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基于区块链与安全多方计算的电子投票研究

张跃  
【摘要】:互联网的飞速发展,带来许多新兴技术,例如云计算、大数据、区块链等,他们都使得信息在传播和存储时更加高效、快捷。但是,在给人们提供方便的同时,数据的安全性问题正日益严重。安全多方计算作为密码学领域保护隐私的重要工具之一,可以通过设计高效的计算协议来保护隐私数据的安全。安全多方计算主要研究如何在无可信第三方的情况下,通过计算指定函数得到输出结果,且不泄露参与者的秘密输入信息。环签名技术可以通过匿名的方式,完成对数据发送者身份信息的保护。而电子投票是这两项技术的典型应用实例。在绝大多数的电子投票方案中,普遍存在这样一个问题:无法在无可信第三方机构的情况下完成计票工作,导致存在安全隐患。为解决此问题,本文运用安全多方计算和区块链的环签名技术,提出了一个公平、安全的电子投票协议,主要工作如下:(1)针对环签名在环成员数量过大时签名效率较低的问题,结合国密算法SM2,提出了基于SM2的环签名算法SMRA,并应用于电子投票方案。(2)通过对FOO电子投票方案及其改进方案进行仔细分析和研究,找出传统电子投票方案中普遍存在的问题:无法在无可信第三方机构参与的情况下完成计票工作。针对该问题,本文运用安全多方计算和区块链技术提出了提出了一个公平、安全的电子投票协议,该协议可以在无第三方机构的情况下由选民和候选人完成计票工作,并且不会泄露选民的身份信息以及候选人的具体票数,具有更高的安全性和匿名性。(3)基于本文的投票方案,设计了一个可应用的电子投票系统。系统采用PHP进行程序开发,数据库为My SQL。该系统保证选民的隐私信息不会被泄露,并且选民可以利用签名验证选票是否被正确统计。最后,在比特币测试网络testnet上对投票系统进行了性能测试,测试结果表明,签名生成时间与签名验证时间随选民数量增加而增大的速度主要取决于不同CPU的性能。


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