基于同態的多對多電子投票方案設計*
網絡安全與數據治理 10期
霍珊珊，李艷俊，劉 健，羅昕銳
(1.中國電子科技集團公司第十五研究所信息產業信息安全測評中心，北京100083； 2.北京電子科技學院，北京100070)
摘要： 電子投票方案通常基于安全多方計算、盲簽名、同態加密和秘密共享等密碼學技術設計，并通過網絡實現。與傳統的投票方案相比，各個角色的隱私得到了更好的保護，投票和計票過程更安全高效。基于Paillier密碼的同態性設計了多對多的電子投票方案，采用預計算三元組的方式在不解密選票的情形下對贊同、棄權、反對選項進行合規性判斷；然后通過密碼同態性合成總投票、計票中心解密后便能夠從m個候選人中選出t個勝出者；最后證明了方案的正確性和安全性，并分析了方案實現需要的通信代價和投票人、可信中心以及計票員的計算量。方案整體實現效率高，適用于大型電子投票的場合。
中圖分類號：TP309.7
文獻標識碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.10.008
引用格式：霍珊珊，李艷俊，劉健，等.基于同態的多對多電子投票方案設計［J］.網絡安全與數據治理，2023，42（10）：49-54.
文獻標識碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.10.008
引用格式：霍珊珊，李艷俊，劉健，等.基于同態的多對多電子投票方案設計［J］.網絡安全與數據治理，2023，42（10）：49-54.
Design of a multi-to-multi electronic voting scheme based on homomorphism
Huo Shanshan 1，Li Yanjun 1,2，Liu Jian 1，Luo Xinrui 2
(1.Information Industry Information Security Evaluation Center, The 15th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100083, China; 2.Beijing Institute of Electronic Science and Technology, Beijing 100070, China)
Abstract： The electronic voting system is usually designed based on cryptography technologies such as secure multiparty computation, blind signature, homomorphic encryption and secret sharing, and is realized through the network. Compared with traditional voting, the privacy of each role is well protected, and the voting and counting process is more secure and efficient. Based on the homogeneity of Paillier cipher, this paper designed a multitomulti voting scheme, which uses precalculated triples to judge the three options of approval, abstention, and objection without decrypting the votes. Then the total vote is generated because of the cryptohomomorphism, and the counting center can select the first t winners from the m candidates after decryption. The correctness and security was proved, and the communication cost requirement and the computational workload of voters, trusted centers, and tellers required for the implementation of the scheme were analyzed. The overall efficiency of the scheme is high, and it is suitable for largescale electronic voting occasions.
Key words : electronic voting; Paillier cipher; homomorphic encryption; security
0 引言
隨著網絡技術的飛速發展，互聯網所提供的各種便利服務也越來越為人們所接受與采用。與傳統的投票方案相比，電子投票方案基于密碼技術設計并通過網絡實現，投票和計票過程速度更快，投票結果也更準確，同時還能保護投票者的隱私安全，在保護公民的合法權益方面發揮著重要作用。21世紀以來，美國、瑞士等西方國家已經在國內大范圍使用電子投票系統，涉及政治、經濟等多個領域。然而，近二十幾年美國發生多起電子投票系統被黑客入侵的事件，包括將候選人票數對調、錯算選票和不計算選票等。2019年，瑞士政府賞重金邀請黑客尋找電子投票系統的漏洞。2022 年7月巴西總統認為當時使用的電子投票系統存在漏洞而要求廢除。除此之外，法國、意大利和澳大利亞等國家的電子投票系統也都曾出現過嚴重漏洞。因此，電子投票的安全性至關重要。
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作者信息：
霍珊珊1，李艷俊1,2，劉健1，羅昕銳2
(1.中國電子科技集團公司第十五研究所信息產業信息安全測評中心，北京100083；2.北京電子科技學院，北京100070)
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