高效、安全、民主的电子投票方案的设计和分析

论文摘要

随着Internet技术的迅速发展,一种新的投票技术——电子投票出现了。电子投票是投票过程的电子化,与传统的人工投票相比,电子投票不仅可以节省大量的人力物力资源;而且还可以减少种种人为的因素,做到更公平,更安全,更高效。本文详细地介绍并分析了三个基于同态加密的电子投票方案——R.Cramer等设计的方案（记为CGS方案）、M.Hirt等设计的方案（记为HS方案）和S.Kim等设计的方案（记为KO方案）。着重讨论了电子投票方案的民主性,并证明了满足民主性的充分必要条件。在CGS方案的基础上,参考HS方案和KO方案的设计思想,本文设计了一个高效、安全、民主的电子投票方案——ZZ方案。同其他方案相比,ZZ方案具有更好的安全性——利用前摄性秘密共享来保证私钥分片的安全;ZZ方案具有更好的投票效率——采用非交互式零知识证明协议来证明选票密文的有效性,且在选票密文的生成过程中,只加密投票者选举的那个候选人对应的选票明文;ZZ方案具有更好的计票效率——运用特定整数背包密码攻击算法的思想来求解投票结果向量;更重要的是,在ZZ方案中,由多个可信任第三方和投票者共同生成盲化因子,从而在大大降低可信任第三方安全要求的基础上满足民主性。同时,本文还设计了基于动态规划思想攻击0-1背包密码的基本算法和改进算法,以及特定整数背包密码的攻击算法。ZZ方案就是运用这种整数背包密码攻击算法的思想,使得求解投票结果向量所需的乘除法次数由O（ ）降到O （ M - 1）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电子投票的研究价值
• 1.2 电子投票的概述
• 1.2.1 电子投票的类型
• 1.2.2 电子投票的通信模型
• 1.2.3 电子投票研究的目标
• 1.3 电子投票的发展历史
• 1.4 当前电子投票方案存在的问题
• 1.5 本文的工作和创新
• 1.6 本文结构
• 第二章 电子投票的密码学基础
• 2.1 密码技术简介
• 2.2 公钥密码算法
• 2.2.1 确定加密和概率加密
• 2.2.2 ElGamal 公钥密码算法
• 2.2.3 其它公钥密码算法
• 2.3 Hash 函数
• 2.4 数字签名
• 2.5 秘密共享
• 2.6 零知识证明
• 2.6.1 同指数零知识证明协议
• 2.6.2 L-out-of-1 重新加密零知识证明协议
• 2.6.3 1-out-of-L 重新加密零知识证明协议
• 2.6.4 指定验证者的重新加密零知识证明协议
• 2.7 其他密码技术
• 2.7.1 Bit 承诺技术
• 2.7.2 Pedersen 密钥生成协议
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于同态加密的电子投票方案
• 3.1 CGS 方案
• 3.1.1 CGS 方案概述
• 3.1.2 实体结构
• 3.1.3 通信模型
• 3.1.4 方案假设
• 3.1.5 CGS 方案的流程
• 3.1.6 CGS 方案的分析
• 3.1.7 CGS 方案小结
• 3.2 HS 方案
• 3.2.1 HS 方案的概述
• 3.2.2 实体结构
• 3.2.3 选票的编码方式
• 3.2.4 通信模型
• 3.2.5 方案假设
• 3.2.6 HS 方案的流程
• 3.2.7 HS 方案的分析
• 3.2.8 HS 方案的小结
• 3.3 KO 方案
• 3.3.1 KO 方案的概述
• 3.3.2 实体结构
• 3.3.3 通信模型
• 3.3.4 方案假设
• 3.3.5 KO 方案的流程
• 3.3.6 KO 方案的分析
• 3.3.7 KO 方案的小结
• 3.4 本章小结
• 第四章 ZZ 方案的设计与分析
• 4.1 对现有方案的综合评述
• 4.2 设计目标
• 4.3 设计思想
• 4.4 ZZ 方案
• 4.4.1 所用密码技术介绍
• 4.4.2 实体结构
• 4.4.3 通信模型
• 4.4.4 方案假设
• 4.4.5 ZZ 方案的流程
• 4.4.6 ZZ 方案的分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间撰写的论文