Разработка и анализ протокола голосования на основе Blockchain

Введение 3
1 Протоколы голосования 5
1.1 Требования к протоколам голосования 5
1.2 Разработанные протоколы голосования, их преимущества и недостатки 5
1.2.1 Простой протокол электронного голосования 6
1.2.2 Протокол Нурми-Салома-Сантина или протокол двух агентств 7
1.2.3 Протокол Фудзиока-Окамото-Охта 9
1.2.4 Протокол Sensus 11
1.2.5 Протокол He-Su 12
1.2.6 Протокол на основе ANDOS 14
2 Blockchain 18
2.1 Принцип работы 18
2.2 Особенности криптопримитива. 19
2.3 Реализации криптопримитива 25
3 Разработка протокола голосования 27
3.1 Формализация протокола голосования на основе blockchain 27
3.2 Инструменты анализа протоколов 31
3.2.1 BAN-логика 32
3.2.2 AVISPA 33
3.3 Анализ безопасности протокола 34
Заключение 37
Список источников 38
Приложение A 40

В данной курсовой работе были рассмотрены вопросы, связанные с протоколами для электронного голосования, их цели, задачи, также были рассмотрены блокчейн технологии, которые дают возможность безопасно голосовать, и описаны средства для анализа протоколов голосования.
Были получены следующие результаты:
• изучены требования к протоколам голосования;
• изучены существующие протоколы голосования, их преимущества и недостатки;
• изучен принцип работы блокчейн технологии;
• изучены основные криптопримитивы и их особенности;
• изучена реализация криптопримитива;
• осуществлена формализация блокчейна;
• разработан и описан протокол электронного голосования;
• изучены средства анализа протоколов;
• произведена идеализация протокола в терминах BAN-логики;
• осуществлена проверка безопасности разработанного протокола.
В ходе проверки нарушений свойств безопасности не выявлено. Программное средство AVISPA выдало результат, что данный протокол безопасен.

Введение
Информационные технологии все более развиваются, год за годом происходят более масштабные прорывы. Так в 21 веке быстрыми темпами развиваются криптография, нейронные сети, биометрия и другие направления, связанные с информационными технологиями. С развитием этих отраслей начинает меняться жизнь людей.
Повсеместно люди веками пытались добиться права голоса, права на то, чтобы поменять свою жизнь к лучшему. Голосование стало неотъемлемой частью большинства правовых государств нашей планеты. В большинстве стран проходят выборы президента, выборы в государственную думу, а также в школах некоторых стран выбирают президента путем голосования. Но во все времена можно было проводить махинации с голосованиями в пользу определенных кандидатов, что наверняка происходило. Но с развитием новых технологий была разработана технология Blockchain (далее – блокчейн), которая может помочь людям голосовать честно, анонимно и без компрометаций.
...

1.2 Разработанные протоколы голосования, их преимущества и недостатки
Существует несколько протоколов тайного голосования. Они представляют собой протоколы для безопасного обмена данными через электронные устройства.
Пусть здесь и далее: А - агентство, проводящее электронное голосование, U - избиратель, легитимный участник голосования, B - цифровой бюллетень (B может содержать число, имя кандидата, развёрнутый текст или какие-либо другие данные, сообщающие о выборе U, верифицирующие его или необходимые для усиления безопасности протокола.
...

1.2.1 Простой протокол электронного голосования
Простой алгоритм электронного голосования, по сути, представляет собой переписку с электронными подписями между избирательным комитетом и множеством избирателей [6].
Данный протокол имеет следующую формализацию:
1.
2.
3.
4.

5.


6.
В данной формализации были описаны следующие шаги:
1. А выкладывает в открытый доступ список избирателей.
2. U отправляет А свое согласие на голосование
3. А выкладывает в открытый доступ список легитимных избирателей.
4. А создает открытый и закрытый ключи, и выкладывает в открытый доступ открытый ключ.
5. U также создает открытый и закрытый ключи, и формирует бюллетень. Публикует открытый ключ. Подписывает сообщение закрытым ключом и отправляет шифрованное сообщение А.
6. А собирает сообщения, расшифровывает их, благодаря открытым ключам, считает результаты и опубликовывает их.
Шаги 1-3 обязательны.
...

1.2.2 Протокол Нурми-Салома-Сантина или протокол двух агентств
Суть протокола в том, чтобы вместо одного агентства их будет два. И они будут следить друг за другом, контролировать легитимность выборов. Здесь присутствует V — регистратор, - опознавательная метка -го пользователя, - совокупность опознавательных меток. Регистратор подготавливает список и допускает либо не допускает избирателя до голосования [6]. Данный протокол имеет следующую формализацию:
1.


2.


3.
4.
5.

В данной формализации были описаны следующие шаги:
1. V утверждает список опознавательных меток и список возможных избирателей. V отсылает каждому проголосовавшему 1 метку и отсылает А весь комплект меток без информации о том, какая метка кому принадлежит.
2. U формирует открытый, закрытый, секретный ключи и бюллетень с выбранным кандидатом. Публичный ключ выкладывается в открытый доступ.
...

1.2.3 Протокол Фудзиока-Окамото-Охта
Эта схема строится на протоколе двух агентств и криптографической подписи вслепую. Только отчасти решает вопрос сговора двух агентств. Его суть заключается в заранее выбранном методе маскирующего шифрования, под которым U присылает V бюллетень. Этот вид шифрования, который дает возможность удостовериться, что документ является подлинным и был подписан авторизированным избирателем, но при этом не дает информации о содержащихся данных [6]. Маскирующее шифрование обязано быть коммутативным с ЭП:

,(1)

где — цифровая подпись, — маскирующее шифрование, — бюллетень.
Данный протокол имеет следующую формализацию:
1.
2.

3.


4.
5.
6.
7.
В данной формализации были описаны следующие шаги:
1. V утверждает списки легитимных U.
2. U создает открытый, закрытый (для ЭП), секретный ключи, бюллетень В с выбранным решением.
...