KR102174687B1 - 비밀 전자 투표 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관리 단말기들을 이용하여 투표 관리자들이 협력해서 투표를 암호화하는 암호화 키를 블록체인과 연계해서 생성하고, 투표자들이 투표 단말기들을 이용해서 투표를 암호화해서 블록 체인에 저장하고, 투표가 종료되면 관리 단말기들을 이용하여 투표 관리자들이 협력해서 투표를 복호화하는 복호화 키를 블록 체인과 연계해서 생성하고, 암호화된 투표를 복호화해서 개표하는 비밀 전자 투표 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

비밀 전자 투표 시스템 및 방법{SECRET ELECTRONIC VOTING SYSTEM AND METHOD}
이하의 일 실시 예들은 투표를 암호화하여 송신하고, 투표가 끝난 이후에 복호화하여 투표를 개표하는 비밀 전자 투표 시스템 및 방법에 관한 것이다.
인터넷과 같은 무선 통신 기술이 발달함에 따라, 기존의 종이 투표 방식을 대신하는 전자투표에 대한 연구가 진행되고 있다. 전자투표는 네트워크를 이용한 전자식 투표로, 통신 가능한 단말기를 이용하여 투표가 가능하므로 시간적, 공간적 제약이 없다는 장점이 있다.
하지만, 이러한 장점에도 불구하고, 종래의 전자투표 방식은 여러 문제점이 발견되고 있다. 구체적인 일 예로, 해커 등에 의해 악의적인 목적으로 노드가 점령당하는 경우 투표 내용이 포함된 패킷이 조작되거나 훼손될 수 있으며, 전자 투표를 행사한 대상의 단말기를 역추적하여 어떤 사람이 어떠한 후보자에게 투표했는지에 대한 정보가 유출될 수 있다.
이러한 문제점으로 인하여, 선거의 4대 원칙이 보장되기 어려워 전자투표 시 투표 과정 및 결과의 신뢰성이 보장될 수 있는 기술 개발의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
한편, 블록체인은 공공 거래 장부라고도 부르며 가상 화폐로 거래할 때 발생할 수 있는 해킹을 막는 기술이다. 기존 금융 회사의 경우 중앙 집중형 서버에 거래 기록을 보관하는 반면, 블록체인은 블록체인 네트워크에 참여한 사용자 모두의 공동 작업을 통하여 블록을 생성하며, 생성된 블록을 모든 참여자가 검증하고 이를 승인함으로써 모두가 동일한 블록을 보유하는 것과 일부 사용자에 의해 데이터 위조를 막는 방식을 사용한다. 블록체인은 대표적인 온라인 가상 화폐인 비트코인에 적용되어 있다. 비트코인은 누구나 열람할 수 있는 장부에 거래 내역을 투명하게 기록하며, 비트코인을 사용하는 여러 컴퓨터가 이 기록을 검증하여 해킹을 막는다
블록체인은 단순히 비트코인에만 적용되는 기술이 아니며, 여러 데이터를 보관하는 데에도 적용함으로써 데이터베이스(DB)의 유지 보수와 보안에 따른 막대한 비용을 줄일 수 있는 효과를 가진 기술이다.
상기에서 설명된 정보는 단지 이해를 돕기 위한 것이며, 종래 기술의 일부를 형성하지 않는 내용을 포함할 수 있으며, 종래 기술이 통상의 기술자에게 제시할 수 있는 것을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 투표를 암호화하여 송신하고, 투표가 끝난 이후에 복호화하여 투표를 개표하는 비밀 전자 투표 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 관리 단말기들을 이용하여 투표 관리자들이 협력해서 투표를 암호화하는 암호화 키를 블록체인과 연계해서 생성하고, 투표자들이 투표 단말기들을 이용해서 투표를 암호화해서 블록 체인에 저장하고, 투표가 종료되면 관리 단말기들을 이용하여 투표 관리자들이 협력해서 투표를 복호화하는 복호화 키를 블록 체인과 연계해서 생성하고, 암호화된 투표를 복호화해서 개표하는 비밀 전자 투표 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법은, n개의 관리 단말기들이 협력해서 투표를 암호화하는데 이용하는 암호화 키를 생성하는 단계; 복수의 투표 단말기들 각각에서 투표 컨텐츠를 상기 암호화 키로 암호화해서 암호화된 투표 컨텐츠를 생성하여 투표 서버로 송신하는 단계; 상기 투표 서버에서 수신되는 상기 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인에 저장하는 단계; 투표가 종료되면, 상기 투표 서버에서 복호화 키를 생성하는 단계; 및 상기 복호화 키로 상기 블록 체인에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 암호화 키를 생성하는 단계는, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 다항식(fI(x))을 생성-여기서, 상기 I는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하는 단계; 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 상기 다항식(fI(x))의 각 계수에 기설정된 G값을 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 곱셈 연산(*)하여 생성되는 상기 다항식(fI(x))의 각 계수의 지문(finger printer)을 상기 블록 체인에 저장하는 단계; 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 fI(i)를 계산-여기서, 상기 i는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하는 단계; 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 계산한 비밀 인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신하는 단계; 상기 투표 서버에서 상기 블록 체인에 저장된 상기 n개의 관리 단말기(I)들의 상기 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들 모두 더하여서 상기 암호화 키로 설정하고 상기 블록 체인에 저장하는 단계; 및
Figure 112019001935305-pat00001
를 F(x)로 정의하고, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 공유 단서에 해당하는 F(I)를 계산하여 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 암호화 키를 생성하는 단계는, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 다른 관리 단말기들 각각으로부터 수신한 fi(I)과 상기 블록 체인에 저장된 상기 지문을 이용해서 상기 블록 체인에 저장된 상기 암호화 키가 유효한지 확인하고, 유효성 여부를 상기 블록 체인에 저장하는 단계; 및 상기 투표 서버에서 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 상기 암호화 키가 유효하다고 판단하면, 상기 암호화 키를 확정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 계산한 상기 비밀인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신하는 단계는, 보안 통신으로 송신할 수 있다.
이때, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 상기 다항식(fI(x))을 생성하는 단계는, t-1차 랜덤 다항식을 상기 다항식(fI(x))으로 생성하고, 상기 t는 상기 복호화 키를 생성하는데 협력이 필요한 관리 단말기의 개수를 나타낼 수 있다.
이때, 상기 복호화 키를 생성하는 단계는, 적어도 상기 t개의 상기 관리 단말기(I)에서 상기 공유 단서에 해당하는 상기 F(I)를 상기 블록 체인에 저장하는 단계; 상기 t개의 상기 F(I)들을 이용해서 F(x)를 복원하는 단계; 및 상기 F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 상기 복호화 키로 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 G는, 타원곡선(Elliptic Curve)에 해당하는 Secp256k1을 참조하여 결정되고, 상기 Secp256k1의 곡선 파라메터 셋(Curve Params set)에 포함된 모든 파라메타는 상기 G의 배수인 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 투표 서버에서 수신되는 상기 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 상기 블록 체인이 저장하는 단계는, 상기 투표 서버에서 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 수신하면, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 사전에 등록된 투표권이 있는 투표 단말기인지 확인하는 단계; 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 상기 블록 체인에 저장되어 있는지 확인하는 단계; 및 확인결과 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 투표권을 가지고 있고, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 상기 블록 체인에 저장되어 있지 않으면, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 상기 유효한 암호화된 투표 컨텐츠로 판단하고, 상기 블록 체인에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템은, 투표를 암호화하고 복호화하는데 이용하는 암호화 키와 복호화 키를 생성하는데 협력하는 n개의 관리 단말기들; 투표 컨텐츠를 상기 암호화 키로 암호화해서 암호화된 투표 컨텐츠를 생성하는 복수의 투표 단말기들; 및 상기 n개의 관리 단말기들의 협력을 받아 상기 암호화 키를 생성하고, 상기 복수의 투표 단말기로부터 수신하는 상기 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인에 저장하고, 투표가 종료되면 상기 n개의 관리 단말기들의 협력을 받아 상기 복호화 키를 생성하고, 상기 복호화 키로 상기 블록 체인에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표하는 투표 서버를 포함한다.
이때, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각은, 다항식(fI(x))을 생성-여기서, 상기 I는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하고, 상기 다항식(fI(x))의 각 계수에 기설정된 G값을 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 곱셈 연산(*)하여 생성되는 상기 다항식(fI(x))의 각 계수의 지문(finger printer)을 상기 블록 체인에 저장하고, 비밀 인자(fI(i))를 계산-여기서, 상기 i는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하고, 상기 비밀 인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신하고,
Figure 112019001935305-pat00002
를 F(x)로 정의하고, 공유 단서에 해당하는 F(I)를 계산하여 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에 저장하고, 상기 투표 서버는, 상기 n개의 관리 단말기(I)들의 상기 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들을 모두 더하여서 상기 암호화 키로 설정할 수 있다.
이때, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각은, 다른 관리 단말기들 각각으로부터 수신한 비밀 인자(fi(I))와 상기 블록 체인에 저장된 상기 지문을 이용해서 상기 블록 체인에 저장된 상기 암호화 키가 유효한지 확인하고, 유효성 여부를 상기 블록 체인에 저장하고, 상기 투표 서버는, 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 상기 암호화 키가 유효하다고 판단하면, 상기 암호화 키를 확정할 수 있다.
이때, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각은, t-1차 랜덤 다항식을 상기 다항식(fI(x))으로 생성하고, 상기 t는 상기 복호화 키를 생성하는데 협력이 필요한 관리 단말기의 개수를 나타낼 수 있다.
이때, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 중에서 적어도 상기 t개의 상기 관리 단말기(I)는, 투표가 종료된 이후에, 상기 공유 단서에 해당하는 상기 F(I)를 블록 체인에 저장하고, 상기 투표 서버는, 상기 블록 체인에 저장된 상기 t개의 상기 F(I)들을 이용해서 F(x)를 복원하고, 상기 F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 상기 복호화 키로 생성할 수 있다.
이때, 상기 G는, 타원곡선(Elliptic Curve)에 해당하는 Secp256k1을 참조하여 결정되고, 상기 Secp256k1의 곡선 파라메터 셋(Curve Params set)에 포함된 모든 파라메타는 상기 G의 배수인 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 투표 서버는, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 사전에 등록된 투표권이 있는 투표 단말기이고, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 상기 블록 체인에 저장되어 있지 않으면, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 상기 유효한 암호화된 투표 컨텐츠로 판단하고, 상기 블록 체인에 저장할 수 있다.
이때, 상기 블록 체인과 상기 투표 서버는, 하나의 시스템인 블록 체인 시스템으로 구성됨을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 관리 단말기들을 이용하여 투표 관리자들이 협력해서 투표를 암호화하는 암호화 키를 블록체인과 연계해서 생성하고, 투표자들이 투표 단말기들을 이용해서 투표를 암호화해서 블록 체인에 저장하고, 투표가 종료되면 관리 단말기들을 이용하여 투표 관리자들이 협력해서 투표를 복호화하는 복호화 키를 블록 체인과 연계해서 생성하고, 암호화된 투표를 복호화해서 개표하는 비밀 전자 투표 시스템 및 방법에 관한 것으로, 전자투표 시 투표결과가 발표되기 전까지 투표자의 익명성을 보장하며, 투표 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표 서버의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 비밀 투표하고 개표하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 비밀 투표를 위한 암호화 키를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표가 유효한지 확인하여 저장하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표를 개표하기 위해서 복호화 키를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 암호화 키를 생성하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 8을 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 암호화 키의 유효성을 확인하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 개표하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 비밀 전자 투표 시스템(100)은 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들, m개의 투표 단말기(121, 122, 123)들 블록 체인 시스템(130)을 포함하여 비밀 전자 투표를 서비스 할 수 있다.
이때, 블록 체인 시스템(130)은 투표 서버(132) 및 블록 체인(134)을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 투표 서버(132)와 블록 체인(134)은 하나의 시스템인 블록 체인 시스템(130)으로 구성되어 있지만, 별도의 장치로 구성될 수 도 있다.
n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들은 각각의 투표 관리자의 요청에 따라 투표를 암호화하는데 이용하는 암호화 키를 생성하는데 협력하고, 암호화된 투표를 복호화하는데 이용하는 복호화 키를 생성하는데 협력한다.
m개의 투표 단말기(121, 122, 123)들은 투표자의 요청에 따라 투표 컨텐츠를 암호화 키로 암호화해서 암호화된 투표 컨텐츠를 생성한다.
투표 서버(132)는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들의 협력을 받아 암호화 키를 생성하고, 투표 단말기로부터 수신하는 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인(134)에 저장하고, 투표가 종료되면 개의 관리 단말기(111, 112, 113)들의 협력을 받아 복호화 키를 생성하고, 복호화 키로 블록 체인(134)에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표한다.
보다 구체적으로, 비밀 전자 투표 시스템(100)에서 암호화 키를 생성할 때, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들과 투표 서버(132)는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 다항식(fI(x))을 생성한다. 여기서, I는 1부터 n까지의 상수값을 가지고 있다. 즉, fI(x)는 I번째 관리 단말기인 제I 관리 단말기에서 생성하는 다항식을 의미한다.
이때, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 t-1차 랜덤 다항식을 다항식(fI(x))으로 생성할 수 있으며, 여기서, t는 복호화 키를 생성하는데 협력이 필요한 관리 단말기의 개수를 나타낸다.
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 다항식(fI(x))의 각 계수에 기설정된 G값을 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 곱셈 연산(*)하여 생성되는 다항식(fI(x))의 각 계수의 지문(finger printer)을 블록 체인(134)에 저장한다.
제1 관리 단말기(111)의 다항식이 f1(x) = a10 + a11x + a12x2 + …+ a1nxn 일 때, 각 계수의 지문으로 a10*G, a11*G, a12*G, …a1n*G를 블록 체인(134)에 저장한다. 여기서, *는 ECC 곱셈 연산을 나타낸다.
제2 관리 단말기(112)의 다항식이 f2(x) = a20 + a21x + a22x2 + …+ a2nxn 일 때, 각 계수의 지문으로 a20*G, a21*G, a22*G, …a2n*G를 블록 체인(134)에 저장한다.
제2 관리 단말기(111)의 다항식이 fn(x) = an0 + an1x + an2x2 + …+ annxn 일 때, 각 계수의 지문으로 an0*G, an1*G, an2*G, …ann*G를 블록 체인(134)에 저장한다.
여기서, G는 타원곡선(Elliptic Curve)에 해당하는 Secp256k1을 참조하여 결정되고, Secp256k1의 곡선 파라메터 셋(Curve Params set)에 포함된 모든 파라메타는 G의 배수이다.
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 비밀 인자(fI(i))를 계산하고, 비밀 인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신한다. 여기서, i는 1부터 n까지의 상수값을 가진다.
예를 들어, 제1 관리 단말기(111)는 f1(2), …, f1(n)를 계산하고, f1(2)을 제2 관리 단말기(112)로 송신하고, f1(n)를 제n 관리 단말기(113)으로 송신한다. 그리고, 제2 관리 단말기(112)는 f2(1), …, f2(n)를 계산하고, f2(1)을 제1 관리 단말기(111)로 송신하고, f2(n)를 제n 관리 단말기(113)으로 송신한다. 그리고, 제n 관리 단말기(113)는 fn(1), fn(2), …, fn(n-1)를 계산하고, fn(1)을 제1 관리 단말기(111)로 송신하고, fn(2)를 제2 관리 단말기(112)으로 송신하고, fn(n-1)를 제n-1 관리 단말기(미도시)로 송신한다.
n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 계산한 비밀인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신할 때는 보안 통신으로 송신한다.
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은
Figure 112019001935305-pat00003
를 F(x)로 정의하고, 공유 단서에 해당하는 F(I)를 계산하여 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에 저장한다. 즉, 제1 관리 단말기(111)는 F(1) = f1(1) + f2(1) + …+ fn(1)을 계산하여 보관하고, 제2 관리 단말기(112)는 F(2) = f1(2) + f2(2) + …+ fn(2)을 계산하여 보관하고, 제n 관리 단말기(113)는 F(n) = f1(n) + f2(n) + …+ fn(n)을 계산하여 보관한다.
투표 서버(132)는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들의 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들을 모두 더하여서 암호화 키로 설정한다.
즉, 투표 서버(132)는 a10*G + a20*G + …+ an0*G = (a10 + a20 + …+ an0)*G 를 암호화 키로 설정한다.
한편, 비밀 전자 투표 시스템(100)은 생성한 암호화 키를 사용하기에 앞서서 유효성을 검증할 수 있다. 암호화 키의 유효성을 검증하고, 암호화 키를 확정하기 위해서, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들과 투표 서버(132)는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 다른 관리 단말기들 각각으로부터 수신한 비밀 인자(fi(I))와 블록 체인(134)에 저장된 지문을 이용해서 블록 체인(134)에 저장된 암호화 키가 유효한지 확인하고, 유효성 여부를 블록 체인(134)에 저장할 수 있다.
예를 들어, 제1 관리 단말기(111)는 제2 관리 단말기(112)로부터 수신한 f2(1)에 G를 EEC 곱셈 연산한 f2(1)*G를 계산하고, 제2 관리 단말기(112)가 블록 체인(134)에 저장한 다항식(f2(x))의 각 계수의 지문을 이용해서 f2(1)*G를 생성하고, 제2 관리 단말기(112)로부터 수신한 값을 이용하여 계산한 f2(1)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f2(1)*G가 동일한지 비교한다. 그리고, 제1 관리 단말기(111)는 제n 관리 단말기(113)로부터 수신한 값을 이용하여 계산한 fn(1)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 fn(1)*G가 동일한지 비교한다. 제1 관리 단말기(111)는 나머지 관리 단말기에 대해서 비교결과 동일하면 유효하다고 판단하고 유효성 여부를 블록 체인(134)에 저장한다.
그리고, 제2 관리 단말기(112)는 제1 관리 단말기(111)로부터 수신한 값을 이용하여 계산한 f1(2)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f1(2)*G가 동일한지 비교한다. 그리고, 제2 관리 단말기(112)는 제n 관리 단말기(113)로부터 수신한 값을 이용하여 계산한 fn(2)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 fn(2)*G가 동일한지 비교한다. 제2 관리 단말기(112)는 나머지 관리 단말기에 대해서 비교결과 동일하면 유효하다고 판단하고 유효성 여부를 블록 체인(134)에 저장한다.
그리고, 제n 관리 단말기(113)는 제1 관리 단말기(111)로부터 수신한 값을 이용하여 계산한 f1(n)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f1(n)*G가 동일한지 비교한다. 그리고, 제n 관리 단말기(113)는 제2 관리 단말기(112)로부터 수신한 값을 이용하여 계산한 f2(n)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f2(n)*G가 동일한지 비교한다. 제n 관리 단말기(113)는 나머지 관리 단말기에 대해서 비교결과 동일하면 유효하다고 판단하고 유효성 여부를 블록 체인(134)에 저장한다.
투표 서버(132)는 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 암호화 키가 유효하다고 판단하면, 암호화 키를 최종적으로 확정할 수 있다.
한편, 암호화 키의 유효성을 검증하고, 암호화 키를 확정하는 과정은 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들을 신뢰할 수 있는 경우 생략도 가능하다.
그리고, 비밀 전자 투표 시스템(100)에서 투표 서버(132)는 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 판단하기 위해서 다음의 동작을 수행할 수 있다.
투표 서버(132)는 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 사전에 등록된 투표권이 있는 투표 단말기이고, 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 블록 체인(134)에 저장되어 있지 않으면, 암호화된 투표 컨텐츠를 유효한 암호화된 투표 컨텐츠로 판단하고, 블록 체인(134)에 저장할 수 있다.
그리고, 비밀 전자 투표 시스템(100)에서 복호화 키를 생성할 때, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들과 투표 서버(132)는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 중에서 적어도 t개의 관리 단말기(I)는 투표가 종료된 이후에, 공유 단서에 해당하는 F(I)를 블록 체인(134)에 저장한다.
n개의 관리 단말기(111, 112, 113) 각각에서 생성한 다항식의 차수가 t-1일 때, F(x)를 지나는 t개의 점을 알 수 있으면, t개의 점으로 방정식을 풀면, F(x)의 계수를 구할 수 있다. 이것을 이용해서 투표 서버(132) 또는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113) 각각은 블록 체인(134)에 저장된 t개의 F(I)들을 이용해서 F(x)를 복원하고, F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 복호화 키로 생성한다.
상술한 도 1의 설명에서 투표에 참여하는 것은 , m개의 투표 단말기(121, 122, 123) 만인 것으로 설명하고 있지만, n개의 관리 단말기(111, 112, 113) 또한 암호화 키를 생성한 이후에 투표에 참여할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표 서버의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 투표 서버(132)는 제어부(210), 암호화 키 생성부(212), 투표 수집부(214), 개표부(216) 및 통신부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
통신부(220)는 수신기(Receiver)와 송신기(transmitter)를 포함하는 통신 인터페이스 장치로서 블록 체인(134), n개의 관리 단말기(111, 112, 113) 및 m개의 투표 단말기(121, 122, 123)들과 통신할 수 있다.
암호화 키 생성부(212)는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들이 협력해서 투표를 암호화하는데 이용하는 암호화 키를 생성한다.
투표 수집부(214)는 m개의 투표 단말기(121, 122, 123)들 각각에서 투표 컨텐츠를 암호화 키로 암호화해서 생성된 암호화된 투표 컨텐츠를 수신하고, 수신되는 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인(134)이 저장한다.
개표부(216)는 투표가 종료되면, 복호화 키를 생성하고, 복호화 키로 블록 체인(134)에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표한다.
제어부(210)는 투표 서버(132)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(210)는 암호화 키 생성부(212), 투표 수집부(214) 및 개표부(216)의 기능을 수행할 수 있다. 제어부(210), 암호화 키 생성부(212), 투표 수집부(214) 및 개표부(216)를 구분하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 제어부(210)는 암호화 키 생성부(212), 투표 수집부(214) 및 개표부(216) 각각의 기능을 수행하도록 구성된(configured) 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(210)는 암호화 키 생성부(212), 투표 수집부(214) 및 개표부(216) 각각의 기능 중 일부를 수행하도록 구성된(configured) 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 비밀 투표하고 개표하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들이 협력해서 투표를 암호화하는데 이용하는 암호화 키를 생성한다(310). 310단계의 암호화 키를 생성하는 과정을 이후 도 4와 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
m개의 투표 단말기(121, 122, 123)들 각각에서 투표 컨텐츠를 암호화 키로 암호화해서 암호화된 투표 컨텐츠를 생성하여 투표 서버(132)로 송신한다(320).
투표 서버(132)에서 수신되는 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인(134)에 저장한다(330). 330단계의 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하는 과정을 이후 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
투표가 종료되면, 투표 서버(132) 또는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113) 각각에서 복호화 키를 생성한다(340). 340단계의 복호화 키를 생성하는 과정을 이후 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
복호화 키로 블록 체인(134)에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표한다(350). 이때 개표는 투표 서버(132) 또는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113) 각각에서 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 비밀 투표를 위한 암호화 키를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 다항식(fI(x))을 생성한다(410). 여기서, I는 1부터 n까지의 상수값을 가지고, fI(x)는 I번째 관리 단말기인 제I 관리 단말기에서 생성한 다항식을 나타낸다.
이때, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 t-1차 랜덤 다항식을 다항식(fI(x))으로 생성할 수 있고, 이때, t는 복호화 키를 생성하는데 협력이 필요한 관리 단말기의 개수를 나타낼 수 있다.
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 다항식(fI(x))의 각 계수에 기설정된 G값을 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 곱셈 연산(*)하여 생성되는 다항식(fI(x))의 각 계수의 지문(finger printer)을 블록 체인(134)에 저장한다(412).
이때, G는 타원곡선(Elliptic Curve)에 해당하는 Secp256k1을 참조하여 결정되고, Secp256k1의 곡선 파라메터 셋(Curve Params set)에 포함된 모든 파라메타는 G의 배수이다.
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 fI(i)를 계산한다(414). 여기서, i는 1부터 n까지의 상수값을 가진다.
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 계산한 비밀 인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신한다(416). 이때, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 계산한 비밀인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신할 때, 보안 통신을 통해서 송신할 수 있다.
그리고, 투표 서버(132)에서 블록 체인(134)에 저장된 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들의 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들 모두 더하여서 암호화 키로 설정하고 블록 체인에 저장한다(418).
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서
Figure 112019001935305-pat00004
를 F(x)로 정의하고, 공유 단서에 해당하는 F(I)를 계산하여 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에 저장한다(420).
그리고, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각에서 다른 관리 단말기들 각각으로부터 수신한 fi(I)과 블록 체인(134)에 저장된 지문을 이용해서 블록 체인(134)에 저장된 암호화 키가 유효한지 확인하고, 유효성 여부를 블록 체인(134)에 저장한다(422).
그리고, 투표 서버(132)에서 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 암호화 키가 유효하다고 판단하였는지 확인한다(424).
424단계의 확인결과 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 암호화 키가 유효하다고 판단하였으면, 암호화 키가 유효하다고 판단하고, 암호화 키를 확정하고, 블록 체인(134)에 저장된 암호화 키가 최종 암호화 키로 확정되었음을 저장한다(426).
424단계의 확인결과 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 암호화 키가 유효하다고 판단하지 않았으면, 암호화 키가 유효하지 않다고 판단하고, 암호화 키를 확정하고, 블록 체인(134)에 저장된 암호화 키가 유효하지 않음을 저장하고, 블록 체인 시스템(130)의 관리자에게 보고 할 수 있다(428).
한편, 422단계에서 428단계는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들을 신뢰할 수 있는 경우 생략도 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표가 유효한지 확인하여 저장하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 투표 서버(132)에서 암호화된 투표 컨텐츠를 수신하면(510), 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 사전에 등록된 투표권이 있는 투표 단말기인지 확인한다(520).
520단계의 확인결과, 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 투표권을 가지고 있으면, 투표 서버(132)에서 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 블록 체인(134)에 저장되어 있는지 확인하여 이중 투표 여부를 한다(530).
530단계의 확인결과, 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 블록 체인(134)에 저장되어 있지 않으면, 즉, 이중 투표가 아니면, 암호화된 투표 컨텐츠를 유효한 암호화된 투표 컨텐츠로 판단하고, 블록 체인(134)에 저장한다(540).
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표를 개표하기 위해서 복호화 키를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 투표가 종료되면 적어도 t개의 관리 단말기(I)에서 공유 단서에 해당하는 F(I)를 블록 체인(134)에 저장한다(610).
그리고, 투표 서버(132)에서 t개의 F(I)들을 이용해서 F(x)를 복원한다(620).
그리고, 투표 서버(132)에서 F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 복호화 키로 생성한다(630).
620단계와 630단계를 투표 서버(132)에서 수행하는 것으로 기재하였지만, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들 각각에서도 수행할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 암호화 키를 생성하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 관리 단말기(111)에서 다항식인 f1(x) = a10 + a11x + a12x2 + …+ a1nxn 를 생성하고(711), f1(x)에 대한 각 계수의 지문인 a10*G, a11*G, a12*G, …a1n*G를 블록 체인(134)에 저장한다(721). 여기서, *는 ECC 곱셈 연산을 나타낸다.
제2 관리 단말기(112)에서 다항식인 f2(x) = a20 + a21x + a22x2 + …+ a2nxn 를 생성하고(712), f2(x)에 대한 각 계수의 지문인 a10*G, a11*G, a12*G, …a1n*G를 블록 체인(134)에 저장한다(722).
제n 관리 단말기(113)에서 다항식인 fn(x) = an0 + an1x + an2x2 + …+ annxn 를 생성하고(713), fn(x)에 대한 각 계수의 지문인 an0*G, an1*G, an2*G, …ann*G를 블록 체인(134)에 저장한다(723).
그리고, 제1 관리 단말기(111)는 f1(2), …, f1(n)를 계산하고, f1(2)을 제2 관리 단말기(112)로 송신하고(731), f1(n)를 제n 관리 단말기(113)으로 송신한다(732).
그리고, 제2 관리 단말기(112)는 f2(1), …, f2(n)를 계산하고, f2(n)를 제n 관리 단말기(113)으로 송신하고(741), f2(1)을 제1 관리 단말기(111)로 송신한다(742).
그리고, 제n 관리 단말기(113)는 fn(1), fn(2), …, fn(n-1)를 계산하고, fn(2)를 제2 관리 단말기(112)으로 송신하고(751), fn(1)을 제1 관리 단말기(111)로 송신한다(752).
한편, 투표 서버(132)에서 블록 체인(134)에서 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들의 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들을 확인한다(760).
그리고, 투표 서버(132)에서 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들의 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들을 이용해서 a10*G + a20*G + …+ an0*G = (a10 + a20 + …+ an0)*G 를 계산하여 암호화 키로 설정한다(770).
그리고, 투표 서버(132)에서 암호화 키를 블록 체인(134)에 저장한다(780).
도 8을 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 암호화 키의 유효성을 확인하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)(I)들 각각은 블록 체인(134)에서 다른 관리 단말기들 각각의 다항식에 대한 각 계수의 지문과 암호화 키를 확인한다(811, 812, 813).
제1 관리 단말기(111)는 제2 관리 단말기(112)로부터 수신한 값(f2(1))을 이용하여 계산한 f2(1)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f2(1)*G가 동일한지 비교하고, 제n 관리 단말기(113)로부터 수신한 값(fn(1))을 이용하여 계산한 fn(1)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 fn(1)*G가 동일한지 비교하고, 비교결과 모두 동일하면 유효하다고 판단한다(821).
그리고, 제1 관리 단말기(111)는 다른 관리 단말기들로부터 수신한 비밀 인자(fI(1))들을 이용하여 공유 단서에 해당하는 F(1) = f1(1) + f2(1) + …+ fn(1)을 계산하고, 공유 단서인 F(1)을 제1 관리 단말기(111)에 저장한다(831).
그리고, 제1 관리 단말기(111)는 821 단계의 유효성 검증 결과를 블록 체인(134)에 저장한다(841).
제2 관리 단말기(112)는 제1 관리 단말기(111)로부터 수신한 값(f1(2))을 이용하여 계산한 f1(2)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f1(2)*G가 동일한지 비교하고, 제n 관리 단말기(113)로부터 수신한 값(fn(2))을 이용하여 계산한 fn(2)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 fn(2)*G가 동일한지 비교하고, 비교결과 모두 동일하면 유효하다고 판단한다(822).
그리고, 제2 관리 단말기(112)는 다른 관리 단말기들로부터 수신한 비밀 인자(fI(2))들을 이용하여 공유 단서에 해당하는 F(2) = f1(2) + f2(2) + …+ fn(2)을 계산하고, 공유 단서인 F(2)를 제2 관리 단말기(112)에 저장한다(832).
그리고, 제2 관리 단말기(112)는 822 단계의 유효성 검증 결과를 블록 체인(134)에 저장한다(842).
제n 관리 단말기(113)는 제1 관리 단말기(111)로부터 수신한 값(f1(n))을 이용하여 계산한 f1(n)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f1(n)*G가 동일한지 비교하고, 제2 관리 단말기(112)로부터 수신한 값(f2(n))을 이용하여 계산한 f2(n)*G와 블록 체인(134)을 참조하여 생성한 f2(n)*G가 동일한지 비교하고, 비교결과 모두 동일하면 유효하다고 판단한다(823).
그리고, 제n 관리 단말기(113)는 다른 관리 단말기들로부터 수신한 비밀 인자(fI(1))들을 이용하여 공유 단서에 해당하는 F(n) = f1(n) + f2(n) + …+ fn(n)을 계산하고, 공유 단서인 F(n)을 제n 관리 단말기(113)에 저장한다(833).
그리고, 제n 관리 단말기(113)는 823 단계의 유효성 검증 결과를 블록 체인(134)에 저장한다(843).
그리고, 투표 서버(132)는 블록 체인(134)에 저장된 유효성 검증 결과들을 확인하고(850), 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 암호화 키가 유효하다고 판단하면, 암호화 키를 최종적으로 확정한다(860).
그리고, 투표 서버(132)는 암호화 키가 확정되었음을 블록 체인(134)에 저장한다(870).
도 8의 831, 832, 833단계를 제외한 나머지 단계는 n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들을 신뢰할 수 있는 경우 생략도 가능하다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제i 투표 단말기(120)는 블록 체인(134)에서 후보자 리스트와 암호화 키를 확인한다(910).
그리고, 제i 투표 단말기(120)는 투표 컨텐츠를 생성하고(920), 생성한 투표 컨텐츠를 암호화 키를 이용해서 암호화하여 암호화된 투표 컨텐츠를 생성하고(930), 암호화된 투표 컨텐츠를 투표 서버(132)로 송신한다(940).
그리고, 투표 서버(132)는 암호화된 투표 컨텐츠를 수신하면(940), 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고(950), 검증 결과 암호화된 투표 컨텐츠가, 유효하면 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인(134)에 저장하고(960), 투표 완료에 대한 응답을 제i 투표 단말기(120)로 송신한다(970).
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비밀 전자 투표 시스템에서 개표하는 과정에서의 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 관리 단말기(111)는 투표가 종료되면 공유 단서인 F(1)을 블록 체인(134)에 저장하고(1011), 제2 관리 단말기(112)는 투표가 종료되면 공유 단서인 F(2)를 블록 체인(134)에 저장하고(1012), 제n 관리 단말기(113)는 투표가 종료되면 공유 단서인 F(n)을 블록 체인(134)에 저장한다(1013).
그리고, 투표 서버(132)는 블록 체인(134)에 저장된 적어도 t개의 관리 단말기들의 공유 단서들을 확인하고(1020), 공유 단서들을 이용해서 F(x)를 복원하고, F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 복호화 키로 생성한다(1030).
그리고, 투표 서버(132)는 복호화 키를 블록 체인(134)에 저장한다(1040).
그리고, 투표 서버(132)는 블록 체인(134)에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠들을 확인하고(1050),
그리고, 투표 서버(132)는 암호화된 투표 컨텐츠들을 복호화 키를 이용해서 복호화하여 개표하고(1060), 개표 결과를 블록 체인(134)에 저장한다(1070).
1020단계에서 1060단계를 통한 개표는 투표 서버(132)에서 수행하였으나, n개의 관리 단말기(111, 112, 113)들 중에서 어느 하나나 모든 관리 단말기에서 수행할 수도 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 비밀 전자 투표 시스템
111: 제1 관리 단말기
112: 제3 관리 단말기
113: 제n 관리 단말기
121: 제1 투표 단말기
122: 제3 투표 단말기
123: 제m 투표 단말기
130: 블록 체인 시스템
132: 투표 서버
134: 블록 체인

Claims (16)

  1. n개의 관리 단말기들이 협력해서 투표를 암호화하는데 이용하는 암호화 키를 생성하는 단계;
    복수의 투표 단말기들 각각에서 투표 컨텐츠를 상기 암호화 키로 암호화해서 암호화된 투표 컨텐츠를 생성하여 투표 서버로 송신하는 단계;
    상기 투표 서버에서 수신되는 상기 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인에 저장하는 단계;
    투표가 종료되면, 상기 투표 서버에서 복호화 키를 생성하는 단계; 및
    상기 복호화 키로 상기 블록 체인에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표하는 단계
    를 포함하고,
    상기 암호화 키를 생성하는 단계는,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 다항식(fI(x))을 생성-여기서, 상기 I는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하는 단계;
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 상기 다항식(fI(x))의 각 계수에 기설정된 G값을 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 곱셈 연산(*)하여 생성되는 상기 다항식(fI(x))의 각 계수의 지문(finger printer)을 상기 블록 체인에 저장하는 단계;
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 fI(i)를 계산-여기서, 상기 i는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하는 단계;
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 계산한 비밀 인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신하는 단계;
    상기 투표 서버에서 상기 블록 체인에 저장된 상기 n개의 관리 단말기(I)들의 상기 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들 모두 더하여서 상기 암호화 키로 설정하고 상기 블록 체인에 저장하는 단계; 및
    Figure 112020083730119-pat00005
    를 F(x)로 정의하고, 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 공유 단서에 해당하는 F(I)를 계산하여 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에 저장하는 단계
    를 포함하는
    비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 암호화 키를 생성하는 단계는,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 다른 관리 단말기들 각각으로부터 수신한 fi(I)과 상기 블록 체인에 저장된 상기 지문을 이용해서 상기 블록 체인에 저장된 상기 암호화 키가 유효한지 확인하고, 유효성 여부를 상기 블록 체인에 저장하는 단계; 및
    상기 투표 서버에서 기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 상기 암호화 키가 유효하다고 판단하면, 상기 암호화 키를 확정하는 단계
    를 더 포함하는 비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 계산한 상기 비밀인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신하는 단계는,
    보안 통신으로 송신하는
    비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에서 상기 다항식(fI(x))을 생성하는 단계는,
    t-1차 랜덤 다항식을 상기 다항식(fI(x))으로 생성하고,
    상기 t는 상기 복호화 키를 생성하는데 협력이 필요한 관리 단말기의 개수를 나타내는
    비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복호화 키를 생성하는 단계는,
    적어도 상기 t개의 상기 관리 단말기(I)에서 상기 공유 단서에 해당하는 상기 F(I)를 상기 블록 체인에 저장하는 단계;
    상기 t개의 상기 F(I)들을 이용해서 F(x)를 복원하는 단계; 및
    상기 F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 상기 복호화 키로 생성하는 단계
    를 포함하는 비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 G는,
    타원곡선(Elliptic Curve)에 해당하는 Secp256k1을 참조하여 결정되고,
    상기 Secp256k1의 곡선 파라메터 셋(Curve Params set)에 포함된 모든 파라메타는 상기 G의 배수인 것을 특징으로 하는
    비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 투표 서버에서 수신되는 상기 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 상기 블록 체인이 저장하는 단계는,
    상기 투표 서버에서 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 수신하면, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 사전에 등록된 투표권이 있는 투표 단말기인지 확인하는 단계;
    상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 상기 블록 체인에 저장되어 있는지 확인하는 단계; 및
    확인결과 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 투표권을 가지고 있고, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 상기 블록 체인에 저장되어 있지 않으면, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 상기 유효한 암호화된 투표 컨텐츠로 판단하고, 상기 블록 체인에 저장하는 단계
    를 포함하는 비밀 전자 투표 시스템에서 투표하는 방법.
  9. 투표를 암호화하고 복호화하는데 이용하는 암호화 키와 복호화 키를 생성하는데 협력하는 n개의 관리 단말기들;
    투표 컨텐츠를 상기 암호화 키로 암호화해서 암호화된 투표 컨텐츠를 생성하는 복수의 투표 단말기들; 및
    상기 n개의 관리 단말기들의 협력을 받아 상기 암호화 키를 생성하고, 상기 복수의 투표 단말기로부터 수신하는 상기 암호화된 투표 컨텐츠의 유효성을 검증하고, 유효한 암호화된 투표 컨텐츠를 블록 체인에 저장하고, 투표가 종료되면 상기 n개의 관리 단말기들의 협력을 받아 상기 복호화 키를 생성하고, 상기 복호화 키로 상기 블록 체인에 저장된 암호화된 투표 컨텐츠를 복호화하여 개표하는 투표 서버
    를 포함하고,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각은,
    다항식(fI(x))을 생성-여기서, 상기 I는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하고,
    상기 다항식(fI(x))의 각 계수에 기설정된 G값을 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 곱셈 연산(*)하여 생성되는 상기 다항식(fI(x))의 각 계수의 지문(finger printer)을 상기 블록 체인에 저장하고,
    비밀 인자(fI(i))를 계산-여기서, 상기 i는 1부터 n까지의 상수값을 가지고-하고,
    상기 비밀 인자(fI(i))들을 각각에 대응하는 관리 단말기로 송신하고,
    Figure 112020083730119-pat00006
    를 F(x)로 정의하고, 공유 단서에 해당하는 F(I)를 계산하여 상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각에 저장하고,
    상기 투표 서버는,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들의 상기 각 계수의 지문 중에서 상수항의 지문들을 모두 더하여서 상기 암호화 키로 설정하는
    비밀 전자 투표 시스템.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각은,
    다른 관리 단말기들 각각으로부터 수신한 비밀 인자(fi(I))와 상기 블록 체인에 저장된 상기 지문을 이용해서 상기 블록 체인에 저장된 상기 암호화 키가 유효한지 확인하고, 유효성 여부를 상기 블록 체인에 저장하고,
    상기 투표 서버는,
    기설정된 수 이상의 관리 단말기에서 상기 암호화 키가 유효하다고 판단하면, 상기 암호화 키를 확정하는
    비밀 전자 투표 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 각각은,
    t-1차 랜덤 다항식을 상기 다항식(fI(x))으로 생성하고,
    상기 t는 상기 복호화 키를 생성하는데 협력이 필요한 관리 단말기의 개수를 나타내는
    비밀 전자 투표 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 n개의 관리 단말기(I)들 중에서 적어도 상기 t개의 상기 관리 단말기(I)는,
    투표가 종료된 이후에, 상기 공유 단서에 해당하는 상기 F(I)를 블록 체인에 저장하고,
    상기 투표 서버는,
    상기 블록 체인에 저장된 상기 t개의 상기 F(I)들을 이용해서 F(x)를 복원하고, 상기 F(x)의 상수항인 F(0)의 값을 상기 복호화 키로 생성하는
    비밀 전자 투표 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 G는,
    타원곡선(Elliptic Curve)에 해당하는 Secp256k1을 참조하여 결정되고,
    상기 Secp256k1의 곡선 파라메터 셋(Curve Params set)에 포함된 모든 파라메타는 상기 G의 배수인 것을 특징으로 하는
    비밀 전자 투표 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 투표 서버는,
    상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기가 사전에 등록된 투표권이 있는 투표 단말기이고, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 송신한 투표 단말기의 투표가 상기 블록 체인에 저장되어 있지 않으면, 상기 암호화된 투표 컨텐츠를 상기 유효한 암호화된 투표 컨텐츠로 판단하고, 상기 블록 체인에 저장하는
    비밀 전자 투표 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 블록 체인과 상기 투표 서버는,
    하나의 시스템인 블록 체인 시스템으로 구성됨을 특징으로 하는
    비밀 전자 투표 시스템.
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