全同態(tài)加密的電子投票系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著信息安全和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與支撐，電子投票的應(yīng)用越來越廣泛。然而一般電子投票系統(tǒng)在選票的秘密性、投票的匿名性等方面存在不足，導(dǎo)致投票的正確性和公平性受到質(zhì)疑。論文針對(duì)計(jì)票過程中存在的安全問題，面向中大型投票場(chǎng)景，綜合采用全同態(tài)加密（FHE）、數(shù)字簽名、網(wǎng)絡(luò)編程等技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有更高安全性保障的電子投票系統(tǒng)，并在保證安全的前提下，盡可能的提高了系統(tǒng)的性能。
　　論文根據(jù)電子投票模型并基于全同態(tài)加密的投票方案，進(jìn)行了電

2、子投票系統(tǒng)框架的總體構(gòu)架，完成了電子投票系統(tǒng)，系統(tǒng)包括密鑰生成與管理并統(tǒng)籌投票過程等功能的權(quán)威認(rèn)證中心、可直接對(duì)密文選票真?zhèn)悟?yàn)證和運(yùn)算的計(jì)票中心、用于投票結(jié)果驗(yàn)證的公告牌、Windows版和Android版的投票客戶端。
　　論文的主要貢獻(xiàn)包括：
　?、籴槍?duì)一般電子投票系統(tǒng)需要將密文選票解密后計(jì)票所帶來的秘密性和安全性問題，采用FHE對(duì)選票進(jìn)行加密，并使用基于BGV方案實(shí)現(xiàn)的HElib同態(tài)算法庫設(shè)計(jì)密文計(jì)票器對(duì)密文選票直接進(jìn)

3、行計(jì)票，使得計(jì)票過程安全可信，并降低了計(jì)票中心對(duì)第三方可信計(jì)算平臺(tái)的依賴。
　　②針對(duì)密文計(jì)票器使用密文的逐位進(jìn)位加法器（RCA）構(gòu)建時(shí)計(jì)票性能較低問題，采用 Carry Look Ahead方法對(duì) RCA電路進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Kogge-Stone同態(tài)密文加法器（KSA），使得n-bit RCA密文運(yùn)算電路深度從O(n)層減至 O(log2n)層，最后結(jié)合SIMD技術(shù)對(duì)計(jì)票性能進(jìn)行加速。
　　③針對(duì)偽造選票進(jìn)行投票問題，

4、采用高抗碰撞性的注冊(cè)憑證，結(jié)合RSA數(shù)字簽名和 MD5信息摘要算法對(duì)選票進(jìn)行驗(yàn)證，防止非法投票，并使系統(tǒng)支持可驗(yàn)證性。
　?、茚槍?duì)瞬時(shí)集中投票帶來的擁塞問題，采用基于TCP/IP的多線程網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，使用異步編程方式將訪問請(qǐng)求和業(yè)務(wù)處理解耦，使得系統(tǒng)具有較高的并發(fā)投票服務(wù)能力。
　　系統(tǒng)操作簡單，易于部署，在計(jì)票階段具有更為安全的特性，有一定的實(shí)用價(jià)值。測(cè)試顯示，對(duì)應(yīng)16-bit明文加法的密文運(yùn)算KSA比之RCA耗時(shí)開銷減少