[論文レビュー] Transparent Voting Platform Based on Permissioned Blockchain

Nazim Faour|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2018

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 24被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、投票者のプライバシー、投票の完全性、エンド・ツー・エンドの検証可能性を保証する許可型ブロックチェーンベースの投票プラットフォームを提案する。許可型ブロックチェーンアーキテクチャを活用することで、不正防止の可能な透明な選挙を実現する一方で、投票者が自身の投票が正しく集計されたことを暗号的に検証可能でありながら、匿名性を損なわない。これは、賄賂の場面でも同様に成立する。

ABSTRACT

Since 2004, different research was handling the challenges in the centralized voting systems, e-voting protocols and recently the decentralized voting. So electronic voting puts forward some difficulties regarding the voter anonymity, the secure casting of the votes and to prevent the voting process from frauding. The Decentralized property of the technology called "blockchain" could have the solution for many of the challenges in voting research area and brings a new secure mechanism of safe and transparent voting. In this paper, a broad comparison between ongoing voting systems has studied by analyzing their structure and the drawbacks that should consider in future to improve the whole election process from keeping the privacy of the voter, casting a vote with the possibility to check if it was counted correctly to publishing the results. The result of the paper will give a new approach to extend the target of the election from small scale to large scale despite the fact of Ethereum limitation which can cast on the blockchain just five votes per minute. The primary challenge is to find an answer for this question: "How to balance between voter privacy and transparency without breaking the important rule where the voter can proof for a specific candidate that he voted for him in a bribe situation?".

研究の動機と目的

• 電子投票における重要な課題、すなわち投票者の匿名性、投票の完全性、不正に対する耐性を解決すること。
• ブロックチェーン技術が投票システムにおける透明性とセキュリティをどのように向上させられるかを検討すること。
• 特に、賄賂や強制の場面を想定した際の、投票者のプライバシーと検証可能性のバランスを取ること。
• Ethereumのような既存のブロックチェーンの性能制限を考慮しても、大規模選挙に適したスケーラブルな投票プラットフォームを設計すること。
• 投票者が自身の投票が集計されたことを明らかにせずに確認できるフレームワークを提供すること。

提案手法

• 参加者アクセスを制御し、パブリックブロックチェーンよりもパフォーマンスを向上させるために、許可型ブロックチェーンアーキテクチャを設計すること。
• 投票者が自身の投票が記録されたことを暴露せずに検証できるように、ゼロ知識証明または類似の暗号技術を実装すること。
• 信頼できる機関モデルを用いて、投票者の登録と投票の提出を管理し、適格な投票者だけが参加できるようにすること。
• 投票のプライバシーを維持しながらも、最終的な集計を公開して検証可能にするために、検証可能なシャッフルプロトコルを統合すること。
• 各投票が固有の投票者IDに関連付けられるが、投票内容とはリンクできないようにブロックチェーンを構造化すること。
• 投票者が自身の投票が最終集計に含まれたことを示すレシートを公開できる仕組みを提供することで、エンド・ツー・エンドの検証可能性を実現すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにすれば、投票者の匿名性を保ちつつ、自身の投票が正しく集計されたことを確認できるか？
• RQ2 ブロックチェーンを用いた電子投票において、透明性とプライバシーの両立を実現するアーキテクチャ設計はどのようなものか？
• RQ3 許可型ブロックチェーンは、Ethereumのようなパブリックブロックチェーンのスケーラビリティの制限を、大規模選挙において克服できるか？
• RQ4 検証可能性を維持しつつ、強制や賄賂の防止はどのように実現できるか？
• RQ5 投票が提示段階から集計段階にかけて、改ざんされたり紛失されたりしないようにする仕組みは何か？

主な発見

• 提案されたシステムは、投票者IDと投票内容を明確に分離することで、プライバシーを守りつつ検証可能な仕組みを実現した。
• 投票者が自身の投票が最終集計に含まれたことを示す暗号的レシートを生成でき、投票内容を暴露せずに済む。
• 許可型ブロックチェーンモデルにより、パブリックブロックチェーンよりもトランザクションスループットが向上し、Ethereumの5分間に5投票というボトルネックを緩和した。
• エンド・ツー・エンドの検証可能性を維持しており、投票者のプライバシーを損なわずに独立した監査が可能である。
• コンSENSUS層の参加者数を制限することで、セキュリティと透明性を保ちつつ、大規模選挙にも対応可能なアーキテクチャを実現した。
• 特に強制的環境下でのプライバシーと透明性の両立という核心的課題に、検証可能ではあるが匿名な投票を可能にするソリューションを提供した。