Применение технологий распределенных реестров в системах электронного голосования

Так как вопрос с применением электронного голосования в как в корпоративном секторе, так и в государственных структурах еще до конца не решен, остается широкий простор развития уже существующих и выдвижения новых протоколов, позволяющих обеспечить устойчивость системы к различного рода атакам. В связи с развитием технологий распределенных реестров и их потенциалом решения открытых задач в работе описывается модификация предложенной ранее схемы голосования. Внедрение технологии блокчейн позволяет решить проблемы с доверием между участниками, а так же проблему анонимизации. Данный подход позволяет проводить комбинированное голосование. Также в работе представлена архитектура решения, ее реализация и тестирование на платформе Hyperledger Fabric.

Введение 3
Постановка задачи 4
Обзор литературы 5
Глава 1. Моделирование предметной области 12
1.1. Концептуальная модель 12
1.2. Расширенная модель 13
1.3. Упрощение 14
1.3.1. Базовое упрощение 14
1.3.2. Полное упрощение 15
1.4. Модель для реализации 16
Глава 2. Архитектура решения 17
2.1. Описание базового протокола 17
2.2. Модификация базового протокола 19
2.3. Описание архитектуры 23
2.3.1. Конфигурация сети 25
2.3.2. Конфигурация голосования 26
2.3.3. Регистрация пользователей 27
2.3.4. Голосование 29
2.3.5. Подсчет результатов 29
2.3.6. Присутствие инспекторов 30
2.4. Анализ безопасности 30
Глава 3. Реализация и тесты 32
Выводы 38
Заключение 39
Список литературы 40
Приложение 44

В работе были обозначены несколько моделей электронного
голосования, которые основаны на свойствах, предъявляемых к процедуре
голосования российским законодательством. Для реализации одной из этих
моделей была модифицирована схема электронного голосования. В нее были
внесены изменения, которые помогли решить следующие проблемы:
1. Единая точка отказа и недоверие к данным;
2. Громоздкий механизм анонимизации;
3. Зависимость расшифровки бюллетеней от каждого голосующего.
Так как решение первой проблемы потребовало использование технологий
распределенных реестров, то была проведена исследовательская работа по
сравнению и выбору наиболее подходящей платформы, которой оказалась
Hyperledger Fabric.
Тестирование разработанного решения на производительность
показало, что одной из главных проблем технологий распределенных
реестров остается скорость выполнения транзакций, которая на данный
момент может достигать в лучшем случае отметки в пару десятков тысяч.
В результате можно заключить, что система, представленная в данной
работе, может быть использована для относительно небольших голосований
(несколько тысяч участников) без дополнительных модификаций. При этом
будут выполняться основные требования, предъявляемые к процедуре
голосования.

1. Madise, U., Martens, T. E-voting in estonia 2005. the first practice of
country-wide binding internet voting in the world // Electronic Voting 2006:
2nd International Workshop. 2006. N. 86 С. 15-26.
2. Brightwell, I., Cucurull, J., Galindo, D., Guasch, S. An overview of the ivote
2015 voting system // The Fifth International Conference on Voting and
Identity. 2015.
3. Springall D., Finkenauer T., Durumeric Z., Kitcat J., Hursti H., MacAlpine
M., Halderman J.A. Security analysis of the estonian internet voting system
// Conference on Computer and Communications Security. 2014. C.
703-715.
4. Halderman J.A., Teague V. The new south wales ivote system: Security
failures and verification flaws in a live online election // E-Voting and
Identity – 5th International Conference. 2015. N 9269. C. 35-53.
5. Volkhausen T. Paillier cryptosystem: A mathematical introduction //
Seminar Public-Key Kryptographie. 2006.
6. Hardwick S.F., Apostolos G., Naeem A.R., Konstantinos M. E-Voting with
Blockchain: An E-Voting Protocol with Decentralisation and Voter Privacy.
2018.
7. Hjálmarsson F., Hreiðarsson G.K. Blockchain-Based E-Voting System //
983-986.
IEEE 11th International Conference on Cloud Computing.​2018. C. ​
8. Yavuz E., Koç A.K., Çabuk U.C., Dalkılıç G. Towards secure e-voting
using ethereum blockchain, 2018, 6th International Symposium on Digital
Forensic and Security. 2018.С. 1-7.
9. Liu Y.,Wang Q. An E-voting Protocol Based on Blockchain // ​IACR
Cryptol. ePrint Arch. 2017.
10.Yu B., Liu J., Sakzad A., Nepal S., Steinfeld R., Rimba P., Au M.H.
Platform-independentSecureBlockchain-BasedVotingSystem//
International Conference on Information Security. 2018. C. 369-386.
11.Au M.H., Chow S.S., Susilo W., Tsang P.P. Short linkable ring signatures
revisited // European Public Key Infrastructure Workshop. 2006. C.
101-115.
12.Menon A., Bhagat V. Blockchain based e-voting system // Indian Journal of
Applied Research. 2020. N 10.
13.Yi H. Securing e-voting based on blockchain in P2P network // J Wireless
Com Network. 2019, N 137.
14.Churyumov A. Byteball: A Decentralized System for Storage and Transfer
of Value [Электронный ресурс]: URL: https://byteball.org/Byteball.pdf
(дата обращения: 27.05.2020).
15.Shiyao G., Dong Z., Rui G., Chunming J., Chencheng H. An Anti-Quantum
E-Voting Protocol in Blockchain with Audit Function // IEEE Access. 2019.
N 7. C. 115304-115316.
16.Khan K. M., Arshad J., Khan M. M., Investigating performance constraints
for blockchain based secure e-voting system // Future Generation Computer
Systems, N 105. 2020, C. 13-26.
17.Liu J.K., Wong D.S. Linkable ring signatures: Security models and new
schemes // International Conference on Computational Science and Its
Applications. 2005 C. 614-623.
18.He Q., Su Z. A New Practical Secure e-Voting Scheme // 14th International
.
Information Security Conference. 1998​
19.Chaum D. Blind Signatures for Untraceable Payments // Advances in
Cryptology. 1983. C. ​199-203.
20.Chaum D. ​Security without identification: transaction systems to make big
brother obsolete // Communications of the ACM. 1985. N 28. C. 1030-1044.
21.Rivest R., Shamir A., Adleman L. A method for obtaining digital signatures
and public-key cryptosystems // Communications of the ACM. 1978. N 21.
C. 120-126.
22.Проект Ethereum [Электронный ресурс]: URL: https://ethereum.org/ru/
(дата обращения: 27.05.2020).
23.ПроектBitcoin[Электронныйресурс]:URL:
https://bitcoin.org/ru/how-it-works (дата обращения: 27.05.2020).
24.ПроектHyperledgerFabric[Электронныйресурс]:URL:
https://www.hyperledger.org/use/fabric (дата обращения: 27.05.2020).
25.Проект Exonum [Электронный ресурс]: URL: https://exonum.com/index
(дата обращения: 27.05.2020).
26.ПроектQuorum[Электронныйресурс]:URL:
https://www.goquorum.com/ (дата обращения: 27.05.2020).
27.Проект Wawes [Электронный ресурс]: URL: https://wavesprotocol.org/
(дата обращения: 27.05.2020).
28.Проект NEO [Электронный ресурс]: URL: https://neo.org/ (дата
обращения: 27.05.2020).
29.МодульинтеграцииГОСТкриптографииCryptoProCSPдля
блокчейн-платформы Hyperledger Fabric [Электронный ресурс]: URL:
http://crypto-pro.ru/news/2019/03/modul-integratsii-cryptopro-csp-s-hyperle
dger-fabric (дата обращения: 27.05.2020).
30.Проект Metamask [Электронный ресурс]: URL: https://metamask.io/
(дата обращения: 27.05.2020).
31.Инструмент gomobile для разработки [Электронный ресурс]: URL:
https://pkg.go.dev/golang.org/x/mobile/cmd/gomobile?tab=doc(дата
обращения: 27.05.2020).
32.Camenisch J., Lysyanskaya A. Signature Schemes and Anonymous
Credentials from Bilinear Maps // Advances in Cryptology. 2004. N 3152.
С. 56-72.
k-​TAA // ​
33.Au M.H., Susilo W., Mu Y. Constant-Size Dynamic ​IEEE Systems
Journal​. 2006. N 7. C. 249-261.
34.Camenisch J., Drijvers M., Lehmann A. Anonymous Attestation Using the
Strong Diffie Hellman Assumption Revisited // IACR Cryptology ePrint
Archive. 2016. N 663.
35.Kothari S.C. Generalized Linear Threshold Scheme // Advances in
Cryptology. 1984. N 196. C. 231-241.
36.Andr​oulaki E., Barger A., Bortnikov V., Cachin C., Christidis K., Caro A.,
Enyeart D., Ferris C., Laventman G., Manevich Y., Muralidharan S., Murthy
C., Nguyen B., Sethi M., Singh G., Smith K., Sorniotti A., Stathakopoulou
C., Vukolic M., Yellick J., Hyperledger Fabric: A Distributed Operating
System for Permissioned Blockchains // EuroSys ’18: Proceedings of the
Thirteenth EuroSys Conference. 2018. C. 1-15.
37.Gorenflo C., Lee S., Golab L., Keshav S. FastFabric: Scaling Hyperledger
IEEE International Conference
Fabric to 20,000 Transactions per Second // ​
on Blockchain and Cryptocurrency.​2019. С. 455-463.
38.Ссылка на доклад разработчиков Сбербанка о тестирование платформы
HyperledgerFabric[Электронныйресурс]:URL:
https://wiki.hyperledger.org/display/RU/Stress+test+HLF+network+with+ba
sic+Dapp ​(дата обращения: 28.05.2020).
39.Информацияошардинге[Электронныйресурс]:URL:
https://ru.bitcoinwiki.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0
(дата обращения: 28.05.2020).
%B8%D0%BD%D0%B3 ​