全同態(tài)加密的電子投票系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著信息安全和計算機網(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。論文針對計票過程中存在的安全問題，面向中大型投票場景，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)計實現(xiàn)了一個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)威認證中心、可直接對密文選票真?zhèn)悟炞C和運算的計票中心、用于投票結(jié)果驗證的公告牌、Windows版和Android版的投票客戶端。
　　論文的主要貢獻包括：
　　①針對一般電子投票系統(tǒng)需要將密文選票解密后計票所帶來的秘密性和安全性問題，采用FHE對選票進行加密，并使用基于BGV方案實現(xiàn)的HElib同態(tài)算法庫設(shè)計密文計票器對密文選票直接進

3、行計票，使得計票過程安全可信，并降低了計票中心對第三方可信計算平臺的依賴。
　　②針對密文計票器使用密文的逐位進位加法器（RCA）構(gòu)建時計票性能較低問題，采用 Carry Look Ahead方法對 RCA電路進行優(yōu)化，設(shè)計實現(xiàn)了Kogge-Stone同態(tài)密文加法器（KSA），使得n-bit RCA密文運算電路深度從O(n)層減至 O(log2n)層，最后結(jié)合SIMD技術(shù)對計票性能進行加速。
　?、坩槍卧爝x票進行投票問題，

4、采用高抗碰撞性的注冊憑證，結(jié)合RSA數(shù)字簽名和 MD5信息摘要算法對選票進行驗證，防止非法投票，并使系統(tǒng)支持可驗證性。
　　④針對瞬時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，在計票階段具有更為安全的特性，有一定的實用價值。測試顯示，對應(yīng)16-bit明文加法的密文運算KSA比之RCA耗時開銷減少