[论文解读] 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 10

一句话总结

本文提出了一种基于许可区块链的投票平台，确保选民隐私、投票完整性以及端到端可验证性。通过利用许可区块链架构，该系统实现了透明、抗欺诈的选举，同时允许选民加密验证其选票被正确计票，而不会损害匿名性，即使在贿赂场景下亦如此。

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?".

研究动机与目标

• 解决电子投票中的关键挑战，包括选民匿名性、投票完整性以及抗欺诈性。
• 探讨区块链技术如何提升投票系统的透明度与安全性。
• 在涉及买票或胁迫等场景下，平衡选民隐私与可验证性。
• 设计一种可扩展的投票平台，尽管现有区块链（如以太坊）存在性能限制，仍适用于大规模选举。
• 提供一种框架，使选民能够验证其选票被计入最终计票结果，而无需透露其选择。

提出的方法

• 设计许可区块链架构，以控制参与者访问权限，并提升相对于公有区块链的性能。
• 实施零知识证明或类似密码学技术，使选民能够验证其选票已被记录，而无需暴露其选择。
• 采用可信权威模型管理选民注册与选票提交，确保仅合格选民可参与。
• 集成可验证洗牌协议，在维护选票隐私的同时实现最终计票结果的公开可审计性。
• 设计区块链结构，使每张选票在密码学上与唯一选民身份关联，但与选票内容无法关联。
• 通过允许选民发布可证明其选票被包含在最终计票中的收据，实现端到端可验证性，而无需透露选票本身。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在确保选民匿名性的同时，使选民能够验证其选票被正确计票？
• RQ2 何种架构设计能够利用区块链在电子投票中实现透明性与隐私性并存？
• RQ3 许可区块链能否克服以太坊等公有区块链在大规模选举中的可扩展性限制？
• RQ4 系统如何防止胁迫或买票行为，同时保持可验证性？
• RQ5 何种机制可确保选票在投递与计票过程中不被篡改或丢失？

主要发现

• 所提出的系统成功将选民身份与选票内容解耦，实现隐私保护下的验证。
• 选民可生成一个密码学收据，证明其选票被包含在最终计票中，而无需透露其选择。
• 许可区块链模型相比公有区块链提升了交易吞吐量，缓解了以太坊每分钟仅处理五票的瓶颈问题。
• 系统保持了端到端可验证性，允许独立审计选举过程，而不会损害选民隐私。
• 通过限制共识层中的参与人数，该架构支持大规模选举，同时保持安全性和透明性。
• 该解决方案通过实现可验证但匿名的投票，解决了在胁迫环境下隐私与透明性之间的核心矛盾。