DE102011122031A1

DE102011122031A1 - Verfahren zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens

Info

Publication number: DE102011122031A1
Application number: DE201110122031
Authority: DE
Inventors: Ullrich Martini; Kolja Vogel
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient ePayments GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens mit den Schritten: Verschlüsseln einer Wählinformation (Sn) eines Wählers mittels eines ersten kryptografischen Schlüssels (KSS(n,m)) zum Erzeugen eines ersten Datensatzes durch ein Sicherheitselement (SEn), Erzeugen einer Zufallszahl (NonceSE(n)) durch das Sicherheitselement(SEn) und Verschlüsseln des ersten Datensatzes und der Zufallszahl (NonceSE(n)) mittels eines zweiten kryptografischen Schlüssels (KSE(n,m)) zum Erzeugen eines zweiten Datensatzes durch das Sicherheitselement (SEn). Anschließend erfolgt das Übertragen (1) des zweiten Datensatzes an eine Wahlinstanz (WIm). Innerhalb der Wahlinstanz erfolgt das Entschlüsseln des zweiten Datensatzes durch eine Erfassungsinstanz (EIm), wodurch die Teilnahme des Wählers an dem Wahlverfahren erfasst wird. Anschließend erfolgt das Verschlüsseln des ersten Datensatzes mittels eines dritten kryptografischen Schlüssels (KES(n,m)) durch die Erfassungsinstanz (EIm) und das Übertragen (2) des dritten Datensatzes von der Erfassungsinstanz (EIm) an eine Stimmauswertinstanz (SIm) innerhalb der Wahlinstanz (WIm). Abschließend erfolgt ein Entschlüsseln des dritten Datensatzes zum Erhalten des ersten Datensatzes durch die Stimmauswertinstanz (SIm) sowie Entschlüsseln des ersten Datensatzes zum Auswerten der Wahlinformation (Sn) des Wählers durch die Stimmauswertinstanz (SIm).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Sicherheitselement, eine Wahlinstanz sowie ein Wahlsystem zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens.
Für diese Anmeldung kann es sich um ein politikwissenschaftliches, vereinstechnisches, arbeitstechnisches Wahlverfahren handeln. Der Begriff Wahlverfahren wird darüber hinaus synonym mit dem Begriff Abstimmen, Wahl, Volksentscheid oder Abstimmung verwendet. Eine Wahl im politikwissenschaftlichen Sinn ist ein Verfahren in Staaten, Organisationen etc. zur Bestellung einer repräsentativen Person oder mehrerer Personen als Entscheidung oder Herrschaft ausübendes Organ. Ein Volksentscheid hingegen ist ein Instrument der direkten Demokratie und ermöglicht Wahlberechtigten über eine Gesetzesvorlage unmittelbar abzustimmen. Das Wahlverfahren unterliegt dabei einer Reihe von Anforderungen, beispielsweise dürfen nur Personen eine Stimme abgeben, die für das Wahlverfahren zugelassen sind. Weiterhin darf jeder Wahlberechtigte nur einmal seine Stimme abgeben und diese Stimme ist gleichgewichtig zu den Stimmen anderer Wähler. Die Stimmabgabe erfolgt insbesondere anonym und die Abgabe der Stimme darf nicht manipuliert werden.
Derartige Wählverfahren werden bislang in Wahllokalen durchgeführt, bei denen sich der Wahlberechtigte mittels eines Dokuments authentifiziert und einen Wahlzettel ausgehändigt bekommt. Anschließend vermerkt der Wahlberechtigte anonym seine Wählinformation auf dem Wahlzettel und platziert diesen in einer Wahlurne. Das Wahlergebnis wird händisch ermittelt, insbesondere durch auszählen jeder einzelnen Stimme. Dieses papierbasierte Verfahren ist enorm ineffizient, leistungsschwach und extrem fehleranfällig, weshalb die Auswertung mehrfach durchgeführt wird, um Fehlzählungen zu vermeiden.
Mittlerweile gibt es auch Wahlverfahren, die es dem Wahlberechtigten ermöglichen, seine Stimme auf elektronischem Weg abzugeben und dabei die notwendigen Anforderungen an eine Wahl einzuhalten. Derartige Verfahren werden auch als e-Voting Verfahren bezeichnet.
Eine österreichische Studie mit diversen Publikationen zum Thema e-Voting aus dem Jahr 2002 ist beispielsweise auf der Internetseite http://www.e-Voting.at abrufbar. Speziell die Publikation „epub-wu-01_3c4.pdf” zeigt ein anonymes, nachvollziehbares und manipulationssicheres Abgeben von Stimmen über ein Netzwerk. Dazu werden alle verwendeten Softwarequelltexte offengelegt. Das Verfahren verläuft in weiten Teilen mit digitalen Signaturen. In der Studie Ist ein internetbasiertes System unter Verwendung eines heimischen stationären Endgeräts, insbesondere eines Personal Computers und einer ”voting” Smart Card beschrieben. Durch die Nutzung der blinden digitalen Signaturen in dem beschriebenen Verfahren werden sehr viele Überprüfungsschritte notwendig, wodurch das Verfahren sehr komplex wird.
In der Publikation „eVoting with the European Citizen Card" von Frau Gisela Meister et al., welche im Rahmen der Konferenz Biosig 2008 vorgetragen wurde, wird ebenfalls ein „e-Voting” Verfahren beschrieben. Dabei wird ebenfalls ein hohes Maß an Anonymität, Manipulationssicherheit und Transparenz für den Wahlberechtigten erzielt. Bei dieser Publikation ist die Wahl ebenfalls von einer elektronischen ID-Karte mit den bereits beschriebenen Nachteilen abhängig. Durch die Nutzung der ECC-Card bei der Stimmabgabe werden auch persönliche Daten mit übertragen. Diese müssen vor der Stimmauswertung entsprechend entfernt und anonymisiert werden, wodurch ein Wahlberechtigter ein zu hohes Maß an Grundvertrauen in ein derartiges Wahlsystem mitbringen muss, wenn er von einer anonymen Wahl ausgehen möchte. Weiterhin muss der Wähler ein während des Wahlvorgangs einem sogenannten Trustcenter mitgeteiltes Geheimnis übertragen. Mit dem Geheimnis kann unter Umständen anschließend auf den Wähler geschlossen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Wahlverfahren zu zeigen, welches eine geheime und anonyme Abgabe von Wählinformationen eines Wahlberechtigten ermöglicht. Insbesondere soll damit die klassische papierbasierte Wahl ersetzt werden. Dabei sollen alle Wählinformationen vertraulich behandelt werden, das Verfahren selbst ist gegen Manipulationen und Wahlfälschung abzusichern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in den nebengeordneten unabhängigen Patentansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Aufgabe wird insbesondere durch ein Verfahren zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens gelöst. Das Verfahren umfasst dabei die Verfahrensschritte: Verschlüsseln einer Wählinformation eines Wählers mittels eines ersten kryptografischen Schlüssels zum Erzeugen eines ersten Datensatzes durch ein Sicherheitselement; Erzeugen einer Zufallszahl durch das Sicherheitselement; Verschlüsseln des ersten Datensatzes und der Zufallszahl mittels eines zweiten kryptografischen Schlüssels zum Erzeugen eines zweiten Datensatzes durch das Sicherheitselement; Übertragen des zweiten Datensatzes an eine Wahlinstanz; Entschlüsseln des zweiten Datensatzes zum Erhalten des ersten Datensatzes durch eine Erfassungsinstanz innerhalb der Wahlinstanz, wodurch die Teilnahme des Wählers an dem Wahlverfahren erfasst wird; Verschlüsseln des ersten Datensatzes mittels eines dritten kryptografischen Schlüssels zum Erzeugen eines dritten Datensatzes durch die Erfassungsinstanz; Übertragen des dritten Datensatzes von der Erfassungsinstanz an eine Stimmauswertinstanz innerhalb der Wahlinstanz; und Entschlüsseln des dritten Datensatzes zum Erhalten des ersten Datensatzes durch die Stimmauswertinstanz sowie Entschlüsseln des erstem Datensatzes zum Auswerten der Wahlinformation des Wählers durch die Stimmauswertinstanz.
Durch das zweifache Verschlüsseln der Wählinformation wird erreicht, dass ein Abhörangriff wirksam verhindert werden kann. Darüber hinaus erhöht die doppelte Absicherung die Sicherheit innerhalb der Wahlinstanz. Insbesondere ist dieses Verfahren gegenüber Manipulationsangriffen gesichert, da die Wahlinstanz in eine Erfassungsinstanz und eine Stimmauswertinstanz segmentiert ist und die einzelnen Segmente der Wahlinstanz kryptografisch untereinander abgesichert sind. Jedes Sicherheitselement weist zwei individuelle und voneinander verschiedene Schlüssel auf, um die Wählinformationen an die Wahlinstanz zu übertragen, wodurch die übertragenen Datensätze speziell gesichert sind.
Das Sicherheitselement hat dabei die Funktion, den Wahlberechtigten für das Wahlverfahren zu authentifizieren und ggf. zu identifizieren. Insbesondere dient das Sicherheitselement das Wahlverfahren an nichtvertrauenswürdigen Endgeräten abzusichern.
Insbesondere überprüft eine Überprüfungsinstanz innerhalb der Wahlinstanz, ob der zweite Datensatz durch die Erfassungsinstanz erfasst und durch die Stimmauswertinstanz ausgewertet wurde. Die Erfassungsinstanz erzeugt den vierten Datensatz nur unter der Vorraussetzung, dass die Überprüfung positiv ist. Dadurch ist bereits während des Wahlverfahrens ein Überprüfungsgremium eingerichtet, welches Manipulationen an dem Wählverfahren erkennt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Zufallszahl durch die Erfassungsinstanz mittels des ersten kryptografischen Schlüssels zum Erzeugen eines vierten Datensatzes innerhalb der Wahlinstanz verschlüsselt. Der vierte Datensatz wird von der Erfassungsinstanz an das Sicherheitselement als Bestätigungsinformation an den Wähler übertragen. Der vierte Datensatz wird somit in dem Sicherheitselement als eine Wahlbestätigung erwartet.
Der vierte Datensatz wird in dem Sicherheitselement verwendet, um zu überprüfen, ob tatsächlich die Wählinformation des Wählers ausgewertet wurde und ob der Wähler am elektronischen Wählverfahren erfasst wurde. Bleibt diese Bestätigung aus, geht das Sicherheitselement davon aus, dass ein Fehler bei der Stimmabgabe erfolgt. Ist eine Bestätigung im Sicherheitselement eingegangen, ist eine zweite Verarbeitung von Wählinformationen durch dieses Sicherheitselement unmöglich ist, sodass ein zweites Wählen mit diesem Sicherheitselement an diesem Wahlverfahren ausgeschlossen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erhält die Überwachungsinstanz während des Schritts des Erfassens der Teilnahme des Wählers eine erste Prüfzahl. Während des Schritts des Auswertens der Wählinformationen erhält die Überwachungsinstanz eine zweite Prüfzahl, wobei das Überprüfen nur positiv ist, wenn die erste und die zweite Prüfzahl übereinstimmen. Falls die Prüfzahlen nicht übereinstimmen, wird das der Erfassungsinstanz durch einen Alarm angezeigt. Insbesondere wird der vierte Datensatz nicht erzeugt, sodass dem Sicherheitselement das Auftreten eines Fehlers angezeigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zufallszahl eine erste Zufallszahl. Die Erfassungsinstanz erzeugt eine zweite Zufallszahl. Zum Erzeugen des vierten Datensatzes wird zusätzlich zur ersten Zufallszahl auch die zweite Zufallszahl mittels des ersten kryptografischen Schlüssels durch die Erfassungsinstanz innerhalb der Wahlinstanz verschlüsselt, falls das Ergebnis des Überprüfens positiv ist. Diese zweite Zufallszahl dient der Erhöhung der Sicherheit und kann zur Protokollierung des Wahlverfahrens verwendet werden. Durch die Zufallszahlen werden die einzelnen Datensätze auf Echtheit und Manipulationsversuche geprüft, wodurch die Sicherheit des Verfahrens weiter gesteigert wird.
Insbesondere verschlüsselt das Sicherheitselement die zweite Zufallszahl mittels des ersten Schlüssels, wodurch ein fünfter Datensatz erzeugt wird. Das Sicherheitselement überträgt dann den fünften Datensatz an die Wahlinstanz. Dies dient in der Wahlinstanz zur Bestätigung, dass das Sicherheitselement nicht manipuliert wurde und erhöht weiter die Sicherheit.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Datensatz in einem Speicherbereich des Sicherheitselements abgelegt. Das Sicherheitselement entschlüsselt nach Erhalt des vierten Datensatz diesen vierten Datensatz mittels des ersten kryptografischen Schlüssels. Abschließend vergleicht das Sicherheitselement die erste Zufallszahl des vierten Datensatzes mit der Zufallszahl des ersten Datensatzes. Bei fehlender Übereinstimmung der Zufallszahlen erkennt das Sicherheitselement einen Betrugs- bzw. Manipulationsversuch. Durch diese Maßnahme ist das Wahlverfahren demnach weiter abgesichert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt die Wahlinstanz anhand der Stimmauswertinstanz einen Zählstand pro unterschiedliche Wählinformationen. Dieser Zählstand wird von der Wahlinstanz an eine Metawahlinstanz übertragen wird. Die Metawahlinstanz ist daher mit einer Vielzahl von einzelnen Wahlinstanzen verbunden und führt die Auswertung aller Wählinformationen durch. Durch das Verwenden einer Vielzahl von Wahlinstanzen und einer Metawahlinstanz wird das Wahlverfahren dezentralisiert. Dadurch wird die Geschwindigkeit zur Durchführung der Wahl, insbesondere das Erfassen der Wählinformationen und der Auswertung dieser Wählinformationen gesteigert. Durch die Dezentralisierung wird weiter erreicht, dass das Wahlverfahren robuster gegen Angriffe ist, denn durch den Angriff einer Wahlinstanz kann das Wahlverfahren mit allen anderen Wahlinstanzen weiter fortgesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind einer Metawahlinstanz mindestens zwei Wahlinstanzen zugeordnet. In einer Weiterbildung der Ausgestaltung wird der Zählstand vor dem Übertragen mittels eines vierten kryptografischen Schlüssels durch die Wahlinstanz verschlüsselt, wodurch ein sechster Datensatz erzeugt wird. Der sechste Datensatz wird an die Metawahlinstanz übertragen. Durch das Dezentralisieren der Wählinstanz ist die Sicherheit weiter erhöht, da zu einer Manipulation des Wahlverfahrens eine Vielzahl von Wahlinstanzen angegriffen werden müsste, was den Aufwand für den Angreifer drastisch erhöht. Insbesondere wird durch die elektronische Erfassung der Wählinformationen erreicht, dass die Wählinformationen schnell, anonym und sicher ausgewertet werden. Eine Effizienzsteigerung gegenüber dem klassischen Auszählen per Hand ist enorm.
In einer Weiterbildung der Ausgestaltung erzeugt die Stimmauswertinstanz eine dritte Zufallszahl. Die dritte Zufallszahl wird neben dem Zählstand an die Metawahlinstanz übertragen. Somit weist jede Wahlinstanz einen individuellen Schlüssel mit der Metawahlinstanz auf, sodass die übertragenen Datensätze sicher übertragen werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind einer Wahlinstanz mindestens 1000 Sicherheitselemente zugeordnet. Dieses Verhältnis aus Wahlinstanz und Sicherheitselementen sorgt für ausreichend Anonymität der einzelnen Wahlberechtigten während des Wahlverfahrens.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Übertragungen von Erfassungsinstanz zu Stimmauswertinstanz, von Erfassungsinstanz zu Überwachungsinstanz und/oder von Stimmauswertinstanz zu Überwachungsinstanz monodirektional, das heißt die Übertragungen verlaufen nur in eine Richtung und werden insbesondere nicht durch Bestätigungsinformationen quittiert. Dadurch ist es unmöglich, einen Zusammenhang zwischen n-ten Wahlberechtigten und seiner Wählinformation herzustellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch ein Sicherheitselement in einem Endgerät zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens gelöst. Das Sicherheitselement umfasst einen Speicherbereich zum Ablegen des ersten und zweiten kryptografischen Schlüssels und zum Ablegen des zweiten Datensatzes. Das Sicherheitselement umfasst weiterhin einer Kryptografieeinheit zum Verschlüsseln der Wählinformation, zum Erzeugen der Zufallszahl und zum Verschlüsseln des ersten Datensatzes zum Erzeugen des zweiten Datensatzes. Das Sicherheitselement umfasst weiterhin eine Sende-/Empfangseinheit zum Versenden des zweiten Datensatzes.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kryptografieeinheit zum Aushandeln des ersten und zweiten kryptografischen Schlüssels eingerichtet.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch eine Wahlinstanz zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens gelöst. Die Wahlinstanz umfasst eine Erfassungsinstanz mit einem Speicherbereich zum Ablegen einer Liste aller mit entsprechenden Sicherheitselementen ausgehandelten zweiten kryptografischen Schlüssel und eine Kryptografieeinheit zum Erzeugen des dritten Datensatzes. Die Wahlinstanz umfasst weiterhin eine Stimmauswertinstanz mit einem Speicherbereich zum Ablegen einer Liste aller mit entsprechenden Sicherheitselementen ausgehandelten ersten kryptografischen Schlüssel und einer Kryptografieeinheit zum Erzeugen des fünften Datensatzes. Die Wahlinstanz umfasst weiterhin eine Überwachungsinstanz mit einer Empfangseinheit zum Empfangen der ersten Prüfzahl und der zweiten Prüfzahl, einer Vergleichseinheit, zum Vergleichen der ersten und zweiten Prüfzahl und einer Alarmierungseinheit zum Erzeugen eines Alarms falls die Vergleichseinheit erkennt, dass die erste Prüfzahl ungleich der zweiten Prüfzahl ist.
Die Wahlinstanz entspricht dabei einem klassischen Wahllokal einer einzelnen Region. Viele Wahlinstanzen berichten ihre Ergebnisse weiter an eine Metawahlinstanz, die als übergeordnete Instanz das Gesamtergebnis einer Überregion verwaltet.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch ein Wahlsystem bestehend aus einer Metawahlinstanz, zumindest zwei Wahlinstanzen und Sicherheitselementen geeignet zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens der beschriebenen Art gelöst.
Bei einem Sicherheitselement handelt es sich grundsätzlich um ein in Baugröße und Ressourcenumfang reduzierten Computer, der einen Mikrocontroller und mindestens eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Endgerät aufweist. Häufig besitzt es keine oder nur eine rudimentäre eigene Nutzerdatenausgabe. Der Mikrocontroller besitzt typischerweise eine Baugröße von wenigen mm2 und ist alleine durch seine geringe Baugröße in seiner Leistungsfähigkeit sowohl hinsichtlich Datenverarbeitungsleistung wie hinsichtlich Speicherkapazität gegenüber herkömmlichen PCs stark beschränkt.
Bei dem Sicherheitselement handelt es sich vorzugsweise um einen tragbaren Datenträger mit entsprechenden Sicherheitsfunktionalitäten, wie z. B. Smart Cards, Chipkarten, Token, Massenspeicherkarten, Multimediakarte, Teilnehmeridentifikationskarten in einem mobilen Funknetz und/oder um elektronische Identitätsdokumente, wie beispielsweise einem elektronischen Personalausweis, einem Reisepass mit, auf einem Chip gespeicherten maschinenlesbaren Identifikationsdaten einer Person.
Alternativ ist das Sicherheitselement eine Teilkomponente eines als unsicher angesehenen Endgeräts. Das Sicherheitselement ist dann insbesondere als Hardwarekomponente ausgestaltet und als ein fest integrierter Bestandteil im mobilen Endgerät angeordnet, wobei es entweder in der Form nicht vom mobilen Endgerät entnommen werden kann, beispielsweise als M2M Modul, Co-Prozessor, Trusted Platform Modul oder als ein entnehmbares Modul mit Sicherheitsfunktionalität mit dem mobilen Endgerät verbunden ist, beispielsweise als Chipkarte, insbesondere eines Subscriber Identification Modules, kurz SIM/USIM Karte, Smart Card, Massenspeicherkarte, Multimediakarte oder Secure MicroSD-Karte.
Alternativ ist das Sicherheitselement als eine Softwarekomponente als vertrauenswürdiger Teil des Betriebssystemkernels des unsicheren Endgerätes bzw. als ein Sicherheitssoftware-Algorithmus ausgestaltet. Hierbei ist die Verwendung von gesicherten Laufzeitumgebungen zur Ausführung von Programmen bzw. Applikationen zu nennen. Insbesondere kann als gesicherte Laufzeitumgebung die an sich bekannte ARM TrustZone^® eingesetzt werden, auf der z. B. das ebenfalls bekannte Betriebssystem MobiCore^® läuft.
Der Wahlberechtigte handelt vor der Wahl mit der Erfassungsinstanz und der Stimmauswertinstanz jeweils den ersten oder zweiten kryptografischen Schlüssel aus. Diese Schlüssel sind in einer bevorzugten Variante symmetrische Schlüssel. Die Aushandlung der Schlüssel erfolgt insbesondere über ein PACE Protokoll oder ein ähnlich sicheres Verfahren.
Die Aushandlung der Schlüssel zwischen Sicherheitselement und Wahlinstanz(en) erfolgt in einer Ausgestaltung unmittelbar vor der Wahl. Speziell bei der Verwendung einer Trusted Execution Environment, kurz TEE, als Sicherheitselement wird dadurch erreicht, dass die Schlüssel nur eine gewisse Zeit gültig sind, die Schlüssel an sich ändernde Sicherheitsbedingungen angepasst werden können.
Die Aushandlung der Schlüssel zwischen Sicherheitselement und Wahlinstanz(en) erfolgt in einer alternativen Ausgestaltung unmittelbar vor der Auslieferung des Sicherheitselements an den Wahlberechtigten. Speziell bei der Verwendung eines tragbaren Datenträgers als Sicherheitselement wird dadurch erreicht, dass die Schlüssel nicht in einer unsicheren Umgebung übertragen werden und ggf. durch Spionageangriffe ausgelesen werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Übertragen der Wählinformationen über ein Mobilfunknetz. Dadurch kann das Wählverfahren ortsunabhängig durchgeführt werden. Beispielsweise ist das „Global System for Mobile Communications”, kurz GSM als Vertreter der sogenannten zweiten Generation oder das General Packet Radio Service, kurz GPRS und Universal Mobile Telecommunications System, kurz UMTS als Vertreter der sogenannten dritten Generation von Mobilfunknetzen beispielhaft zu erwähnen, wobei bei der dritten Generation das Mobilvermittlungsnetz um die Fähigkeit einer paketorientierten Datenübertragung erweitert wird, das Funknetz an sich aber unverändert ist. Die Wahlinstanz ist dann angelehnt an die Infrastruktur des Mobilfunknetzes entweder eine Vermittlungsstation (Mobile Switching Center) oder eines der Register (VLR, HLR), in denen der Teilnehmer registriert ist. Alternativ erfolgt die Übertragung der Datensätze über ein internetbasiertes Kommunikationsnetz.
In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Übertragung zwischen Sicherheitselement und Wahlinstanz über eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle. Dazu sind die Sicherheitselemente mit zumindest einer Kontaktlosschnittstelle ausgestattet. Diese Kontaktlosschnittstelle überträgt die Datensätze an die Wahlinstanz und von der Wahlinstanz insbesondere gemäß einer der Standards gemäß ISO/IEC 14443, 15693 oder 18092.
Zum einfachen und schnellen kontaktlosen Übertragen von Daten zwischen dem Sicherheitselement und der Wahlinstanz wird insbesondere die Nahfeldkommunikation (NFC, Near Field Communication) verwendet. Diese Technik wird beispielsweise in mobilen Endgeräten integriert, um eine Kommunikation zwischen dem Endgerät und einem außerhalb des Endgeräts angeordneten Instanz zu ermöglichen. Die Kopplung der beiden Geräte findet über Spulen statt, wobei die Trägerfrequenz 13,56 MHz beträgt. Nähere Einzelheiten zur NF Kommunikation können dem „RFID-Handbuch" des Autors Klaus Finkenzeller entnommen werden.
Die jeweils generierten Zufallszahlen sind insbesondere sogenannte Nonce. Die Bezeichnung Nonce ist eine Abkürzung für: „used only once” oder „number used once” und stellt eine Zeichenkombination dar, die ad hoc gewählt und nach einmaliger Verwendung verworfen wird. Diese Nonce werden später benutzt, um eine Replay-Attacke oder eine Relay-Attacke (man-in-the-middle attack) zu erkennen. Der Begriff Zufallszahl ist demnach in dieser Anmeldung gleichbedeutend mit Zufallszeichenkombination.
Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, es können einzelne Elemente der Figuren übertrieben groß bzw. übertrieben vereinfacht dargestellt sein.
Es zeigen:
1 Ein Endgerät mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens
2 Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements in Form eines tragbaren Datenträgers
3 Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements in Form einer Trusted Execution Environment
4 Ein erfindungsgemäßer Verfahrensablauf zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens
5 Ein Ablaufdiagramm zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens in einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement gemäß der 2 oder 3
6 Ein Ablaufdiagramm zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens in einer erfindungsgemäßen Erfassungsinstanz innerhalb einer Wahlinstanz
7 Ein Ablaufdiagramm zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens in einer erfindungsgemäßen Stimmauswertinstanz innerhalb einer Wahlinstanz
8 Ein Ablaufdiagramm zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens in einer erfindungsgemäßen Überwachungsinstanz innerhalb einer Wahlinstanz
9 Ein erfindungsgemäßes Wahlsystem
1 zeigt ein Endgerät EG welches dazu eingerichtet ist, ein e Wahlinformation S_n eines an einem elektronischen Wahlverfahren teilnehmenden Wahlberechtigten zu erfassen. Das Endgerät EG ist in 1 ein Mobilfunkendgerät, wobei die Wählinformation über das Mobilfunknetz MO an eine entfernte Wahlinstanz WI_m zu übertragen. Das Endgerät EG ist dabei nicht auf mobile Endgeräte wie Smart Phones, PDA's, Pager oder dergleichen beschränkt, insbesondere können auch Endgeräte wie Laptops, Tablet-PCs, Personal Computer oder andere zur Kommunikation mit einer Wahlinstanz geeignete Endgeräte EG verwendet werden.
Das Endgerät EG kann sehr einfach ausgestaltet sein und weist insbesondere eine Tastatur zum Eingeben der Wählinformation S_n und ein Anzeigeelement zur Wiedergabe der Wählinformation S_n oder zum Anzeigen der auswählbaren Optionen an. In einer nicht dargestellten Variante der Erfindung ist das Endgerät EG ein Smart Card Terminal, an dem der Wahlberechtigte die Wählinformation S_n unter Verwendung eines Sicherheitselements zur Authentifizierung seiner Person eingibt.
Damit das Endgerät EG an dem erfindungsgemäßen Wahlverfahren teilnehmen kann, muss das EG mit einem erfindungsgemäßes Sicherheitselement SE ausgestattet sein oder in einer Kommunikationsreichweite mit diesem Sicherheitselement SE sein. Die verschiedenen Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements SE_n sind in 2 und 3 erläutert. Das Wahlverfahren ist ab 4 erläutert. Das elektronische Walverfahren kann dem n-ten Wahlberechtigten beispielsweise im Rahmen eines OTA-Dienstes angeboten werden, welches diesem mittels eines entsprechenden OTA-Servers bereitgestellt wird.
In 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements SE_n in Form eines tragbaren Datenträgers dargestellt. Dabei kann das Sicherheitselement SE_n als eine Chipkarte, Smart Card, Multimediakarte, Massenspeicherkarte ausgestaltet sein. Das Sicherheitselement SE_n kann in dieser Form vor der Wahl postal zum n-ten Wahlberechtigten versendet werden, ähnlich wie die Wahlunterlagen bei einer klassischen Papierwahl.
In einer weiteren Ausführung ist das Sicherheitselement SE_n in Form eines elektronischen Reisepasses ePASS oder eines elektronischen Identitätsdokuments eID ausgebildet. Das Wahlverfahren auf dem Sicherheitselement SE_n wird hier in Form von sicheren Applikationen durchgeführt, die bei Herstellung des SE_n eingebracht werden.
In einer in 1 angedeuteten Ausführungsform ist das Sicherheitselement ein entnehmbares SIM in einem mobilen Endgerät. In einer Weiterbildung der Ausführungsform ist das Sicherheitselement ein festverdrahtetes SIM, beispielsweise eine embedded SIM oder ein M2M Modul in einem mobilen Endgerät. In dieser Ausgestaltung kann die zum Durchführen der Wahl erforderliche Softwarekomponente via eines Over-The-Air Dienstes, kurz OTA Dienst, durch den Wahlberechtigten angefordert werden oder es wird im Rahmen eines OTA-Dienstes bereitgestellt.
In allen Ausführungsformen gemäß 2 ist das Sicherheitselement SE_n als eigenständige Hardwarekomponente ausgestaltet und weist eine eigene Infrastruktur auf. Die physische Datenübertragung mit dem Endgerät EG bzw. die logische Datenübertragung mit der Wahlinstanz WI_m erfolgt dabei über eine Schnittstelle I/O. Diese Schnittstelle ist entweder kontaktbehaftet oder kontaktlos, gemäß der eingangs beschriebenen Art. Das Sicherheitselement SE_n weist weiterhin einen eigenen sicheren Speicherbereich auf, in dem der erste kryptografische Schlüssel K_SS(n,m) sowie der zweite kryptografische Schlüssel K_SE(n,m) abgelegt sind. Diese Schlüssel K_SS(n,m) und K_SE(n,m) sind entweder während der Herstellung des Sicherheitselements SE_n in einen nichtflüchtigen einmalbeschreibbaren Speicher ROM oder während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Sicherheitselements SE_n in einen nichtflüchtigen wiederbeschreibbaren Speicher EEPROM abgelegt.
Das Sicherheitselement SE_n weist darüber hinaus eine Kryptografieeinheit auf, die entweder eine Teilkomponente der Zentralrecheneinheit CPU ist oder als ein Co-Prozessor in dem Sicherheitselement SE_n eingebracht ist.
Diese Kryptografieeinheit verwendet die abgelegten Schlüssel, um entsprechende Datensätze zu erzeugen, wie insbesondere in der 5 beschrieben ist. Die Kryptografieeinheit ist weiterhin dazu eingerichtet, eine Zufallszahl Nonce_SE(n) zu generieren. Diese Zufallszahl Nonce_SE(n) dient dazu, die Datenübertragung zwischen Sicherheitselement SE_n und Wahlinstanz WI_m weiter abzusichern, wie in 4 bis 7 erklärt wird.
Eine alternative Ausführungsform des Sicherheitselements SE_n ist in 3 als eine Softwarekomponente dargestellt. Dabei ist eine Laufzeitumgebung eines Prozessors innerhalb des Endgeräts EG in eine ungesicherte Umgebung, der Normalzone, und eine gesicherte Laufzeitumgebung TEE unterteilt. Das Sicherheitselement SE_n stellt dabei die sichere Laufzeitumgebung, auch Trusted Execution Environment, TEE, innerhalb des Endgeräts EG dar. In der gesicherten Laufzeitumgebung TEE werden ausschließlich vertrauenswürdige Applikationen, sogenannte Trustlets^® ausgeführt, die die von der Normalzone bereitgestellten Daten anhand von Zertifikaten und Prüfsummen auf Vertrauenswürdigkeit prüft. Die ausgehandelten Schlüssel K_SS(n,m) und K_SE(n,m) sind dabei innerhalb der TEE abgelegt. Das Verschlüsseln der Wählinformation zum Erzeugen der Datensätze, das Erzeugen der Zufallszahl Nonce_SE(n) erfolgt ausschließlich in dieser TEE, um ein hohes Maß an Sicherheit zu garantieren. Weiterführende Erläuterungen sind den 4 bis 7 zu entnehmen.
Das Sicherheitselement SE_n gemäß 2 und 3 ist nach Erhalt der kryptografischen Schlüssel K_SS(n,m) und K_SE(n,m) einem n-ten Wahlberechtigten eindeutig zugeordnet, sodass der Wahlberechtigte das Aushändigen des Sicherheitselements SE_n an Dritte sehr sorgfältig überdenken sollte und im Idealfall unterlässt. Das Sicherheitselement SE_n hat demnach die Funktion, den n-ten Wahlberechtigten für das Wahlverfahren zu authentifizieren und ggf. zu identifizieren. Insbesondere dient das Sicherheitselement SE_n dazu nichtvertrauenswürdige Endgeräte EG dazu zu verwenden, das Wahlverfahren abzusichern.
In 4 ist ein erfindungsgemäßer Verfahrensablauf zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens skizziert. Dabei wird ein Sicherheitselement SE_n gemäß den 1 bis 3 verwendet.
Weiterhin ist die Wahlinstanz WI_m angedeutet, die anhand der gestrichelten Linie in eine Erfassungsinstanz EI_m, eine Stimmauswertinstanz SI_m und eine Überwachungsinstanz ÜI_m unterteilt ist. Eine Metawahlinstanz MWI ist mit allen existierenden Wahlinstanzen WI_m verbunden, um die Wahlergebnisse zu erfassen.
Das erfindungsgemäße Wahlverfahren ist dabei in drei Phasen I, II, III unterteilt, wobei die Vorbereitung zur Wahl in Phase I, die Durchführung der Wahl in Phase II und die Berichterstattung und Bestätigung der Wahlinformationen S_n in Phase III erfolgt. Zur Orientierung sind die Phasen I, II und III ebenfalls bei der Beschreibung der einzelnen Instanzen in den 5 bis 7 dargestellt.
In Phase I des elektronischen Wahlverfahrens erfolgt das Aushandeln der gemeinsamen kryptografischen Schlüssel K_SE(n,m), K_SS(n,m), K_ES(n,m), K_SM(m). Dabei müssen die Schlüssel nicht zwangsläufig alle zur gleichen Zeit ausgehandelt werden, ebenfalls kann die Gültigkeit der Schlüssel unterschiedlich sein. Es ist auch möglich, dass die Schlüssel erst kurz vor Beginn der Übertragung des jeweiligen Datensatzes ausgehandelt werden, sodass eine Mischform aus Phase I und Phase II denkbar ist. Die Schlüssel können ihre Gültigkeit auch nach dem Wahlverfahren weiter behalten, alternativ sind es Einmalschlüssel, die nach der Anwendung an einem Datensatz kein zweites mal verwendet werden dürfen, um die Sicherheit am Wahlverfahren weiter zu erhöhen.
Insbesondere handelt das Sicherheitselement SE_n mit der Erfassungsinstanz EI_m einen kryptografischen Schlüssel K_SE(n,m) aus. Darüber hinaus handelt das Sicherheitselement SE_n mit der Erfassungsinstanz SI_m einen kryptografischen Schlüssel K_SS(n,m) aus. Darüber hinaus handelt die Erfassungsinstanz EI_m mit der Stimmauswertinstanz SI_m einen kryptografischen Schlüssel K_ES(n,m) aus. Darüber hinaus handelt die Stimmauswertinstanz SI_m mit der Metawahlinstanz MWI einen kryptografischen Schlüssel K_SM(m) aus.
Alle diese, in Phase I ausgehandelten Schlüssel sind bevorzugt symmetrische Schlüssel, beispielsweise nach Advanced Encryption Standard AES, Data Encryption Standard DES, International Data Encrytion Algorithm IDEA, Rivest Cipher, CAST-Verschlüsselung oder Quick Stream Cipher QUISCI. Bei symmetrischen Schlüsseln verwenden im Gegensatz zu asymmetrischen Schlüsselsystemen, bspw. PKI-System, sowohl Sicherheitselement SE_n als auch die Wahlinstanz(en) WI_m und die Metawahlinstanz MWI stets den gleichen Schlüssel. Speziell der erste Schlüssel K_SS(n,m) und der zweite Schlüssel K_SE(n,m) werden über einen sicheren Kanal ausgetauscht, bzw. ausgehandelt. Die Sicherheit des gesamten Wahlverfahrens hängt von der Geheimhaltung aller dieser Schlüssels K_SS(n,m), K_SE(n,m), K_ES(n,m) und K_SM(m) ab. Zum Aushandeln der Schlüssel gemäß Phase I der 4 können asymmetrische Verschlüsselungsverfahren, zum Beispiel basierend auf dem Diffie-Hellman-Algorithmus eingesetzt. Bei einer derartigen hybriden Verschlüsselung erhält man den Vorteil, dass die symmetrischen Schlüsselsysteme schneller sind, während das Aushandeln des Schlüssels durch die asymmetrische Verschlüsselung vor dem Zugriff eines Angreifers geschützt wird.
Am Ende der Phase I befinden sich der erste und der zweite kryptografische Schlüssel K_SE(n,m) und K_SS(n,m) im Sicherheitselement SE_n des n-ten Wahlberechtigten, der dritte Schlüssel K_ES(n,m) befindet sich in Erfassungsinstanz EI_m und Stimmauswertinstanz SI_m, sowie der vierte Schlüssel K_SM(m) in Stimmauswertinstanz SI_m und Metawahlinstanz MWI.
In Phase II des Wahlverfahrens findet nun die eigentliche Wahl statt. Dazu gibt der Wahlberechtigte auf einem Endgerät EG seine Wahlinformation ein, siehe 1. Dazu kann insbesondere eine Wahl-Applikation verwendet werden, die dem Wahlberechtigten anzeigt, welche Wahlmöglichkeiten bestehen und ihn per Menüführung zum Abgeben seiner Wahlinformation S_n führt. Sind die Wahlinformationen vorhanden, werden der erste und der zweite kryptografische Schlüssel K_SS(n,m) und K_SE(n,m) sowie eine vom Sicherheitselement SE_n erzeugte Zufallszahl Nonce_SE(n) verwendet, um einen zweiten Datensatz zu erzeugen und gemäß Schritt 1 zu übertragen, Details hierzu siehe 5 und Beschreibung.
Die Erfassungsinstanz EI_m innerhalb der Wahlinstanz WI_m erhält nun den zweiten Datensatz. Aus dem zweiten Datensatz wird mittels des zweiten kryptografischen Schlüssels K_SE(n,m) der erste Datensatz gewonnen und mittels des dritten kryptografischen Schlüssels K_ES(n,m) ein dritter Datensatz erzeugt, Details hierzu siehe 6 und Beschreibung. Der dritte Datensatz wird gemäß Schritt 2 an die Stimmauswertinstanz SI_m übertragen. Diese Übertragungsstrecke ist monodirektional. Dadurch ist es unmöglich, einen Zusammenhang zwischen n-ten Wahlberechtigten und seiner Wählinformation S_n herzustellen.
Es ist zu beachten, dass die Wählinformation S_n weiterhin mit dem ersten kryptografischen Schlüssel K_SS(n,m) verschlüsselt ist und somit von der Erfassungsinstanz EI_m nicht ausgewertet werden kann. Dies erhöht die Sicherheit enorm, zumal ein Angreifer in der Tat beide kryptografische Schlüssel K_SS(n,m) und K_SE(n,m) benötigt, um an eine Wählinformation S_n zu gelangen.
Ist die Erfassungsinstanz EI_m in der Lage den zweiten Datensatz mittels des zweiten Schlüssels K_SE(n,m) zu entschlüsseln, wird gemäß Schritt 3 weiterhin eine erste Prüfzahl σ an die Überwachungsinstanz ÜI_m übertragen. Diese Übertragungsstrecke ist monodirektional. Dadurch ist es unmöglich, einen Zusammenhang zwischen n-ten Wahlberechtigten und seiner Wählinformation S_n herzustellen. Schritt 3 bedeutet für das Wahlverfahren, dass der n-te zweite Schlüssel K_SE(n,m) in der Erfassungsinstanz EI_m vorhanden ist, wodurch der n-te Wahlberechtigte als wahlberechtigt gilt. Der zu dem Schlüssel K_SE(n,m) dazugehörige n-te Wahlberechtigte wird von einer Liste:
List: K_SE(1,m)', K_SE(2,m)', K_SE(3,m)', K_SE(4,m)', ..., K_SE(n,m)
aller registrierter Wahlberechtigter der Erfassungsinstanz EI_m gelöscht, sodass ein erneutes Erfassen des n-ten Wahlberechtigten nicht möglich ist.
Wie erwähnt, erhält die Stimmauswertinstanz SI_m den dritten Datensatz gemäß Schritt 2. Die Stimmauswertinstanz SI_m entschlüsselt den dritten Datensatz mittels des dritten kryptografischen Schlüssels K_ES(n,m), um den ersten Datensatz zu erhalten, siehe 7 für Details. Mit Erhalt des ersten Datensatzes erhält die Stimmauswertinstanz SI_m die Information, dass der n-te Wahlberechtigte von der Erfassungsinstanz EI_m erfasst worden ist und von der Liste der Erfassungsinstanz EI_m gestrichen wurde.
Die Stimmauswertinstanz SI_m versucht nun, die Wahlinformation S_n aus dem ersten Datensatz mittels einer Liste:
List: K_SS(1,m)', K_SS(2,m)', K_SS(3,m)', K_SS(4,m)', ..., K_SS(n,m)
aller erster kryptografischer Schlüssel zu entschlüsseln. Wird ein entsprechender Schlüssel K_SS(n,m) zum Entschlüsseln gefunden, werden die Wählinformation S_n des n-ten Wahlberechtigten erhalten. Anschließend wird gemäß Schritt 4 eine zweite Prüfzahl μ an die Überwachungsinstanz ÜI_m übertragen. Diese Übertragungsstrecke ist monodirektional. Dadurch ist es unmöglich, einen Zusammenhang zwischen n-ten Wahlberechtigten und seiner Wählinformation S_n herzustellen. Schritt 4 bedeutet für das Wahlverfahren, dass der n-te erste Schlüssel K_SS(n,m) in der Stimmauswertinstanz SI_m vorhanden ist, die Wählinformationen S_n entschlüsselt werden konnten und somit der Wahlberechtigte authentisch ist. Der zu dem ersten Schlüssel K_SS(n,m) dazugehörige n-te Wahlberechtigte wird von der Liste der auszuwertenden Wahlberechtigen gelöscht, sodass ein erneutes Auswerten der n-ten Wählinformation S_n des n-ten Wahlberechtigten nicht möglich ist. Details hierzu können 7 und entsprechende Beschreibung entnommen werden. In der Überwachungsinstanz ÜI_m erfolgt eine Überprüfung der ersten und der zweiten Prüfzahl gemäß 8. Erfolgt innerhalb einer bestimmten Wartezeit T eine Fehlermeldung, dargestellt in Form des gestrichelten Pfeils von Überwachungsinstanz ÜI_m an die Erfassungsinstanz EI_m wird in der Erfassungsinstanz EI_m ein Fehler registriert und das Wahlverfahren für den n-ten Wahlberechtigten an dieser Stelle abgebrochen.
Erfolgt innerhalb der Wartezeit T keine Fehlermeldung von der Überwachungsinstanz ÜI_m an die Erfassungsinstanz EI_m wird in der Erfassungsinstanz ÜI_m davon ausgegangen, dass die Wählinformation S_n korrekt ausgewertet worden ist. Die Erfassungsinstanz erzeugt einen vierten Datensatz unter Verwendung der Zufallszahl Nonce_SE(n). In einer fortgeschrittenen Variante wird neben der Zufallszahl Nonce_SE(n) in der Erfassungsinstanz eine zweite Zufallszahl Nonce_EI(m) erzeugt und im vierten Datensatz verwendet. Details zur Erzeugung des vierten Datensatz können 6 entnommen werden. Der vierte Datensatz wird gemäß Schritt 5 an das Sicherheitselement SE_n übertragen. Nach Überprüfung des vierten Datensatzes wird optional ein fünfter Datensatz unter Verwendung der zweiten Zufallszahl Nonce_EI(m) erzeugt und an die Erfassungsinstanz gesendet, siehe 5 mit Beschreibung.
Phase II ist erfolgreich abgeschlossen, wenn weder die Überwachungsinstanz ÜI_m noch das Sicherheitselement SE_n eine Fehlermeldung generiert und entsprechende Bestätigungsinformationen auf Richtigkeit überprüft worden sind. Die Phase II ist weiterhin abzuschließen, wenn der Wahlvorgang per Vorschrift beendet sein soll, beispielsweise ein Zeitfenster von 24 Stunden zur Abgabe der Wählinformationen S_n verstrichen ist.
Ist die Phase II für alle n-ten Wahlberechtigten abgeschlossen, fasst die Stimmauswertinstanz SI_m alle ausgewerteten Wählinformationen S_n zusammen und zählt die abgegebenen Stimmen aus. Dies kann prinzipiell auch fortlaufend während Phase II erfolgen.
Anschließend erzeugt die Stimmauswertung SI_m einen sechsten Datensatz gemäß 7, der gemäß Schritt 7 an die Metawahlinstanz MWI übertragen wird. Die Metawahlinstanz erzeugt ausgehend von dem sechsten Datensatz einen siebten Datensatz, der gemäß Schritt 8 an die Stimmauswertinstanz SI_m übertragen wird und als abschließende Bestätigungsinformation angesehen werden kann. Das Wählverfahren ist beendet, wenn gemäß Phase III die Stimmauswertinstanz SI_m nach Erhalt des siebten Datensatzes keine Fehlermeldung generiert, siehe 7.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Wahlverfahren, welches in dem Sicherheitselement SE_n abläuft. Zunächst überprüft das Sicherheitselement SE_n ob der erste und der zweite kryptografische Schlüssel K_SE(n,m) und K_SS(n,m) vorhanden sind. Ergibt die Überprüfung, dass einer der beiden Schlüssel nicht vorhanden ist, wird gemäß Phase I der 4 derjenige fehlende Schlüssel mit der entsprechenden Erfassungsinstanz EI_m oder Stimmauswertinstanz SI_m ausgehandelt.
Sind beide kryptografische Schlüssel K_SE(n,m) und K_SS(n,m) vorhanden, kann die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Phase II beginnen. Dazu überprüft das Sicherheitselement SE_n, ob die Wählinformation S_n vorn Wahlberechtigten dem Sicherheitselement SE_n vorliegen. Die Eingabe der Wählinformationen S_n erfolgt beispielsweise mittels des Endgeräts EG oder an einem Smart Card Terminal im Wahllokal und wird sicher an das Sicherheitselement SE_n übertragen, siehe auch 1.
Nun verschlüsselt das Sicherheitselement SE_n die Wählinformation S_n mit dem ersten kryptografischen Schlüssel K_SS(n,m), wodurch ein erster Datensatz erhalten wird. Der erste Datensatz ist:
Enc(S_n, K_SS(n,m))
Anschließend generiert das Sicherheitselement SE_n eine Zufallszahl Nance_SE(n). Diese Zufallszahl Nonce_SE(n) wird später benutzt, um eine Replay-Attacke oder einen Janusangriff erkennen zu können. Die Zufallskombination Nonce_SE(n). und der erste Datensatz wird mit dem zweiten kryptgrafischen Schlüssel K_SE(n,m) verschlüsselt, wodurch der zweite Datensatz erhalten wird Der zweite Datensatz ist:
Enc(Enc(S_n, K_SS(n,m)) + Nonce_SEn, K_SE(n,m))
Der zweite Datensatz wird nun an die Wahlinstanz gesendet, siehe Schritt 1 der 4.
Gemäß Schritt 5 des Wahlverfahrens (siehe 4) ist vorgesehen, dass das Sicherheitselement SE_n den vierten Datensatz:
Enc(Nonce_SEn + Nonce_EIm, K_SE(n,m))
erhält. Der Erhalt des vierten Datensatzes wird im Sicherheitselement SE_n überprüft, wobei bei Nichterhalten nach einer angemessenen und vordefinierten Zeitspanne eine Fehlermeldung generiert wird, die angibt dass die Wählinformation S_n nicht erfasst oder ausgewertet worden ist. Der Wahlberechtigte kann diese Fehlermeldung verwenden, um sein Wahlrecht einzufordern.
Wurde der vierte Datensatz erhalten, ist die Phase II des Wahlvorgangs für das Sicherheitselement SE_n beendet. Der vierte Datensatz wird mittels des zweiten kryptografischen Schlüssels K_SE(n,m) entschlüsselt:
Dec(Enc(Nonce_SEn + Nonce_EIm, K_SE(n,m)), K_SE(n,m))
und die beiden Zufallszahlen Nonce_SE(n) und Nonce_EI(m) erhalten. Es sei erwähnt, dass die zweite Zufallszahl Nonce_EI(m) lediglich optional vorhanden ist, um das Wahlverfahren stärker abzusichern.
Das Sicherheitselement SE_n kann ausgehend von der ersten Zufallszahl Nonce_SE(n) überprüfen, ob tatsächlich die Wahlinformation S_n erfasst und ausgewertet worden ist. Dazu vergleicht das Sicherheitselement S_n die erste Zufallszahl Nonce_SE(n) mit der beim Erzeugen des zweiten Datensatzes generierten Zufallszahl Nonce_SE(n), welche bei ordentlicher Durchführung der Wahl identisch sein müssen. Wurde an einer Stelle ein Betrugsversuch durchgeführt, stimmen beide Zufallszahlen Nonce_SE(n) nicht überein, wodurch eine Fehlermeldung in dem Sicherheitselement SE_n generiert wird. Das Sicherheitselement SE_n überträgt diese Fehlermeldung umgehend an die Wahlinstanz WI_m oder die Metawahlinstanz MWI, sodass Gegenmaßnahmen und ggf. Neuwahlen eingeleitet werden können.
Ist die erste Zufallszahl Nonce_SE(n) des vierten Datensatzes korrekt, wird optional die zweite Zufallszahl Nonce_EI(m) verwendet, um den fünften Datensatz:
Enc(Nonce_EIm, K_SE(n,m))
zu erzeugen und gemäß Schritt 6 der 4 an die Erfassungsinstanz EI_m als Bestätigungsinformation zurückzusenden. Das Wahlverfahren ist nun für das Sicherheitselement SE_n beendet.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Wahlverfahren, welches in der Erfassungsinstanz EI_m abläuft. Gemäß Schritt 2 aus 4 empfangt die Erfassungsinstanz EI_m den zweiten Datensatz:
Enc(Enc(S_n, K_SS(n,m)) + Nonce_SEn, K_SE(n,m))
Nun überprüft die Erfassungsinstanz EI_m anhand einer Liste aller für diese Erfassungsinstanz EI_m registrierten n-ten Wahlberechtigten
List: K_SE(1,m)', K_SE(2,m)', K_SE(3,m)', K_SE(4,m)', ..., K_SE(n,m)
ob der zweite kryptografische Schlüssel K_SE(n,m) vorhanden ist. Das Überprüfen kann dadurch erfolgen, dass nacheinander mit jedem in der Liste aufgeführten Schlüssel K_SE(n,m) versucht wird, den empfangenen zweiten Datensatz zu entschlüsseln.
Falls kein entsprechender zweiter Schlüssel K_SE(n,m) in der Liste vorhanden ist, wird eine Fehlermeldung generiert, die angibt, dass der n-te Wahlberechtigte nicht an dieser Erfassungsinstanz EI_m registriert ist und entsprechend nicht wählen kann. Es folgt der Abbruch des Wahlverfahrens an dieser Stelle.
Falls ein zweiter Schlüssel K_SE(n,m) in der Liste vorhanden ist, wird der zweite Datensatz entschlüsselt:
Dec(Enc(Enc(S_n, K_SS(n,m) + Nonce_SEn, K_SE(n,m)), K_SE(n,m))
wodurch der erste Datensatz und die Zufallszahl
Enc(S_n, K_SS(n,m)) + Nonce_SEn
erhalten wird. Der erste Datensatz wird mittels des dritten kryptografischen Schlüssels K_ES(n,m) verschlüsselt, wodurch ein dritter Datensatz:
Enc(Enc(S_n, K_SS(n,m)), K_ES(n,m))
erzeugt wird, der gemäß Schritt 3 der 4 an die Stimmauswertinstanz SI_m übertragen wird. Da die Wahlinstanz WI_m vertrauenswürdig ist, kann auch ein alternativer Verschlüsselungsalgorithmus gewählt werden. Allerdings muss der zweite Datensatz in einen dritten Datensatz umverschlüsselt und an die Stimmauswertinstanz SI_m übertragen werden, damit die Sicherheit des Wahlverfahrens gewahrt bleibt.
In einem Folgeschritt versendet die Erfassungsinstanz EI_m eine erste Prüfzahl σ an eine Überwachungsinstanz ÜI_m und wartet eine vorbestimmte Wartezeit T. Während der Wartezeit T überprüft die Erfassungsinstanz EI_m ob ein Alarm von der Überwachungsinstanz ÜI_m generiert worden ist. Falls ein Alarm von der Überwachungsinstanz ÜI_m in der Erfassungsinstanz EI_m generiert wurde, erzeugt die Erfassungsinstanz EI_m eine Fehlermeldung, dass die Wählinformation S_n nicht ausgewertet wurde und die Stimmabgabe somit nicht erfolgreich war. Daraufhin wird entweder der n-te Wahlberechtigte erneut gebeten, seine Wählinformationen abzugeben, wodurch das Wahlverfahren für den n-ten Wahlberechtigten als erfolglos abgebrochen und erneut gestartet wird. Nach einer vordefinierten Anzahl von Fehlversuchen, zum Beispiel 3 Fehlversuche, wird der n-te Wahlberechtigte darüber informiert, dass seine Stimmabgabe nicht erfasst und nicht ausgewertet wurde.
Ist kein Alarm von der Überwachungsinstanz ÜI_m in der Erfassungsinstanz EI_m registriert worden, ist die Phase II für die Erfassungsinstanz EI_m beendet und es erfolgt die Generierung einer Bestätigungsinformation an das Sicherheitselement SE_n. Dazu generiert die Erfassungsinstanz einen vierten Datensatz:
Enc(Nonce_SE(n) + Nonce_EI(m), K_SE(n,m))
unter Verwendung der ersten Zufallszahl Nonce_SE(n) und des zweiten kryptografischen Schlüssels K_SE(n,m). Optional wird eine zweite Zufallszahl Nonce_EI(m) in der Erfassungsinstanz EI_m generiert und im vierten Datensatz verwendet. Die zweite Zufallszahl Nonce_EI(m) wird in einem sicheren Speicher abgelegt. Der vierte Datensatz wird gemäß Schritt 5 der 4 an das Sicherheitselement S_n übertragen.
Optional erhält die Erfassungsinstanz EI_m gemäß Schritt 5 der 4 einen fünften Datensatz:
Enc(Nonce_EI(m), K_SE(n,m)
von dem Sicherheitselement SE_n. In einem nicht dargestellten Schritt wird der fünfte Datensatz mittels des zweiten kryptografischen Schlüssels K_SE(n,m) entschlüsselt und die daraus erhaltene zweite Zufallszahl Nonce_EI(m) mit der abgelegten zweiten Zufallszahl Nonce_EI(m) verglichen. Stimmen beide zweite Zufallszahlen Nonce_EI(m) überein, gilt Phase III des Wahlverfahrens als erfolgreich beendet für die Erfassungsinstanz EI_m.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Wahlverfahren, welches in der Stimmauswertinstanz SI_m abläuft. Zunächst empfängt die Stimmauswertinstanz SI_m den dritten Datensatz gemäß Schritt 2:
Enc(Enc(S_n, K_SS(n,m)), K_ES(n,m))
und entschlüsselt den dritten Datensatz mit dem dritten kryptografischen Schlüssel K_ES(n,m):
Dec(Enc(Enc(S_n, K_SS(n,m)), K_ES(n,m)), K_ES(n,m))
um den ersten Datensatz:
Enc(S_n, K_SS(n,m))
zu erhalten. Mittels der Liste aller erster Schlüssel K_SS(n,m):
List: K_SS(1,m)', K_SS(2,m)', K_SS(3,m)', K_SS(4,m)', ..., K_SS(n,m)
versucht die Stimmauswertinstanz SI_m den ersten Datensatz zu entschlüsseln. Ist kein entsprechender erster Schlüssel K_SS(n,m) vorhanden, erfolgt eine Fehlermeldung, dass das Sicherheitselement SE_n bzw. der n-te Wahlberechtigte nicht authentisch sind.
Wird ein entsprechender erster SchlüsselK_SS(n,m) gefunden, wird der erste Datensatz entschlüsselt:
Dec(Enc(S_n, K_SS(n,m)), K_SS(n,m))
um die Wählinformation S_n zu erhalten und entsprechend auswerten zu können. Insbesondere wird ein der Wahlinformation S_n entsprechender Zählstand inkrementiert, um erfassen zu können, wie viele Wähler eine entsprechende Wählinformation S_n abgegeben haben. Der Zählstand kann während der Phase II bereits pro Wählinformation S_n aktualisiert werden oder erst in der Auswertphase III des Wahlverfahrens zusammenaddiert werden.
Weiterhin wird ein zweite Prüfzahl μ an die Überwachungsinstanz ÜI_m gesendet. Diese Übertragung ist monodirektional. Dadurch ist es unmöglich, einen Zusammenhang zwischen n-ten Wahlberechtigten und seiner Wählinformation S_n herzustellen. Diese zweite Prüfzahl μ wird in der Überwachungsinstanz ÜI_m überprüft, für Details wird auf 8 und auch 6 im Fehlerfall verwiesen.
Erfolgt während einer Wartezeit T keine Fehlermeldung durch die Erfassungsinstanz EI_m wird die Phase II für. die Stimmauswertinstanz SI_m für den n-ten Wahlberechtigten beendet.
Sind alle n-ten Wahlberechtigten erfasst oder ist die Wahl für beendet erklärt, beispielsweise durch Ablauf des Zeitfenster von 24 h für die Abgabe der Wählinformation S_n, so beginnt Phase III des Wahlverfahrens, indem die Stimmauswertinstanz SI_m das Ergebnis der Wahl an die Metawahlinstanz MWI überträgt. Dazu ermittelt die Stimmauswertinstanz alle abgegebenen Wählinformationen S_n und fasst diese ggf. zusammen. (wird optional sofort beim auswerten der Wählinformation des n-ten Wahlberechtigten während Phase II durchgeführt). Weiterhin generiert die Stimmauswertinstanz SI_m eine dritte Zufallszahl Nonce_SI(m) und legt diese dritte Zufallszahl Nonce_SI(m) in einem sicheren Speicherbereich ab. Der ermittelte Zählstand wird zusammen mit der dritten Zufallszahl NonceSI(m) mittels des vierten kryptografischen Schlüssels K_SM(m) zum Erzeugen eines sechsten Datensatzes:
Enc(Zählstand + Nonce_SI(m), K_SM(m))
verwendet. Der sechste Datensatz wird nun an die Metwahlinstanz MWI übertragen, siehe Schritt 7 der 4. Optional erhält die Stimmauswerteinheit von der Metawahlinstanz einen siebten Datensatz:
Enc(Nonce_SI(m), K_SM(m)).
der mittels des vierten kryptografischen Schlüssels K_SM(m) entschlüsselt wird, um die dritte Zufallszahl Nonce_SI(m) zu erhalten. Ergibt ein Vergleich, dass die dritte Zufallszahl Nonce_SI(m) mit der abgelegten dritten Zufallszahl Nonce_SI(m) übereinstimmt, wird davon ausgegangen, dass die Übertragung des sechsten Datensatzes ordnungsgemäß abgelaufen ist. Die dritte Phase III ist dann für die Stimmauswertinstanz SI_m beendet.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Wahlverfahren, welches in der Überwachungsinstanz ÜI_m abläuft. Dazu erhält die Überwachungsinstanz ÜI_m gemäß Schritt 3 eine erste Prüfzahl σ und wartet eine vordefinierte Wartezeit T. Während der Wartezeit T überprüft die Überwachungsinstanz ÜI_m, ob eine zweite Prüfzahl μ empfangen worden ist. Weisen beide Prüfzahlen σ und μ den gleichen Wert auf, wird davon ausgegangen, dass der n-te Wahlberechtigte in der Erfassungsinstanz EI_m erfasst wurde und die Wählinformation S_n des n-ten Wahlberechtigten in der Stimmauswertinstanz SI_m ausgewertet und gezählt wurde.
Stimmen beide Prüfzahlen σ und μ nicht überein, so wird ein Alarm ausgelöst, durch den die Erfassungsinstanz EI_m mitgeteilt bekommen, dass die Wahlinformation S_n nicht korrekt abgearbeitet worden ist. Die Erfassungsinstanz EI_m informiert umgehend die Stimmauswertinstanz SI_m.
Die Prüfzahlen σ und μ sind insbesondere Prüfzählstände, die für jeden erfassten Wahlberechtigten sowie für jede ausgewertete Wahlinformation S_n inkrementiert werden. Stimmen beide Prüfzählstände nicht überein, sind Wahlinformation S_n zuviel oder zu wenig ausgewertet worden.
In 9 ist ein erfindungsgemäßes Wahlsystem bestehend aus einer Metawahlinstanz MWI und m Wahlinstanzen WI_m. Die Wahlinstanzen WI_m weisen die Erfassungsinstanzen EI_m, Stimmauswertinstanzen SI_m sowie die Überwachungsinstanzen ÜI_m auf. Optional ist jede Stimmauswertinstanz WI_m mit einem sicheren Drucker SD_m verbunden, um die ermittelten Zählstände sowie ggf. Fehlermeldungen sicher ausdrucken zu können. Die sicheren Drucker SD_m dienen dazu, das offizielle Wahlergebnis der Wahlinstanz, sprich der Wahlregion zu veröffentlichen.
Jeder Wahlinstanz WI_m ist wiederum eine vordefinierte Anzahl von Sicherheitselementen SE_n zugeordnet. Um ein genügend hohes Maß an Anonymität pro Wahlinstanz WI_m gewährleisten zu können, sollte die Anzahl n an Sicherheitselementen SE_n, die einer Wahlinstanz W_Im zugeordnet sind, größer als 1000 sein. Dies entspricht in etwa der Größe traditioneller Wahllokale. Die Anzahl m an Wahlinstanzen WI_m die der Metawahlinstanz MWI zugeordnet sind, ist prinzipiell nicht beschränkt, es sollten allerdings zumindest zwei Wahlinstanzen WI_m zu einer Metawahlinstanz WMI zugeordnet sein. Durch das Dezentralisieren des Wahlsystems auf einzelne Wahlinstanzen WI_m wird erreicht, dass der Angriff auf eine Wahlinstanz WI_m keinen Einfluss auf die anderen Wahlinstanzen WI_m hat und das Wahlverfahren grundsätzlich fortgesetzt werden kann. Fehlerfortpflanzungen von einer Wahlinstanz WI_m zu einer anderen Wahlinstanz WI_m werden dadurch vermieden.
Die Metawahlinstanz MWI sowie alle Wahlinstanzen WI_m und insbesondere die Untereinheiten EI_m, SI_m, ÜI_m sind mit Kryptografieeinheiten ausgestattet, um das Generieren der zweiten und dritten Zufallszahlen Nonce_EI(m) und Nonce_SI(m) das Erzeugen und Entschlüsseln der diversen Datensätze mittels der kryptografischen Schlüssel K_SE(n,m), K_SS(n,m), K_ES(n,m), K_SM(m) sicher durchführen zu können. Die Kryptografieeinheiten sind insbesondere eigenständige Rechenmodule innerhalb der Instanzen.
Durch das beschriebene Verfahren ist gewährleistet, dass ein n-ter Wahlberechtigter seine Wählinformation S_n anonym und geheim abgegeben kann. Mittels der Listen in der Stimmauswertinstanz SI_m und der Erfassungsinstanz EI_m ist gewährleistet, dass jeder n-te Wahlberechtigte seine Wählinformation S_n einmal, aber nur einmal abgeben kann. Das Wahlverfahren ist durch die unterschiedlichen Verschlüsselungen, Umverschlüsselungen und Zufallzahlgenerierungen enorm manipulationsresistent und kollisionssicher. Fehlversuche oder Angriffe werden detektiert
Bezugszeichenliste

EG: Mobiles Endgerät
MO: Mobilfunknetz
NFC: Nahfeldkommunikation
TEE: Trusted Execution Environment, gesicherte Laufzeitumgebung
APP: Applikation, Wahlapplet
OS: Betriebssystem
I: Phase 1, Vor der Wahl
II: Phase 2, Während der Wahl/Stimmabgabe
III: Phase 3, Berichterstattung/Auswertung der Wahl
n: Anzahl der SE pro WI
m: Anzahl der WI
SE_n: n-tes Sicherheitselement
WI_m: m-te Wahlinstanz
EI_m: m-te Erfassungsinstanz
SI_m: m-te Stimmauswertinstanz
ÜI_m: m-te Überwachungsinstanz
SD_m: m-ter sicherer Drucker
MWI: Metawahlinstanz
S_n: Wählinformation des n-ten Wählers
K_SE(n,m): Kryptograf. Schlüssel ausgehandelt zwischen SE und EI
K_SS(n,m): Kryptograf. Schlüssel ausgehandelt zwischen SE und SI
K_ES(n,m): Kryptograf. Schlüssel ausgehandelt zwischen EI und SI
K_SM(m): Kryptograf. Schlüssel ausgehandelt zwischen SI und MWI
Nonce_SE(n): Zufallszahl, Einmal gültige Information, generiert von SE
Nonce_EI(m): Zufallszahl, Einmal gültige Information, generiert von EI
Nonce_SI(m): Zufallszahl, Einmal gültige Information, generiert von SI
σ: Erste Prüfzahl, Inkrement der EI
μ: Zweite Prüfzahl, Inkrement der SI
T: Wartezeit der ÜI
1: Übertragen eines zweiten Datensatzes
2: Übertragen eines dritten Datensatzes
3: Übertragen einer ersten Prüfzahl
4: Übertragen einer zweiten Prüfzahl
5: Übertragen eines vierten Datensatzes
6: Übertragen eines fünften Datensatzes
7: Übertragen eines sechsten Datensatzes
8: Übertragen eines siebten Datensatzes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.e-Voting.at [0005]
„eVoting with the European Citizen Card” von Frau Gisela Meister et al. [0006]
ISO/IEC 14443 [0037]
15693 [0037]
18092 [0037]
„RFID-Handbuch” des Autors Klaus Finkenzeller [0038]

Claims

Verfahren zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens mit den Verfahrensschritten: – Verschlüsseln einer Wählinformation (S_n) eines Wählers mittels eines ersten kryptografischen Schlüssels (K_SS(n,m)) zum Erzeugen eines ersten Datensatzes durch ein Sicherheitselement (SE_n); – Erzeugen einer Zufallszahl (Nonce_SE(n)) durch das Sicherheitselement (SE_n); – Verschlüsseln des ersten Datensatzes und der Zufallszahl (Nonce_SE(n)) mittels eines zweiten kryptografischen Schlüssels (K_SE(n,m)) zum Erzeugen eines zweiten Datensatzes durch das Sicherheitselement (SE_n); – Übertragen (1) des zweiten Datensatzes an eine Wahlinstanz (WI_m); – Entschlüsseln des zweiten Datensatzes zum Erhalten des ersten Datensatzes durch eine Erfassungsinstanz (EI_m) innerhalb der Wahlinstanz (WI_m), wodurch die Teilnahme des Wählers an dem Wahlverfahren erfasst wird; – Verschlüsseln des ersten Datensatzes mittels eines dritten kryptografischen Schlüssels (K_ES(n,m)) zum Erzeugen eines dritten Datensatzes durch die Erfassungsinstanz (EI_m); – Übertragen (2) des dritten Datensatzes von der Erfassungsinstanz (EI_m) an eine Stimmauswertinstanz (SI_m) innerhalb der Wahlinstanz (WI_m); und – Entschlüsseln des dritten Datensatzes zum Erhalten des ersten Datensatzes durch die Stimmauswertinstanz (SI_m) sowie Entschlüsseln des ersten Datensatzes zum Auswerten der Wahlinformation (S_n) des Wählers durch die Stimmauswertinstanz (SI_m).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Überprüfungsinstanz (ÜI_m) innerhalb der Wahlinstanz (WI_m) überprüft, ob der zweite Datensatz durch die Erfassungsinstanz (EI_m) erfasst und durch die Stimmauswertinstanz (SI_m) ausgewertet wurde und die Erfassungsinstanz (EI_m) den vierten Datensatz nur erzeugt, wenn die Überprüfung positiv ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zufallszahl (Nonce_SE(n)) durch die Erfassungsinstanz (EI_m) mittels des zweiten kryptografischen Schlüssels (K_SE(n,m)) zum Erzeugen eines vierten Datensatzes innerhalb der Wahlinstanz (WI_m) verschlüsselt wird und der vierte Datensatz von der Erfassungsinstanz (EI_m) an das Sicherheitselement (SE_n) als Bestätigungsinformation an den Wähler übertragen (5) wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Überwachungsinstanz (ÜI_m) während des Schritts des Erfassen der Teilnahme des Wählers eine erste Prüfzahl (σ) erhält (3) und während des Schritts des Auswertens der Wählinformationen (S_n) eine zweite Prüfzahl (μ) erhält (4), wobei das Überprüfen nur positiv ist, wenn die erste Prüfzahl (σ) und die zweite Prüfzahl (μ) übereinstimmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: – die Zufallszahl (Nonce_SE(n)) eine erste Zufallszahl (Nonce_SE(n)) ist, – die Erfassungsinstanz (EI_m) eine zweite Zufallszahl (Nonce_EI(n)) erzeugt und – zusätzlich zur ersten Zufallszahl (Nonce_SE(n)) auch die zweite Zufallszahl (Nonce_EI(m)) mittels des zweiten kryptografischen Schlüssels (K_SE(n,m)) zum Erzeugen des vierten Datensatzes durch die Erfassungsinstanz (EI_m) innerhalb der Wahlinstanz (WI_m) verschlüsselt wird, falls das Ergebnis des Überprüfen positiv ist.
Verfahren nach Anpruch 5, wobei: – das Sicherheitselement (SE_n) die zweite Zufallszahl (Nonce_EI(m)) mittels des ersten Schlüssels (K_SE(n,m)) verschlüsselt, wodurch ein fünfter Datensatz erzeugt wird; und – das Sicherheitselement (SE_n) den fünften Datensatz an die Wahlinstanz (WI_m) überträgt (6).
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei: – das Sicherheitselement (SE_n) den ersten Datensatz in einem Speicherbereich ablegt; – das Sicherheitselement (SE_n) den vierten Datensatz mittels des zweiten kryptografischen Schlüssels (K_SE(n,m)) entschlüsselt; – die erste Zufallszahl (Nonce_SE(n)) des vierten Datensatzes mit der Zufallszahl (Nonce_SE(n)) des ersten Datensatzes vergleicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: – die Wahlinstanz (WI_m) anhand der Stimmauswertinstanz (SI_m) einen Zählstand pro unterschiedlicher Wählinformationen (S_n) erzeugt; und – dieser Zählstand von der Wahlinstanz (WI_m) an eine Metawahlinstanz (MWI) übertragen (7) wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei: – der Zählstand vor dem Übertragen (7) mittels eines vierten kryptografischen Schlüssels (K_SM(n,m)) durch die Wahlinstanz (WI_m) verschlüsselt wird, wodurch ein sechster Datensatz erzeugt wird; und – der sechste Datensatz an die Metawahlinstanz (MWI) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei: – die Stimmauswertinstanz (SI_m) eine dritte Zufallszahl (Nonce_SI(m)) erzeugt und – die dritte Zufallszahl (Nonce_SI(m)) neben dem Zählstand an die Metawahlinstanz (MWI) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer Wahlinstanz (WI_m) mindestens 1000 Sicherheitselemente (SE_n) zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Wahlinstanzen (WI_m) pro Metawahlinstanz (MWI) mindestens zwei ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragungen von: – Erfassungsinstanz (EI_m) zu Stimmauswertinstanz (SI_m) – Erfassungsinstanz (EI_m) zu Überwachungsinstanz (ÜI_m); und/oder – Stimmauswertinstanz (SI_m) zu Überwachungsinstanz (ÜI_m) monodirektional sind.
Sicherheitselement (SE_n) in einem Endgerät (EG) zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – einem Speicherbereich zum Ablegen: – des ersten und zweiten kryptografischen Schlüssels (K_SS(n,m); K_SE(n,m)); und – des zweiten Datensatzes; – einer Kryptografieeinheit zum: – Verschlüsseln der Wählinformation (S_n); – Erzeugen der Zufallszahl (Nonce_SE(n)) und – Verschlüsseln des ersten Datensatzes zum Erzeugen des zweiten Datensatzes; und – einer Sende-/Empfangseinheit zum Versenden des zweiten Datensatzes.
Sicherheitselement (SE_n) nach Anspruch 14, wobei die Kryptografieeinheit zum Aushandeln des ersten und zweiten kryptografischen Schlüssels (K_SS(n,m); K_SE(n,m)) eingerichtet ist.
Wahlinstanz (WI_m) zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit: – einer Erfassungsinstanz (EI_m), mit: – einem Speicherbereich zum Ablegen einer Liste aller mit entsprechenden Sicherheitselementen (SE_n) ausgehandelten zweiten kryptografischen Schlüssel (K_SE(n,m)); und – einer Kryptografieeinheit zum Erzeugen des dritten Datensatzes; – einer Stimmauswertinstanz (SI_m) mit: – einem Speicherbereich zum Ablegen einer Liste aller mit entsprechenden Sicherheitselementen (SE_n) ausgehandelten ersten kryptografischen Schlüssel (K_SS(n,m)); – einer Kryptografieeinheit zum Erzeugen des fünften Datensatzes; – einer Überwachungsinstanz (ÜI_m) mit: – einer Empfangseinheit zum Empfangen (3) der ersten Prüfzahl (σ) und der zweiten Prüfzahl (μ); – einer Vergleichseinheit, zum Vergleichen der ersten Prüfzahl (σ) und der zweiten Prüfzahl (μ); und – einer Alarmierungseinheit zum Erzeugen eines Alarms falls die Vergleichseinheit erkennt, dass die erste Prüfzahl (σ) ungleich der zweiten Prüfzahl (μ) ist.
Wahlsystem bestehend aus: – einer Metawahlinstanz (MWI); – zumindest zwei Wahlinstanzen (WI_m) gemäß Anspruch 16; und – Sicherheitselementen (SE_n) gemäß Anspruch 14 oder 15, geeignet zum Absichern eines elektronischen Wahlverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.