CN110867012A - 一种基于智能合约的去中心电子投票方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

一种基于智能合约的去中心电子投票方法、装置、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于智能合约的去中心电子投票方法、装置、系统及存储介质，该去中心电子投票方法包括初始化步骤、选民注册步骤、门限加密步骤、选票加密签名步骤、选票上传步骤、选票合法判断步骤、解密步骤和统计公布步骤。本发明的有益效果是：本发明能够保证投票公开透明，选民的匿名性得到了保护，系统健壮性强可抵制恶意攻击者攻击，小部分恶意的选民也不会破坏整个选举的进行；并且本发明将投票管理者的权利降到最小。

Description

一种基于智能合约的去中心电子投票方法、装置、系统及存储 介质
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于智能合约的去中心电子投票方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
Zhao和Chan在2015年提出了基于比特币的安全电子投票协议。在该系统中，选票无需被加密解密。选票信息通过零知识证明以及随机数得到保证。通过抵押金的设置可以保证恶意的投票者得到惩罚。然而，该协议只能进行二选一投票，同时投票流程复杂，可行性较小。在文献[30]中，作者提出了基于Zcash电子货币的电子投票协议[31]，该协议不改变Zcash协议的内部运行机制。投票者的隐私由Zcash协议中的交易匿名性保证的。投票结果的正确性是由可信任的第三方和投票者共同保证。在文献[32]中，作者声称他们是第一个在公开分散网络中实现自统计功能的投票协议。该协议采用智能合约作为公开公告牌来实现信息交互。但是，他们的投票系统只能对两名候选人(是/否)进行投票。而对于大规模投票系统，该协议则不太适用。Bin提出了基于智能合约的的可验证投票系统，但在该系统中，恶意的投票管理者会破坏整个投票[33]。
[30]Tarasov P,Tewari H.Internet Voting Using Zcash.[J].IACRCryptology ePrint Archive,2017:585.
[31]Hopwood D,Bowe S,Hornby T,et al.Zcash protocol specification[J].Zerocoin Electric Coin Company,2016.
[32]McCorry P,Shahandashti S F,Hao F.A smart contract for boardroomvoting with maximum voter privacy[C]//International Conference on FinancialCryptog-raphy and Data Security.Malta:Springer,2017:357–375.
[33]Yu B,Liu J K,Sakzad A,et al.Platform-independent secureblockchain-based vot-ing system[C]//Information Security-21st InternationalConference.UK:Springer,2018:369–386.
发明内容
本发明提供了一种基于智能合约的去中心电子投票方法，包括：
步骤1，初始化步骤：投票管理员部署智能合约并公布有关候选人名单；
步骤2，选民注册步骤：投票者生成自己的密钥对，并进行身份注册；
步骤3，门限加密步骤：利用门限加密得到投票者各自的秘密份额，通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥；
步骤4，选票加密签名步骤：对选票内容进行加密，并对加密后的选票进行签名；
步骤5，选票上传步骤：投票者上传自己的选票至智能合约；
步骤6，选票合法判断步骤：判断选票是否合法，若是，那么记录加密后的选票，否则丢弃选票；
步骤7，解密步骤：待全部投票者投票完成后上传秘密份额，利用其中t个或t个以上投票者的秘密份额计算出系统私钥，利用系统私钥解密出选票信息；
步骤8，统计公布步骤：对选票信息进行统计得到投票结果，智能合约将投票结果上传并保存，从而公布投票结果。
作为本发明的进一步改进，所述步骤3，门限加密步骤包括：
步骤3.1，秘密份额生成步骤：每个投票者产生选择一个随机函数，所有秘密份额由各投票者的函数值协同产生，每位投票者分别将得到的函数值加密，并发送给其他n-1位投票者；
步骤3.2，系统公钥生成步骤：通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤4，选票加密签名步骤中，用椭圆曲线上的通用加密方法对选票内容进行加密，然后用可链接的环签名对加密后的选票进行签名。
作为本发明的进一步改进，投票管理者执行如下步骤：
步骤a：发起智能合约；
步骤b：设置信息；
步骤c：公布智能合约地址；
步骤d：判断投票者是否均上传选票，若是，那么执行步骤e，否则继续执行步骤d；
步骤e：结事投票；
步骤f：查看投票结果。
作为本发明的进一步改进，投票者执行如下步骤：
步骤A：输入智能合约地址；
步骤B：生成并上传参数；
步骤C：判断投票者是否均上传参数，若是，那么执行步骤D，否则继续执行步骤C；
步骤D：上传选票及签名；
步骤E：判断投票是否结束，若是，那么执行步骤F，否则继续执行步骤E；
步骤F：上传秘密份额；
步骤G：查看投票结果。
本发明还提供了一种基于智能合约的去中心电子投票系统，包括：
初始化模块：用于选举组织者部署智能合约并公布有关候选人名单；
选民注册模块：用于投票者生成自己的密钥对，并进行身份注册；
门限加密模块：用于利用门限加密得到投票者各自的秘密份额，通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥；
选票加密签名模块：用于对选票内容进行加密，并对加密后的选票进行签名；
选票上传模块：用于投票者上传自己的选票至智能合约；
选票合法判断模块：用于判断选票是否合法，若是，那么记录加密后的选票，否则丢弃选票；
解密模块：用于待全部投票者投票完成后上传秘密份额，利用其中t个或t个以上投票者的秘密份额计算出系统私钥，利用系统私钥解密出选票信息；
统计公布模块：用于对选票信息进行统计得到投票结果，智能合约将投票结果上传并保存，从而公布投票结果。
作为本发明的进一步改进，所述门限加密模块包括：
秘密份额生成模块：每个投票者产生选择一个随机函数，所有秘密份额由各投票者的函数值协同产生，每位投票者分别将得到的函数值加密，并发送给其他n-1位投票者；
系统公钥生成模块：通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥。
作为本发明的进一步改进，在所述选票加密签名模块中，用椭圆曲线上的通用加密方法对选票内容进行加密，然后用可链接的环签名对加密后的选票进行签名。
本发明还提供了一种基于智能合约的去中心电子投票装置，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明中所述的去中心电子投票方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明中所述的去中心电子投票方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明能够保证投票公开透明，投票者的匿名性得到了保护，系统健壮性强可抵制恶意攻击者攻击，小部分恶意的投票者也不会破坏整个选举的进行；并且本发明将投票管理者的权利降到最小。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是投票流程示意图；
图3是投票角色功能图；
图4是系统架构图；
图5是投票管理者流程图；
图6是投票者流程图。
具体实施方式
本发明涉及半诚实模型下无可信中心的门限加密，门限加密是一种特殊的公钥加密体制，在传统的公钥加密体制中，每个用户都拥有一对公私钥，每个人的公钥是全体用户已知的，而私钥由拥有者秘密保存。然而，在门限加密方案中，所有成员共享一对公私钥，系统公钥对所有成员公开，任何成员可以用系统公钥加密信息。系统私钥以一定的方式被分配成若干秘密份额(Secret Share)，每份秘密份额由一名成员保存，且至少所有成员n中的t个成员才能共同计算出系统私钥，系统私钥可用来解密所有系统公钥加密过的消息。在无可信中心的门限加密中，无需可信的第三方来分配秘密份额，系统公私钥密钥由所有成员共同生成。无可信中心的门限加密方案，由三个部分组成:
1.系统初始化(Gen):根据系统的公共参数以及安全参数，所有参与者共同产生秘密份额以及系统公钥。每名参与者的秘密份额秘密保存，系统公钥可被所有参与者知晓。
2.加密过程(Enc):选取某一通用加密方法使用系统公钥进行加密。
3.解密过程(Dec):t名以上的参与者上传自己的秘密份额生成系统私钥，并根据解密算法使用恢复出来的私钥将密文进行解密。
本发明还涉及可链接环签名：
在环签名系统中，无需群管理员，签名可以由成员自发产生同时实现匿名签名。可链接环签名在环签名的基础上可以实现对两条签名生成者是否相同的判断。可链接环签名包含如下算法:
1.生成(Gen):概率多项式时间的生成算法，输出为一对公私钥(pki,ski)。在此算法中，S K和PK分别表示可能的密钥和公钥。此外，若(pki,ski)为一对公私钥，则pki为ski对应的私钥。
2.签名(Sign):概率多项式时间签名算法，输入为n个环成员的公钥L＝-17-2{pk1,pk2,...,pkn}，消息m∈{0,1}*以及公钥列表L中某一公钥对应的私钥ski。该算法的输出为消息m所对应的签名。
3.验证(Verify):多项式时间验证算法，输入为若干个公钥的集合列表L，信息m∈{0,1}*以及签名R。该算法的输出为“True”或“False”，分别代表接受或拒绝。若算法接受，意味着(m,R)为合法的信息签名对。
4.链接(Link):一个确定性算法，输入为(m1,R1),(m2,R2)，若两个签名由同一私钥ski产生，则输出“True”；否则为“False”。可链接环签名作为一个签名算法首先应满足普通签名算法所满足的安全性，在这里将其称为“不可伪造性”。其次，由于其具有识别来自同一用户所产生的签名的功能，这里将其描述为“可链接性”。
如图3所示，本发明的角色描述：
在电子投票中包含多个角色，为方便表示，假定每个角色只有一人。但所有角色数量都是可以增加的。
1.投票管理员:具有设置投票的相关信息，部署智能合约，认证合法的投票者以及公钥，公布候选人名单和控制整个投票的进行的义务。
2.投票者:具有投票权的投票参与者，每位投票者具有若干以太坊地址以及一对公私钥。
3.在协议中，智能合约并不属于协议中的角色，但是所有的角色都与智能合约进行交互，本发明把智能合约定义为“虚拟角色”。智能合约具有以下功能:
(1)根据投票管理员的设定控制整个投票的进程。(2)验证所有收到的消息是否来自合法投票者。(3)存储门限加密的相关信息。(4)恢复系统私钥。(5)解密选票。(6)统计所有选票并公布最终结果。
如图1所示，本发明公开了一种基于智能合约的去中心电子投票方法,包括如下步骤：
步骤1，初始化步骤：投票管理员部署智能合约并公布有关候选人名单；
步骤2，选民注册步骤：投票者生成自己的密钥对，并进行身份注册；
步骤3，门限加密步骤：利用门限加密得到投票者各自的秘密份额，通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥；
步骤4，选票加密签名步骤：对选票内容进行加密，并对加密后的选票进行签名；
步骤5，选票上传步骤：投票者上传自己的选票至智能合约；
步骤6，选票合法判断步骤：判断选票是否合法，若是，那么记录加密后的选票，否则丢弃选票；
步骤7，解密步骤：待全部投票者投票完成后上传秘密份额，利用其中t个或t个以上投票者的秘密份额计算出系统私钥，利用系统私钥解密出选票信息；
步骤8，统计公布步骤：对选票信息进行统计得到投票结果，智能合约将投票结果上传并保存，从而公布投票结果。
所述步骤3，门限加密步骤包括：
步骤3.1，秘密份额生成步骤：每个投票者产生选择一个随机函数，所有秘密份额由各投票者的函数值协同产生，每位投票者分别将得到的函数值加密，并发送给其他n-1位投票者；
步骤3.2，系统公钥生成步骤：通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥。
在所述步骤4，选票加密签名步骤中，用椭圆曲线上的通用加密方法对选票内容进行加密，然后用可链接的环签名对加密后的选票进行签名。
如图5所示，投票管理者执行如下步骤：
步骤a：发起智能合约；
步骤b：设置信息；
步骤c：公布智能合约地址；
步骤d：判断投票者是否均上传选票，若是，那么执行步骤e，否则继续执行步骤d；
步骤e：结事投票；
步骤f：查看投票结果。
如图6所示，投票者执行如下步骤：
步骤A：输入智能合约地址；
步骤B：生成并上传参数；
步骤C：判断投票者是否均上传参数，若是，那么执行步骤D，否则继续执行步骤C；
步骤D：上传选票及签名；
步骤E：判断投票是否结束，若是，那么执行步骤F，否则继续执行步骤E；
步骤F：上传秘密份额；
步骤G：查看投票结果。
如图4所示，本发明还公开了一种基于智能合约的去中心电子投票系统，包括：
初始化模块：用于选举组织者部署智能合约并公布有关候选人名单；
选民注册模块：用于投票者生成自己的密钥对，并进行身份注册；
门限加密模块：用于利用门限加密得到投票者各自的秘密份额，通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥；
选票加密签名模块：用于对选票内容进行加密，并对加密后的选票进行签名；
选票上传模块：用于投票者上传自己的选票至智能合约；
选票合法判断模块：用于判断选票是否合法，若是，那么记录加密后的选票，否则丢弃选票；
解密模块：用于待全部投票者投票完成后上传秘密份额，利用其中t个或t个以上投票者的秘密份额计算出系统私钥，利用系统私钥解密出选票信息；
统计公布模块：用于对选票信息进行统计得到投票结果，智能合约将投票结果上传并保存，从而公布投票结果。
所述门限加密模块包括：
秘密份额生成模块：每个投票者产生选择一个随机函数，所有秘密份额由各投票者的函数值协同产生，每位投票者分别将得到的函数值加密，并发送给其他n-1位投票者；
系统公钥生成模块：通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥。
在所述选票加密签名模块中，用椭圆曲线上的通用加密方法对选票内容进行加密，然后用可链接的环签名对加密后的选票进行签名。
本发明还公开了一种基于智能合约的去中心电子投票装置，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明所述的去中心电子投票方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的去中心电子投票方法的步骤。
本发明采用区块链智能合约，从而保证数据的可信性与公开性。
本发明的有益效果是：本发明能够保证投票公开透明，投票者的匿名性得到了保护，系统健壮性强可抵制恶意攻击者攻击，小部分恶意的投票者也不会破坏整个选举的进行；并且本发明将投票管理者的权利降到最小。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于智能合约的去中心电子投票方法，其特征在于，包括：
步骤1，初始化步骤：投票管理员部署智能合约并公布有关候选人名单；
步骤2，选民注册步骤：投票者生成自己的密钥对，并进行身份注册；
步骤3，门限加密步骤：利用门限加密得到投票者各自的秘密份额，通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥；
步骤4，选票加密签名步骤：对选票内容进行加密，并对加密后的选票进行签名；
步骤5，选票上传步骤：投票者上传自己的选票至智能合约；
步骤6，选票合法判断步骤：判断选票是否合法，若是，那么记录加密后的选票，否则丢弃选票；
步骤7，解密步骤：待全部投票者投票完成后上传秘密份额，利用其中t个或t个以上投票者的秘密份额计算出系统私钥，利用系统私钥解密出选票信息；
步骤8，统计公布步骤：对选票信息进行统计得到投票结果，智能合约将投票结果上传并保存，从而公布投票结果。
2.根据权利要求1所述的去中心电子投票方法，其特征在于，所述步骤3，门限加密步骤包括：
步骤3.1，秘密份额生成步骤：每个投票者产生选择一个随机函数，所有秘密份额由各投票者的函数值协同产生，每位投票者分别将得到的函数值加密，并发送给其他n-1位投票者；
步骤3.2，系统公钥生成步骤：通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥。
3.根据权利要求1所述的去中心电子投票方法，其特征在于，在所述步骤4，选票加密签名步骤中，用椭圆曲线上的通用加密方法对选票内容进行加密，然后用可链接的环签名对加密后的选票进行签名。
4.根据权利要求1所述的去中心电子投票方法，其特征在于，投票管理者执行如下步骤：
步骤a：发起智能合约；
步骤b：设置信息；
步骤c：公布智能合约地址；
步骤d：判断投票者是否均上传选票，若是，那么执行步骤e，否则继续执行步骤d；
步骤e：结事投票；
步骤f：查看投票结果。
5.根据权利要求1所述的去中心电子投票方法，其特征在于，投票者执行如下步骤：
步骤A：输入智能合约地址；
步骤B：生成并上传参数；
步骤C：判断投票者是否均上传参数，若是，那么执行步骤D，否则继续执行步骤C；
步骤D：上传选票及签名；
步骤E：判断投票是否结束，若是，那么执行步骤F，否则继续执行步骤E；
步骤F：上传秘密份额；
步骤G：查看投票结果。
6.一种基于智能合约的去中心电子投票系统，其特征在于，包括：
初始化模块：用于投票管理员部署智能合约并公布有关候选人名单；
选民注册模块：用于投票者生成自己的密钥对，并进行身份注册；
门限加密模块：用于利用门限加密得到投票者各自的秘密份额，通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥；
选票加密签名模块：用于对选票内容进行加密，并对加密后的选票进行签名；
选票上传模块：用于投票者上传自己的选票至智能合约；选票合法判断模块：用于判断选票是否合法，若是，那么记录加密后的选票，否则丢弃选票；
解密模块：用于待全部投票者投票完成后上传秘密份额，利用其中t个或t个以上投票者的秘密份额计算出系统私钥，利用系统私钥解密出选票信息；
统计公布模块：用于对选票信息进行统计得到投票结果，智能合约将投票结果上传并保存，从而公布投票结果。
7.根据权利要求6所述的去中心电子投票系统，其特征在于，所述门限加密模块包括：
秘密份额生成模块：每个投票者产生选择一个随机函数，所有秘密份额由各投票者的函数值协同产生，每位投票者分别将得到的函数值加密，并发送给其他n-1位投票者；
系统公钥生成模块：通过全部投票者的秘密份额计算出系统公钥。
8.根据权利要求6所述的去中心电子投票系统，其特征在于，在所述选票加密签名模块中，用椭圆曲线上的通用加密方法对选票内容进行加密，然后用可链接的环签名对加密后的选票进行签名。
9.一种基于智能合约的去中心电子投票装置，其特征在于：包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现权利要求1－5中任一项所述的去中心电子投票方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1－5中任一项所述的去中心电子投票方法的步骤。
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