turnout such as the requirement of physical presence during limited hours at polling stations. However, this vision brings transparency and confidentiality requirements that render the design of such solutions challenging. Specifically, the counting must be implemented in a reproducible way and the ballots of individual voters must remain concealed. In this paper, we propose and evaluate a referendum protocol that ensures transparency, confidentiality, and integrity, in trustless networks. The protocol is built by combining Secure Multi-Party Computation (SMPC) and Distributed Ledger or Blockchain technology. The persistence and immutability of the protocol communication allows verifiability of the referendum outcome on the client side. Voters therefore do not need to trust in third parties. We provide a formal description and conduct a thorough security evaluation of our proposal.

研究の動機と目的

• 信頼できる第三者に依存しない安全で透明な電子参照投票システムの設計。
• 完全なクライアント側での結果検証を可能にしつつ、投票の秘密性を保証すること。
• 暗号的手法とプロトコルレベルの保護を通じて、共謀、二重投票、脱匿名化を防止すること。
• ブロックチェーン技術を用いて、すべての参加者行動の検証可能で改ざん不能なログを提供すること。
• 信頼性のないネットワークにおける現実的な攻撃者モデルに対するプロトコルの耐性を評価すること。

提案手法

• プロトコルは、投票者のプライバシーを保持しながらも、参照投票結果を安全に計算するために SMPC を使用する。
• すべての通信および行動がパブリックブロックチェーンに記録され、改ざん不能性と透明性が保証される。
• 参加者は、ブロックチェーン経由でランダムに選ばれたワーカーに暗号化された投票シェアを送信し、その後、しきい値型秘密分散方式を用いて集約される。
• 参加者登録には匿名認証を採用し、登録データと公開鍵はレジスタに記録されて監査可能である。
• 通信は TOR を介して行われ、脱匿名化や側帯攻撃を防ぐ。
• SMPCスキームにおける高いしきい値値により、共謀のリスクが低減され、統計的外れ値分析を用いて悪意ある行動の検出が可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できる第三者に依存せずに、どのように参照投票プロトコルがエンド・ツー・エンドの検証可能性を達成できるか？
• RQ2 ブロックチェーン技術は、参照投票手続きの改ざん不能性と透明性をどの程度保証できるか？
• RQ3 プロトコルは、ワーカーや投票者間の共謀に対してどのように耐性を示し、悪意ある行動を検出するメカニズムは何か？
• RQ4 クライアント側での結果検証を可能にしつつ、投票の秘密性を維持できるか？
• RQ5 信頼性のない環境において、二重投票や脱匿名化をどのように防止できるか？

主な発見

• すべての行動がブロックチェーンに記録されることで、プロトコルは参加者が第三者に依存せずに参照投票結果を完全にクライアント側で検証可能となり、信頼できる当局への依存が排除される。
• SMPCによって投票の秘密性が保たれ、ワーカーが侵害されても個々の投票が機密性を保つ。
• 二重投票は、特定のワーカーへの投票シェアのうち、最新のものだけが受け入れられる仕組みにより検出可能であり、票数の増加を防ぐ。
• 参加者の身元を隠匿し、SMPCスキームにおける高いしきい値を用いることで、共謀に対する耐性が高まり、統計的外れ値分析により悪意ある行動の検出が可能になる。
• エンド・ツー・エンド暗号化と TOR を用いた通信により、脱匿名化や側帯通信のリスクが低減され、密かな共謀のリスクも軽減される。
• 登録データ、公開鍵、通信メタデータをブロックチェーンに記録することで、検証可能な監査証跡が提供され、除外や悪意ある行動の証明が可能になる。