一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法技术

本发明专利技术涉及一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法，包括以下步骤：S1、系统建立；S2、输入阶段；S3、计算阶段；S4、输出阶段；S5、恢复盲化数据阶段。本发明专利技术在安全多方计算协议中加入经济惩罚机制，在执行计算之前先缴纳押金，计算结束后对参与方行为进行验证，诚实者的押金将被退回，恶意者的押金将平分给诚实者。通过引入区块链，利用智能合约构建惩罚机制以实现公平性，智能合约自动执行，保证了在没有可信方的情况下管理参与方的押金并对参与方行为进行可信判断。

A Secure Electronic Voting Protocol Based on Block Chain

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法
本专利技术涉及区块链
，尤其涉及一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法。
技术介绍
电子投票是利用互联网、计算机以及密码学技术的一种新型现代化投票方式。电子投票能够大大降低投票活动带来的人力物力消耗，克服许多传统直至投票存在的弊端。1992年，三位日本科学家提出了著名的FOO电子投票协议，被认为是第一个使用的适用于大规模的电子投票方案，在此之后研究人员在FOO方案基础上进行了诸多改进，但FOO电子投票协议固有的缺陷始终无法克服：(1)选票碰撞问题：投票人若填写两张完全相同的选票，则计票机构在计票阶段无法分辨出这是恶意投票还是两张来自不同投票人的相同选票；(2)隐私问题：计票阶段，机票机构人需要打开投票人的选票，选票信息不再保密；(3)无法区分不诚实投票者，机票机构无法区分诚实者与不诚实者，为了维护投票的匿名性，投票机构也无法查看是谁发送的投票。在此基础上，科研人员提出了基于安全多方计算的电子投票方案，此方案允许在没有可信第三方的情况下，多个参与方可以通过网络交互进行协同计算，以此代替计票节点。安全多方计算(securemultipartycomputation，MPC)用于解决一组互不信任的参与方之间保护其隐私的协同计算问题在安全MPC场景中，持有秘密输入的两方或多方，希望共同计算一个函数并得到各自的输出，在这个过程中，除了应得的输出之外，参与方得不到任何额外信息。但是基于安全多方计算的电子投票协议仍无法解决两个问题：(1)安全性问题：在该方案中，仍然需要注册机构和授权机构对投票者的信息进行确认，并对投票者的投票进行授权，若注册机构或授权机构被腐蚀或攻破，则协议无法正常执行。(2)在安全多方计算的秘密分享阶段，参与者无法保证其获得的秘密份额属于同一个秘密，且在计算过程中，无法保证某一节点的计算结果是否正确。(3)公平性问题：安全多方计算协议的公平性指的是当恶意节点获得输出时，所有的诚实节点也应该获得输出。然而Cleve已经证明公平的安全多方计算在非诚实多数的情况下是不可能获得的。在计票阶段，需要足够多的投票节点参与恢复投票，如果有恶意节点拒绝参与恢复，或者其先一步恢复结果，拒绝提供自己的数据，诚实节点就无法获得投票结果，公平性就无法得到保证。有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法，解决现有技术中存在的安全性问题和公平性问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法，包括以下步骤：S1、系统建立：首先，选定若干个候选人，若干个投票者，建立统计服务器，投票者在本地执行协议，将智能合约上传至区块链，协议开始时所有参与方需要向智能合约缴纳押金，否则协议终止；S2、输入阶段：每个投票者将自己的投票数据xi(i＝1-n)进行盲化处理得到x＇i，通过在链下执行GennaroVSS方案和Pedersen同态承诺方案，在所有参与方中分享各自的秘密投票数据；S3、计算阶段：每个投票者首先验证自己得到的秘密数据份额是否为正确的份额，其次将对所有投票者的秘密数据份额进行加法运算，通过执行加法协议来实现的计算，其中，加法协议为：Si,i、Si,j均为秘密数据份额；S4、输出阶段：计算阶段输出的是重建盲化的投票结果数据y＇所需要的秘密份额，每个协议参与者得到份额yi＇，所有的投票者需要公开自己的份额来恢复秘密，所有参与方和统计服务器共同执行一个公平的秘密重建协议，该阶段需要与智能合约进行多轮交互，参与方先链下向其他参与方公布自己的秘密份额，其他参与方验证后，将验证结果反馈给智能合约，由智能合约判定恶意方，最终恶意方押金会被平分给诚实方，该阶段中诚实方只要收集到足够的正确份额即可恢复秘密，如果恢复失败，将得到补偿；S5、恢复盲化数据阶段，投票者和服务器都得到了盲化的投票结果数据y＇，参与者帮助统计服务器投票结果数据y，得到最终投票结果，其中作为本专利技术的进一步改进，公平的秘密重建协议包括本地协议和智能合约，本地协议由参与方在本地执行，智能合约由区块链节点执行。作为本专利技术的进一步改进，公平的秘密重建协议包括准备阶段、承诺与链下验证阶段、检查阶段和再检查阶段。作为本专利技术的进一步改进，准备阶段依次包括发布智能合约步骤和缴纳押金步骤。作为本专利技术的进一步改进，承诺与链下验证阶段依次包括执行计算步骤、发送承诺步骤、相互验证并尝试恢复秘密步骤和验证结果步骤。作为本专利技术的进一步改进，检查阶段依次包括请求验证结果相应步骤。作为本专利技术的进一步改进，再检查阶段依次包括发送自己的秘密份额步骤、再检查请求步骤、再验证结果响应步骤、利用份额数组恢复秘密步骤、退款请求步骤及返还押金和补偿步骤。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：(1)在数据分发阶段，投票者将自己的投票数据进行盲化处理，这样即使安全性道被监听，节点之间相互传递的信息被截获，攻击者仍然无法获得投票者的具体投票数据。(2)取消了授权机构和注册机构，整个协议由投票者共同运行，增加了协议的效率和安全性。(3)协议在数据分发阶段采用了可验证秘密分享方案和Pedersen同态承诺方案，保证了数据分发的正确性以及计算过程的正确性。(4)安全模型中最常见的就半诚实模型和恶意敌手模型，这两种模型假设参与者的行为从始至终遵循初始设定，半诚实方会一直推断其他参与者的信息，恶意方则会一直破坏协议执行。但现实中的参与者往往是理性的，他们会为自身的利益最大化来采取行动，在适当的激励机制下，所有人(或大多数人)可以不做任何破坏。本专利技术在安全多方计算协议中加入经济惩罚机制，在执行计算之前先缴纳押金，计算结束后对参与方行为进行验证，诚实者的押金将被退回，恶意者的押金将平分给诚实者。通过引入区块链，利用智能合约构建惩罚机制以实现公平性，智能合约自动执行，保证了在没有可信方的情况下管理参与方的押金并对参与方行为进行可信判断。任何提前终止协议或发送错误份额的参与方都会被智能合约识别并没收全部押金，而诚实参与方不管有没有最终恢复出秘密，都会返还押金并且得到补偿，这使得基于区块链的电子投票协议的公平性得到了保证，并且只要押金数适当，所有理性的参与方都会选择诚实的执行协议。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法的流程示意图；图2是本专利技术一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法的公平的秘密重建协议的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。为了使本
的人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、系统建立：首先，选定若干个候选人，若干个投票者，建立统计服务器，投票者在本地执行协议，将智能合约上传至区块链，协议开始时所有参与方需要向智能合约缴纳押金，否则协议终止；S2、输入阶段：每个投票者将自己的投票数据xi(i＝1‑n)进行盲化处理得到xi＇，通过在链下执行Gennaro VSS方案和Pedersen同态承诺方案，在所有参与方中分享各自的秘密投票数据；S3、计算阶段：每个投票者首先验证自己得到的秘密数据份额是否为正确的份额，其次将对所有投票者的秘密数据份额进行加法运算，通过执行加法协议来实现的计算，其中，加法协议为：

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的公平安全电子投票协议方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、系统建立：首先，选定若干个候选人，若干个投票者，建立统计服务器，投票者在本地执行协议，将智能合约上传至区块链，协议开始时所有参与方需要向智能合约缴纳押金，否则协议终止；S2、输入阶段：每个投票者将自己的投票数据xi(i＝1-n)进行盲化处理得到xi＇，通过在链下执行GennaroVSS方案和Pedersen同态承诺方案，在所有参与方中分享各自的秘密投票数据；S3、计算阶段：每个投票者首先验证自己得到的秘密数据份额是否为正确的份额，其次将对所有投票者的秘密数据份额进行加法运算，通过执行加法协议来实现的计算，其中，加法协议为：Si,i、Si,j均为秘密数据份额；S4、输出阶段：计算阶段输出的是重建盲化的投票结果数据y＇所需要的秘密份额，每个协议参与者得到份额yi＇，所有的投票者需要公开自己的份额来恢复秘密，所有参与方和统计服务器共同执行一个公平的秘密重建协议，该阶段需要与智能合约进行多轮交互，参与方先链下向其他参与方公布自己的秘密份额，其他参与方验证后，将验证结果反馈给智能合约，由智能合约判定恶意方，最终恶意方押金会被平分给诚实方，该阶段中诚实方只要收集到足够的正确份额即可恢复秘密，如果恢复失败，将得到补偿；S5、恢...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小峰，刘烈彤，杜明晓，
申请(专利权)人：苏州同济区块链研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32