基于安全多方计算的电子选举系统设计与实现

论文摘要

安全多方计算(Secure Multiparty Computation, SMC)在密码学中拥有相当重要的地位,它是电子选举、门限签名以及电子拍卖等诸多应用得以实施的密码学基础。电子选举是SMC应用的最典型案例。传统密码领域提出的几类电子选举方案,在实现普遍验证性前提下,难以实现无收据性。因此,同时实现无收据性和普遍验证性成为现有的安全电子选举方案研究的重点。针对上述问题,通过对现有的电子选举方案的分析,在一个通用的电子选举模型基础上,设计出一个适合大规模选举的多候选人的电子选举方案。通过一系列的数学拆分组合,将多选多选票转换为多个大整数,并将矩阵传送求和协议应用于选票发送和计票,得出选举结果。最后通过模拟仿真实现了大规模的多选多的电子选举系统,证明了方案设计的正确性和可行性。整个选举过程不需要可信第三方,任何投票人都可以计票。比一般的方案具有更强的安全性,同时实现了选举的无收据性和普遍验证性。在多候选人模型的基础上,通过引入不可信第三方保存权值,采用基于茫然传输协议的两方点积协议和秘密比较协议进行计票和判定结果,设计出一个含权的秘密电子评审方案。通过模拟仿真对该方案进行了实现证明,既能保证一般选举活动的基本要求,又满足了选举的无收据性和权值的保密性等安全性要求。该方案适用于投票人数量较少的情况下,适用通过恰当的参数选择,计算复杂度可以达到线性的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 安全电子选举的要求
• 1.2.2 电子选举的发展概况
• 1.3 论文研究内容及结构
• 2 安全多方计算和电子选举相关理论及技术
• 2.1 安全多方计算协议
• 2.1.1 秘密分享与可验证秘密分享
• 2.1.2 同态公钥加密
• 2.1.3 混合网协议
• 2.1.4 零知识证明
• 2.1.5 茫然传输协议
• 2.1.6 秘密比较协议
• 2.2 安全电子选举方案分析
• 2.2.1 基于匿名信道/混合网的电子选举方案
• 2.2.2 基于盲签名的电子选举方案
• 2.2.3 基于同态加密的电子选举方案
• 2.2.4 基于VSS 的电子选举方案
• 2.3 本章小结
• 3 一种适合大规模的安全电子选举方案设计与性能分析
• 3.1 通用的电子选举模型设计
• 3.1.1 通用的电子选举模型设计
• 3.1.2 典型方案的性能比较
• 3.2 一种适合大规模的多候选人电子选举方案设计
• 3.2.1 基本定义及安全性目标
• 3.2.2 基础算法与协议
• 3.2.3 选举模型
• 3.3 大规模多候选人电子选举方案正确性和安全性分析
• 3.3.1 正确性分析
• 3.3.2 安全性分析
• 3.4 本章小结
• 4 一种含权电子评审方案设计与性能分析
• 4.1 基本模型及算法
• 4.1.1 电子评审模型主要参数
• 4.1.2 相关SMC 协议
• 4.1.3 电子评审方案的安全性定义
• 4.2 含权的安全电子评审方案设计
• 4.2.1 预备阶段
• 4.2.2 投票阶段
• 4.2.3 计票阶段
• 4.2.4 判定阶段
• 4.3 含权的安全电子评审方案安全性分析
• 4.4 本章小结
• 5 方案实现与仿真实验
• 5.1 大规模的多候选人电子选举方案模拟实现
• 5.1.1 设计思想
• 5.1.2 设计原则
• 5.1.3 系统关键技术的实现
• 5.1.4 数据库设计
• 5.1.5 多候选人电子选举系统的操作页面实现
• 5.2 数据分析比较
• 5.2.1 系统的通信代价
• 5.2.2 系统的计算代价
• 5.2.3 与FOO 协议比较及本系统的优点
• 5.3 含权的电子评审方案的模拟实现
• 5.3.1 设计思想
• 5.3.2 设计原则
• 5.3.3 系统关键技术的实现
• 5.3.4 数据库设计
• 5.3.5 含权电子评审系统的操作页面实现
• 5.4 数据分析比较
• 5.4.1 数据分析
• 5.4.2 复杂度分析
• 5.4.3 方案比较及优点
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献