CN102568074B - 一种局域化抗否认电子投票控制方法 - Google Patents

Abstract

一种局域化抗否认电子投票控制方法，包括以下步骤：(1)投票人Vi在证书中心CA注册，证书中心CA生成证书Ci，分别发放给投票人Vi，并保存证书；(2)投票人Vi持证书Ci并使用授权的物理设备Pi匿名登录投票系统，同时获得由候选者组成的选票L；(3)投票人Vi填写电子选票；(4)系统开启投票并设置投票开始时间为Ts，投票人Vi对候选人进行投票；(5)计票中心TC接收到传输过来的投票结果后，首先利用密钥进行解密，还原出四元组，然后再次计算三元组<Mi，Ci，L>的sha1哈希值，与Si进行比较，如果相同的话表示没有被篡改，如果不同，则抛弃选票。本发明能提高准确性、具有良好的可验证性。

Description

一种局域化抗否认电子投票控制方法

技术领域

本发明涉及电子投票技术领域，尤其是一种电子投票控制方法。

背景技术

随着计算机技术及网络技术的快速发展，电子投票已经逐渐在调研、方案征集、选举等各个领域得到应用。电子投票作为一种无纸化、电子化、计算机化的投票方式不仅可以在组织工作、选票搜集与统计方面节省大量人力物力，而且可以减少人为因素，做到更公平、更安全、更高效、更灵活。一个安全而有效的投票系统通常需要满足四个核心要求：(1)民主性。只有合格的和被授权的投票人能够进行投票。电子投票系统必须验证投票人的身份，通过验证的投票人才能进行投票，每位投票人只能投票一次；(2)匿名性。投票的过程是匿名和安全的。没有一种途径可以追踪选票并获得该选票的投票人的身份信息(在选举或者点票阶段)，反之亦然。(3)准确性。电子投票系统能够正确地记录和统计选票。选票不能够被更改，无效选票也不被接受。此外，它还能够防止恶意选票。(4)可检验性。投票人能够证实选票已被统计。可检验性有两个范畴：个人和普遍的可检验性，个人检验意味着每个人都能检验自己的选票被正确统计与否，普遍检验则允许公众审计。

国内外许多学者对电子投票已进行了大量的研究，其主要研究内容集中于电子投票模式、投票协议、投票数据安全等方面的研究。Josh Benaloh与DwightTuinstra(美，1994)提出了电子投票“无收据性”概念，即投票者不能向第三方证明其提交了某一特定的选票，并假设基于特定的物理设备。Chaum(加拿大，1981)和Ohta(日，1993)利用匿名通信信道分别给出了一个适合于大群体选举的投票方案，尽管可以保证投票者的匿名性，但这两个方案都没有解决选票的秘密性和公平性。Fujioka(日，1992)利用比特承诺协议和盲签名技术提出了一个FOO协议，具有秘密性、公平性和匿名性等特征，但是，它无法克服“选票碰撞”、伪造“合法”选票等问题，并且该方案也不具有无收据性。

国内陈晓峰(西安电子科技大学，2003)设计了一种基于不完全信赖的无收据的电子投票方案，保证了选票的秘密性、广义可验证性和公平性，但该方案并没有完全解决选票买卖的问题。谢金宝(上海交通大学，2001)提出了一个不启用签证人、而通过公证人群给选民发送匿名的成员证书的投票方案，但该方案无法保证成员的唯一性。

为此，依赖于盲签名、秘密共享、匿名信道等技术的电子投票方法仅存在理论上的意义，在实际应用中无法完全确保电子投票的民主性、匿名性、准确性、可检验性以及抗抵赖性。如果能从技术、机制、流程上综合考虑，设计一种完全信任电子投票方法，是实现电子投票向实际应用转变的重要途径。

发明内容

为了克服已有现有电子投票的准确性较差、没有可验证性的不足，本发明提供一种提高准确性、具有良好的可验证性的局域化抗否认电子投票控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种局域化抗否认电子投票控制方法，所述电子投票控制方法包括以下步骤：(1)投票人Vi在证书中心CA注册，证书中心CA生成证书Ci，分别发放给投票人Vi，并保存证书，所述证书Ci是一个由证书中心CA通过generateIden()随机生成的、由若干位字符和数字构成的一个字符串；

同时将生成的证书Ci分发给计票服务器作为验证选票是否有效的依据，每个证书Ci只能使用一次；

(2)投票人Vi持证书Ci并使用授权的物理设备Pi匿名登录投票系统，同时获得由候选者组成的选票L；

(3)投票人Vi填写电子选票；

(4)系统开启投票并设置投票开始时间为Ts，投票人Vi对候选人进行投票，提交投票时使用getSha1()得到物理网卡地址Mi、证书Ci和投票结果L(R0，R1，...，Rx)的sha1哈希值Si，然后用非对称加密算法对四元组<Mi，Ci，L，Si>进行加密，并将加密后的结果发送给计票中心TC；

(5)计票中心TC接收到传输过来的投票结果后，首先利用密钥进行解密，还原出四元组，然后再次计算三元组<Mi，Ci，L>的sha1哈希值，与Si进行比较，如果相同的话表示没有被篡改，如果不同，则抛弃选票；

接着，再根据两个条件验证选票的合法性和有效性：选票的来源和授权的证书，当来源于被授权的物理设备并且该选票中的证书是可验证时，判定是合法和有效的选票，否则抛弃选票；

(6)投票结束后，即当前时间≥投票结束时间Te时，由计票中心TC统计投票结果。

进一步，所述电子投票控制方法还包括以下步骤：(7)由计票机构和监督机构宣布投票结果的有效性，若投票人Vi对统计结果有异议，则可以把证书Ci发送到验证中心AC处对Vi的投票结果进行验证；通过Ci追溯所投选票是否被正确计入，如果没有异议，则投票结束。

再进一步，所述步骤1)中，利用线性同余法获得随机整数，转化成字符表的下标，从而获得所述的一个字符串。

本发明的投票模型不依赖于特定的信道加密技术，从投票机制和流程上解决传统电子投票方法的缺陷，具有民主、匿名、准确、可检验、抗否认、无收据等特点，适合于一定局域范围的电子投票场合。

本发明的有益效果主要表现在：提高准确性、具有良好的可验证性；。

附图说明

图1局域化抗否认电子投票模型。

图2电子投票流程图。

图3电子投票系统功能模块图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种局域化抗否认电子投票控制方法，采用的电子投票模型如图1所示，该模型由投票人、授权物理设备、投票服务器、数据库服务器、计票服务器和公告板组成。

投票方案中使用的符号标记如下：

CA为证书中心，TC为计票中心，AC为验证中心，Ci(1≤i≤n)为证书，Vi(1≤i≤n)为投票人，Pi(1≤i≤n)为授权物理设备，L为选票集合，E()为数据加密运算，BB为公告板，Ts为投票开始时间，Te为投票结束时间。

各部分的功能如下：

(1)投票人：投票人Vi是指拥有合法身份、授权物理设备的使用者，拥有投票服务器所颁发的随机投票许可码，允许通过登录系统进行投票。

Vi匿名登录投票系统；投票开始后，Vi对选票进行投票；投票结束后，Vi通过验证中心验证投票结果。

(2)授权物理设备：授权物理设备Pi是投票人Vi的唯一使用对象。Pi用于投票对象的审阅及投票，可以是授权的笔记本、平板电脑、手机等智能终端。经授权后交给Vi进行使用，可通过此设备登录投票系统进行投票，未经授权的设备则不允许使用。

(3)投票服务器：部署了投票系统的服务器，它的作用主要是进行证书的生成与分发，对投票人Vi的投票许可码进行验证，以及提供材料浏览服务。计票人员也是通过此服务器对整个投票过程进行实时的监控与管理。投票服务器承担证书中心(记为CA)的责任，有资格的投票者在此注册，CA生成相关证书，发放给Vi，并保存证书。该证书是Vi在投票过程中的标识，也是Vi投票时的凭证，记为Ci。

(4)数据库服务器：存储了投票对象的相关信息，可通过投票服务器提供给投票人进行阅读。同时还存储了系统功能相关的数据信息，用于计票人员与监督人员的管理与控制。

(5)计票服务器：计票服务器承担了计票中心(TC)和验证中心(AC)的角色。验证机构对证书的有效性以及选票有效性进行验证，如果是非法的将拒绝该选票；计票机构对所有有效的选票进行统计，给出每个投票对象的支持票数、反对票数以及弃权票数；监督机构是一个独立的机构，它的职责是对计票人员进行监督，防止出现渎职现象。TC在投票开始后接收投票数据，计算投票结果并公布投票结果。AC在投票结束后验证投票人的投票结果。

(6)公告板：当投票结束后，投票结果最终会在公告板上显示。投票人员可以通过公告板来查看结果，以及核对自己的投票是否属实。

所述电子投票模型的工作机制，即局域化抗否认电子投票控制方法包括以下步骤：

(1)分发投票证书。投票人Vi在证书中心CA注册，CA生成证书Ci，分别发放给Vi，并保存证书。证书是追溯验证投票结果是否有效的工具，是区别于其他投票人的唯一标识，它是一个由CA通过generateIden()随机生成的、由若干位字符和数字构成的一个字符串。

generateIden的算法如下：

只有Vi知道被分发的证书Ci的内容，其他任何人没有获知的权利。根据投票人的数量由CA随机生成，并以纸质形式随机分发给各位投票人，同时将生成的证书分发给计票服务器作为验证选票是否有效的依据，每个证书只能使用一次。

(2)匿名登录投票系统。投票人Vi持证书Ci并使用授权的物理设备Pi匿名登录投票系统，同时获得由候选者组成的选票L，登录时Vi、Ci与Pi缺一不可。投票人Vi通过授权的物理设备和证书登录投票系统，投票系统无法得知也不会记录投票人的真实身份，故投票人是纯匿名登录。没有被授权的物理设备不可以查看对象资料以及投票，这也保证了非法人员通过非法手段获取投票人的许可码也无法登录系统，即防止了卖票。

(3)查阅材料并填写电子选票。投票人通过物理设备查阅已组织完善的对象材料，填写电子选票。

(4)提交投票结果及投票证书。系统开启投票并设置投票开始时间为Ts。投票人Vi对候选人进行投票，提交投票时使用getSha1()得到物理网卡地址Mi、证书Ci和投票结果L(R0，R1，...，Rx)的sha1哈希值Si，然后用非对称加密算法对四元组<Mi，Ci，L，Si>进行加密。

该算法如下：

并将加密后的结果发送到计票中心TC。

(5)验证选票、统计投票结果。计票中心TC接收到传输过来的投票结果后，首先利用密钥进行解密，还原出四元组，然后再次计算三元组<Mi，Ci，L>的sha1哈希值，与Si进行比较，如果相同的话表示没有被篡改。接着再根据两个条件验证选票的合法性和有效性：选票的来源和授权的证书。只有来源于被授权的物理设备并且该选票中的证书是可验证的才是合法和有效的选票。

验证Validate算法如下：

然后验证Ci以及Pi的合法性，若合法且当前时间>Te，则根据Ci计算isVoted(Ci)，若为True则说明Ci已经投过票，不允许再投；若为False，则TC保存Ci和L(R0，R1，...，Rx)至数据库中。已提交的投票结果不能再次修改。

(6)计票并显示计票结果。投票结束后，即当前时间≥Te时，由计票中心TC统计投票结果。然后对有效的选票进行统计。将选票的统计显示于公告板上，公示本次投票的结果。投票人也可通过投票系统来查看投票的最终结果。

(7)宣布投票结果。由计票机构和监督机构宣布投票结果的有效性。若投票人Vi对统计结果有异议，则可以把证书Ci发送到验证中心AC处对Vi的投票结果进行验证。通过Ci追溯所投选票是否被正确计入。如果没有异议，则投票结束。

本实施例的投票流程如图2所示。

本实施例的投票方法具有以下特征：

(1)民主性。在本电子投票模型中只有被授权的物理设备才具有投票的权限，没有被授权的物理设备无法投票。

(2)匿名性。投票人匿名登录投票系统，依据随机分发的投票许可码进行投票，除本人外其他任何人没有途径知道该许可码的内容。

(3)准确性。首先根据选票的来源和许可码验证选票的合法性和有效性，只有有效的选票才被统计，每个投票人最多提交一次，而且每个许可码最多只能使用一次，确保能够正确地记录和统计选票。

(4)可检验性。随机投票许可码作为投票结果的唯一标示，是检验和追溯选票的依据，当投票人对结果有异议时，可在计票机构和监督机构同意后逐一验证所提交的选票是否被正确计入最终投票结果，该检验过程只有投票本人才可以参与，以防止强迫选举(或买卖选票)，保证无收据的投票。此外也允许公众审计(普遍检验性)，可依据所有选票人的投票许可码对所有选票的结果进行逐一核对检验。

(5)抗抵赖性。投票结束后当场宣布投票结果。如果投票人对投票结果有异议，必须当场提出，并出具所分发的投票许可码由验票机构对投票结果进行检验，投票结束后投票人不可抵赖已产生的投票结果。

(6)无收据性。投票人无法向其他人证明其投票结果，该投票结果只能由合法投票人凭借投票许可码查看，其他人员无权利查看投票结果。

(7)健壮性。任何对投票过程的破坏都将被发现，并且对投票过程的攻击不会影响整个投票过程的进行。因为每个投票人的许可码都是随机生成的，不诚实的投票人很难去伪造他人的投票或时间成本过高。而计票员虽然可以看到所有投票人的许可码，但由于本方案的可验证性，即使伪造选票也会在验证投票时被发现，这就杜绝了计票员渎职的可能。

(8)完备性。合法投票人都必须在一个局域范围内借助于授权物理设备进行，即使其他人非法获得了投票许可码也无法投票；投票许可码的唯一性确保了每一个合法投票人只能提交一张选票，选票之间不会发生碰撞。即只有合法的投票人才能够提交唯一有效的选票，每一张有效的选票都来源于一个合法的投票人。

图3给出了基于本电子投票模型开发的电子投票系统的功能结构图，该系统包括投票管理子系统和投票子系统。

1)投票管理子系统：该子系统面向计票人员，实现与计票有关的功能，包括材料信息管理、投票证书管理、投票证书验证、投票结果统计、投票结果验证等主要功能模块。

●材料信息管理：计票人员可以在后台对投票对象的材料信息进行增加、删除、以及修改操作。

●投票证书管理：此模块的主要功能是许可码的生成、打印与分发，由计票人员进行操作，生成的许可码只有计票人员和投票人才有权知道。

●投票证书验证：投票人提交投票后，选票和投票许可码都会提交给系统，系统对投票许可码进行校验，如果是合法的校验码，则计入选票，否则抛弃。

●投票结果统计：系统会在投票开启后，实时监控及统计当前的投票结果，直至所有投票人投票完成，系统会自动结束本次投票。这时，计票人员可以查看投票结果，并进行结果打印和公示操作。

●投票结果验证：在投票结束后，计票人员可以查看投票结果，并进行打印和公示操作。投票人也可以通过公示面板进行查看。

2)投票子系统：该子系统面向投票人员，包括投票证书验证、材料查看模块、投票模块等主要功能模块。

●投票证书验证：投票人通过随机分发的许可码登录系统，如果许可码是合法的，则允许登录并进行操作，否则登录失败。

●材料信息查看：投票人登录系统后，可以查看每个投票对象的材料。

●电子投票模块：投票人浏览对象材料后开始进行投票，投票结果提交之后将不再允许修改投票结果，也不能再次提交投票结果。

Claims (3)

1.一种局域化抗否认电子投票控制方法，其特征在于：所述电子投票控制方法包括以下步骤：

（1）投票人Vi在证书中心CA注册，证书中心CA生成证书Ci，分别发放给投票人Vi，并保存证书，所述证书Ci是一个由证书中心CA通过generateIden()随机生成的、由若干位字符构成的一个字符串；

同时将生成的证书Ci分发给计票服务器作为验证选票是否有效的依据，每个证书Ci只能使用一次；

（2）投票人Vi持证书Ci并使用授权的物理设备Pi匿名登录投票系统，同时获得由候选者组成的选票L；

（3）投票人Vi填写电子选票；

（4）系统开启投票并设置投票开始时间为Ts，投票人Vi对候选人进行投票，提交投票时使用getSha1()得到物理网卡地址Mi、证书Ci和投票结果L(R0，R1，...，Rx)的sha1哈希值Si，然后用非对称加密算法对四元组<Mi,Ci,L,Si>进行加密，并将加密后的结果发送给计票中心TC；

（5）计票中心TC接收到传输过来的投票结果后，首先利用密钥进行解密，还原出四元组，然后再次计算三元组<Mi,Ci,L>的sha1哈希值，与Si进行比较，如果相同的话表示没有被篡改，如果不同，则抛弃选票；

接着，再根据两个条件验证选票的合法性和有效性：选票的来源和授权的证书，当来源于被授权的物理设备并且该选票中的证书是可验证时，判定是合法和有效的选票，否则抛弃选票；

（6）投票结束后，即当前时间≥投票结束时间Te时，由计票中心TC统计投票结果。

2.如权利要求1所述的一种局域化抗否认电子投票控制方法，其特征在于：所述电子投票控制方法还包括以下步骤：

（7）由计票机构和监督机构宣布投票结果的有效性，若投票人Vi对统计结果有异议，则把证书Ci发送到验证中心AC处对Vi的投票结果进行验证；通过Ci追溯所投选票是否被正确计入，如果没有异议，则投票结束。

3.如权利要求1或2所述的一种局域化抗否认电子投票控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，利用线性同余法获得随机整数，转化成字符表的下标，从而获得所述的一个字符串。

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