CC BY
135СИСТЕМА ОНЛАЙН-ГОЛОСОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ
BLOCKCHAIN
ONLINE-VOTING SYSTEM BASED ON THE BLOCKCHAIN TECHNOLOGY
УДК 004:338 DOI: 10.24411/2658-4964-2020-10107 Олейник Максим Николаевич, магистрант, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону,
Мартыненко Данил Васильевич, магистрант, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону Oleynik M.N. off.maxim@mail.ru Martynenko D.V. martynka96@mail.ru
Аннотация
Статья посвящена разработке системы электронного голосования, которая реализована на основе технологии Blockchain. В статье проанализированы основные недостатки существующих систем электронного голосования и предложена принципиально новая система электронного голосования, которая гарантирует сохранение голосов избирателей неизменными, позволяет избирателю отдать свой голос дистанционно при помощи смартфона или персонального компьютера, а также убедиться, что голос был засчитан верно, при этом система обеспечивает сохранность тайны голосования.
Summary
The article is devoted to the development of an electronic voting system, which is implemented on the basis of Blockchain technology. The article analyzes the main shortcomings of the existing electronic voting systems and proposes a fundamentally new electronic voting system that guarantees the preservation of the votes unchanged, allows the voter to cast his vote remotely using a smartphone or personal computer, and also make sure that the vote was counted correctly, while the system ensures secrecy of voting.
Ключевые слова: система электронного голосования, технология Blockchain, электронно-цифровая подпись, хэш сумма.
Keywords: electronic voting system, blockchain technology, digital signature, hash
Выборы - это самая распространенная форма участия граждан в общественно-политической жизни государства и местных органов самоуправления. Для проведения легитимных выборов необходимо принять меры для предотвращения нарушений во время голосования и подсчета голосов, обеспечить сохранение результатов голосования неизменными, упростить процесс голосования для обеспечения высокой явки избирателей. Традиционная система голосования, которая используется во многих государствах, не может в полной мере гарантировать, что выборы были проведены с соблюдением всех вышеперечисленных требований. В отличие от традиционных выборов, предложенная система электронного голосования с использованием технологии Blockchain позволит проводить выборы, которые будут соответствовать вышеперечисленным требованиям [1].
Целью статьи является проектирование структуры баз данных, которые будут использоваться в электронной системе голосовании, разработка алгоритма голосования, анализ угроз, которые наиболее характерны для системы электронного голосования. Технология Blockchain будет использоваться для сохранения голосов избирателей и "отрывных частей бюллетеней" в распределенных базах данных, которые будут храниться на смартфонах, планшетах или персональных компьютерах избирателей, которые в дальнейшем будем называть персональными устройствами избирателя, благодаря чему будет гарантирована неизменность результатов голосования.
Системы электронного голосования можно разделить на два типа: те, которые требуют непосредственного наличия избирателя на избирательном участке и те, которые позволяют проголосовать дистанционно. Примерами систем, требующих наличия избирателя на участке, являются КОВБ-2003 и КОВБ-2010, которые позволяют автоматизировать процесс подсчета бюллетеней. Такие системы как Hart eSlate DRE [2], UE 2000, ДАС "Выборы" относятся к системам прямой записи. Они считывают голос избирателя с помощью электронно-оптических или механических компонентов и сразу записывают голос избирателя на электронный носитель, благодаря чему обеспечивают высокий уровень автоматизации избирательного процесса по сравнению с системами КОВБ-2003 и КОВБ-2010.
Первая система электронных выборов с возможностью дистанционного голосования была применена 16 октября 2005 года на муниципальных выборах в Эстонии. Для того чтобы проголосовать на выборах в Эстонии через Интернет, избиратель должен иметь ID-паспорт гражданина Эстонии,
компьютер с подключением к сети Интернет и прибор для считывания информации с ГО-паспорта [3].
Кроме Эстонии, опыт по проведению онлайн-голосования разных уровней (от местных до парламентских) имеют Великобритания, Соединенные Штаты Америки [4] и Россия [5].
Прежде всего система электронного голосования должна обеспечивать сохранение тайны голосования. Не менее важными требованиями, которым должен удовлетворять система электронного голосования, является невозможность изменить голоса избирателей и провести вброс бюллетеней. Для того чтобы обеспечить высокий уровень доверия избирателей к новой системе электронного голосования, в ней должен быть реализован прозрачный алгоритм подсчета голосов и возможность проверки избирателем состояния своего голоса, а именно того, что голос был записан в базу данных и не был изменен. Вышеперечисленные требования, прежде всего влияют на архитектурные решения, которые будут применяться в системе электронного голосования: механизм аутентификации избирателя, получения цифрового бюллетеня и сохранения голосов избирателей. Но кроме соответствия вышеперечисленным требованиям, система должна позволить избирателям проголосовать дистанционно с помощью персонального устройства, поскольку это позволит привлечь к участию в выборах большее количество избирателей и, как следствие, получить более объективные результаты голосования. Исходный код системы электронного голосования должен находиться в открытом доступе.
Blockchain - это распределенная база данных, в которой данные хранятся в виде цепочки блоков, которая постоянно растет, защищенная от подделки и переработки данных. Каждый блок цепочки состоит из заголовка и списка транзакций. Заголовок блока содержит информацию хэша предыдущего блока, хэшсуммы транзакций, которые вошли в этот блок, свой хэш и время создания блока. Первый блок в цепочке называют первичным блоком и рассматривают как частный случай, поскольку он не имеет материнского блока [6]. Для того чтобы новый блок был принятым другими пользователями сети, он должен удовлетворять определенным требованиям, которые варьируются в зависимости от выбранного протокола консенсуса. Наиболее распространенными протоколами консенсуса является доказательство выполнения работы (Proof-of-Work (PoW)) и доказательство доли собственности (Proof-of-Stake (PoS)) [7]. Другие протоколы консенсуса
применяются для решения узкого спектра задач [8]. Технология Blockchain получила широкое распространение в сфере криптовалют.
Проектирование архитектуры баз данных является важным этапом разработки программного обеспечения. Поэтому разработку системы электронного голосования целесообразно начать с проектирования архитектуры баз данных. Для реализации системы электронного голосования на основе технологии Blockchain предлагается использовать три базы данных: одну централизованную реляционную базу данных voterRegisterDB, которая будет храниться на серверах центральной избирательной комиссии, и две распределенные базы данных bulletinDB и votesDB, построенные на основе технологии Blockchain, которые будут храниться на персональных носителях избирателей. Структуры полей вышеперечисленных баз данных приведены на рисунках 1-3 соответственно.
ГО избирателя ФИО избирателя Адрес прописки избирателя Дата рождения избирателя
Публичный ключ избирателя риЬКеуК Входные условия задачи taskN Решение задачи taskN Бюллетень
Рисунок 1 - Поля централизованной базы данных voterRegisterDB для
хранения реестра избирателей
ГО блока
Хэш-сумма предыдущего блока
Бюллетень bulletinN, подписанный секретным ключом избирателя ргуКеуК Время генерации блока
Рисунок 2 - Поля распределенной базы данных bulletinDB, которая реализована на основе технологии Blockchain
ГО блока
Хеш-сумма предыдущего блока голос избирателя
Хеш-сумма для идентификации голоса hashN Время генерации блока
Рисунок 3 - Поля распределенной базы данных votesDB, ка реализована на
основе технологии Blockchain В статье предложен принцип действия системы электронного голосования, реализованной на основе технологии Blockchain. Использование публично доступного списка избирателей и двух распределенных баз данных, реализованных на основе технологии Blockchain, позволит реализовать систему электронного голосования, которая будет удовлетворять предъявляемым требованиям. Кроме того, предложенная система, в отличие от существующих аналогов, позволит не только автоматизировать процесс подсчета голосов, но и даст возможность избирателям проголосовать дистанционно, используя собственный смартфон или персональный компьютер без дополнительного оборудования, собственноручно пересчитать результаты выборов, а также проверить то, которые голос был засчитан и не был изменен, при этом, предложенный алгоритм подписи голоса позволит обеспечить тайну голосования.
Список литературы:
1. Gritzalis Dimitris. Secure Electronic Voting [Electronic resource] / Dimitris Gritzalis // 7th Computer Security IncidentsResponse Teams Workshop. -2002. - P. 5-14. - Available at: https://www.terena.org/activities/tf-csirt/meeting7/gritzaliselectronic-voting.pdf.
2. The Official Site of Hart Intercivic eSlate. [Electronic
resource]. - Available at: https://www.verifiedvoting.org/resources/voting-equipment/hart-intercivic/eslate/.
3. Electronic Voting Machines versus Traditional Methods: Improved Preference, Similar Performance / Sarah P. Everett,Kristen K. Greene, Michael D. Byrne, Dan S. Wallach, Kyle Derr, Daniel Sandler and Ted Torous // Proceedings of Measuring, Business, and Voting. - Florence, Italy. - April 5-10, 2008.
4. Electronic Voting Offers Opportunities and Presents Challenges [Electronic resource]. - Available at: https://www.gao.gov/new.items/d04766t.pdf/.
5. Federal Efforts to Improve Security and Reliability of Electronic Voting Systems Are Under Way, but Key Activities Need to Be Completed [Electronic resource]. - Available at: https://www.gao.gov/assets/250/247851.pdf/.
6. Официальный сайт Blockchain technology "Advantages & disadvantages of blockchain technology" [Electronic resource]. - Available at: https://blockchaintechnologycom.wordpress.com/2016/11/21/advantages-disadvantages/.
7. Официальный сайт Blockchain Labs "What Are Consortium Blockchains?" [Electronic resource]. - Available at: https://www.blockchainlabs.asia/news/what-are-consortium-blockchains/.
8. Blockchains, Digital Assets, Smart Contracts, Decentralized Autonomous Organizations / Ethereum. - CreateSpaceIndependent Publishing Platform. -2016. - 360 p.
9. Coutinho S.C. The Mathematics of Ciphers: Number Theory and RSA Cryptography / S.C. Coutinho. - A K Peters/CRC Press; 1 edition. - 1999. -198 p.
References:
1. Gritzalis, Dimitris (2002), Secure Electronic Voting, 7th Computer Security Incidents Response Teams Workshop, pp. 5-14, available at: https://www.terena.org/activities/tf-csirt/meeting7/gritzalis-electronic-voting.pdf (accessed 26 November 2018).
2. The Official Site of Hart Intercivic eSlate (2017), Hart Intercivic eSlate, available at: https: //www.verifiedvoting.org/resources/voting-equipment/hart-intercivic/eslate/ (accessed 26 November 2018).
3. Everett, Sarah P., Greene, Kristen K., Byrne, Michael D., Wallach, Dan S., Derr, K., Sandler, D. and Torous, T. (2008),Electronic Voting Machines versus Traditional Methods: Improved Preference, Similar Performance, Proceedings of Measuring, Business, and Voting, April 5-10, Florence, Italy.
4. Electronic Voting Offers Opportunities and Presents
Challenges, available at: https://www.gao.gov/new.items/d04766t.pdf/ (accessed 27 November 2018).
5. United States Government Accountability Office (2005), Federal Efforts to Improve Security and Reliability of Elec-
6. tronic Voting Systems Are Under Way, but Key Activities Need to Be Completed, available at: https://www.gao.gov/assets/250/247851.pdf/ (accessed at 26 November 2018).
7. The official site of Blockchain technology (2016), Advantages & disadvantages of blockchain technology, available at: https://blockchaintechnologycom.wordpress.com/2016/11/21/advantages-disadvantages/ (accessed 26 November 2018).
8. The official site of Blockchain Labs (2018), What Are Consortium Blockchains?, available at: https://www.blockchainlabs.asia/news/what-are-consortium-blockchains/ (accessed 27 November 2018).
9. Ethereum (2016), Blockchains, Digital Assets, Smart Contracts, Decentralized Autonomous Organizations, CreateSpace Independent Publishing Platform, 360 p.
10. Coutinho, S.C. (1999), The Mathematics of Ciphers: Number Theory and RSA Cryptography, A K Peters/CRC Press; 1 edition, 198 p.
