[논문 리뷰] Transparent Voting Platform Based on Permissioned Blockchain

Nazim Faour|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 22.

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting참고 문헌 24인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 투표자의 익명성, 투표의 무결성, 종단 간 검증 가능성을 보장하는 허가된 블록체인 기반 투표 플랫폼을 제안한다. 허가된 블록체인 아키텍처를 활용함으로써, 시스템은 투표자가 자신의 투표가 정확히 기록되었는지 암호학적으로 검증할 수 있도록 하면서도 익명성을 유지할 수 있으며, 뇌물성 투표 상황에서도 안전하다.

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?".

연구 동기 및 목표

• 전자 투표의 핵심 과제인 투표자 익명성, 투표의 무결성, 위조에 대한 저항성 해결을 목적으로 한다.
• 블록체인 기술이 투표 시스템의 투명성과 보안성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 탐색한다.
• 특히 뇌물성 투표나 강요 상황에서 투표자의 익명성과 검증 가능성의 균형을 어떻게 유지할 수 있는지 고려한다.
• 기존 블록체인 기술(예: 이더리움)의 성능 한계에도 불구하고 대규모 선거에 적합한 확장 가능한 투표 플랫폼을 설계한다.
• 투표자가 자신의 투표가 기록되었는지 확인할 수 있도록 하되, 투표 내용을 폭 lộ하지 않는 프레임워크를 제공한다.

제안 방법

• 참가자 접근을 통제하고 공개 블록체인보다 성능을 향상시킬 수 있도록 허가된 블록체인 아키텍처를 설계한다.
• 투표자가 자신의 투표가 기록되었는지 확인할 수 있도록 하되, 선택한 내용을 폭 lộ하지 않도록 하는 제로지식 증명 또는 유사한 암호학적 기법을 구현한다.
• 신뢰할 수 있는 기관 모델을 사용하여 투표자 등록 및 투표 제출을 관리함으로써, 자격이 있는 투표자만 참여하도록 보장한다.
• 투표의 비밀을 유지하면서도 최종 투표 집계의 공개 감사를 가능하게 하기 위해 검증 가능한 셔플 프로토콜을 통합한다.
• 각 투표가 고유한 투표자 신원과 암호학적으로 연결되도록 블록체인을 구성하지만, 투표 내용과는 연결되지 않도록 한다.
• 투표자가 자신의 투표가 최종 집계에 포함되었는지 증명할 수 있는 수령증을 게시할 수 있도록 함으로써 종단 간 검증 가능성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 투표자가 자신의 투표가 정확히 기록되었는지 확인할 수 있으면서도 투표자의 익명성을 유지할 수 있는가?
• RQ2 블록체인을 활용한 전자 투표에서 투명성과 비밀 보장이 동시에 가능한 아키텍처 설계는 어떤가?
• RQ3 허가된 블록체인은 이더리움과 같은 공개 블록체인이 대규모 선거에서 겪는 확장성 한계를 극복할 수 있는가?
• RQ4 강요나 뇌물성 투표 상황을 방지하면서도 검증 가능성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 투표가 기각되거나 변경되지 않도록 보장하기 위한 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 시스템은 투표자 신원과 투표 내용을 분리함으로써, 익명성을 유지하면서도 검증 가능한 투표를 가능하게 한다.
• 투표자는 자신의 투표가 최종 집계에 포함되었음을 증명할 수 있는 암호학적 수령증을 생성할 수 있다. 이는 투표 내용을 폭 lộ하지 않으면서도 가능하다.
• 허가된 블록체인 모델은 공개 블록체인보다 거래 처리량이 뛰어나, 이더리움의 분당 5표의 성능 장벽을 완화한다.
• 시스템은 종단 간 검증 가능성을 유지하여, 투표 과정의 독립적인 감사를 가능하게 하면서도 투표자의 익명성을 보장한다.
• 합의 레이어의 참가자 수를 제한함으로써 보안과 투명성을 유지하면서도 대규모 선거에 적합한 아키텍처를 제공한다.
• 특히 강압 상황에서의 핵심 과제인 익명성과 투명성의 균형을 이루기 위해, 검증 가능하지만 익명적인 투표를 가능하게 한다.