סקירה של מערכת ההצבעה האלקטרונית המרוחקת של ועדת הבחירות המרכזית של הפדרציה הרוסית

ב-31 באוגוסט 2020 התקיימה בדיקה פומבית של מערכת ההצבעה האלקטרונית המרוחקת (להלן DEG) באמצעות טכנולוגיית בלוקצ'יין, שפותחה בהוראת ועדת הבחירות המרכזית של הפדרציה הרוסית.

כדי להכיר את מערכת ההצבעה האלקטרונית החדשה ולהבין איזה תפקיד ממלאת בה טכנולוגיית הבלוקצ'יין ובאילו רכיבים נוספים משתמשים, אנו מתחילים בסדרת פרסומים המוקדשת לפתרונות הטכניים העיקריים המשמשים במערכת. אנו מציעים להתחיל לפי הסדר - מהדרישות למערכת ומהתפקודים של המשתתפים בתהליך

דרישות מערכת

הדרישות הבסיסיות החלות על כל מערכת הצבעה זהות בדרך כלל להצבעה אישית ועבור הצבעה אלקטרונית מרחוק, והן נקבעות על פי החוק הפדרלי מ-12.06.2002 ביוני 67 N 31.07.2020-FZ (כפי שתוקן ב-XNUMX ביולי XNUMX) "על ערבויות בסיסיות זכויות הצבעה והזכות להשתתף במשאל עם של אזרחי הפדרציה הרוסית".

1. ההצבעה בבחירות ובמשאלי עם היא חשאית, למעט אפשרות של שליטה כלשהי על רצונו של אזרח (סעיף 7).
2. ההזדמנות להצביע צריכה להינתן רק לאנשים שיש להם זכות פעילה להצביע להצבעה זו.
3. בוחר אחד - קול אחד, הצבעה "כפולה" אסורה.
4. תהליך ההצבעה חייב להיות פתוח ושקוף לבוחרים ולמשקיפים.
5. יש להבטיח את שלמות ההצבעה.
6. לא אמור להיות אפשרי לחשב את תוצאות הצבעת הביניים לפני השלמת ההצבעה.

אז יש לנו שלושה משתתפים: הבוחר, ועדת הבחירות והמשקיף, שביניהם נקבע סדר האינטראקציה. כמו כן, ניתן לייחד משתתף רביעי - הגופים המבצעים רישום אזרחים בשטח (בעיקר משרד הפנים וכן רשויות ביצוע אחרות), שכן זכות בחירה אקטיבית קשורה באזרחות ובמקום הרישום.

כל המשתתפים הללו מקיימים אינטראקציה זה עם זה.

פרוטוקול אינטראקציה

בואו נבחן את תהליך ההצבעה בקלפי מסורתי, עם קלפי ופתקי נייר. בצורה פשוטה בדרך כלל, זה נראה כך: בוחר מגיע לקלפי ומציג מסמך זיהוי (דרכון). בקלפי פועלת ועדת בחירות במתחם, שחברה מוודא את זהות הבוחר ואת נוכחותו ברשימת הבוחרים שנערכה קודם לכן. אם נמצא הבוחר, חבר הוועדה נותן לבוחר פתק הצבעה, והבוחר חותם על קבלת הפתק. לאחר מכן, הבוחר ניגש לתא ההצבעה, ממלא את הפתק ומניח אותו בקלפי. כדי להבטיח שכל הנהלים יבוצעו בקפדנות על פי חוק, כל זה מפוקח על ידי משקיפים (נציגי מועמדים, מוסדות פיקוח ציבוריים). לאחר סיום ההצבעה, ועדת הבחירות, בנוכחות משקיפים, סופרת את הקולות וקובעת את תוצאות ההצבעה.

המאפיינים הדרושים להצבעה במערכת הצבעה מסורתית מסופקים באמצעים ארגוניים ובנוהל האינטראקציה הקבוע של המשתתפים: בדיקת דרכוני הבוחרים, חתימה אישית על פתקי הצבעה, שימוש בתאי הצבעה וקלפיות אטומות, נוהל ספירת קולות וכו'. .

עבור מערכת מידע, שהיא מערכת הצבעה אלקטרונית מרחוק, סדר אינטראקציה זה נקרא פרוטוקול. מכיוון שכל האינטראקציות שלנו הופכות לדיגיטליות, פרוטוקול זה יכול להיחשב כאלגוריתם המיושם על ידי רכיבים בודדים של המערכת, ומערכת של אמצעים ארגוניים וטכניים המבוצעים על ידי משתמשים.

אינטראקציה דיגיטלית מטילה דרישות מסוימות על האלגוריתמים המיושמים. בואו נסתכל על הפעולות שבוצעו באתר מסורתי מבחינת מערכות מידע וכיצד זה מיושם במערכת DEG שאנו שוקלים.

בואו נגיד מיד שטכנולוגיית הבלוקצ'יין אינה "כדור כסף" שפותר את כל הבעיות. כדי ליצור מערכת כזו, היה צורך לפתח מספר רב של רכיבי תוכנה וחומרה האחראים על משימות שונות, ולחבר אותם לתהליך ופרוטוקול אחד. אבל במקביל, כל הרכיבים הללו מקיימים אינטראקציה עם פלטפורמת הבלוקצ'יין.

רכיבי מערכת

מנקודת מבט טכנית, מערכת DEG היא קומפלקס תוכנה וחומרה (להלן STC), המשלב מערך רכיבים כדי להבטיח אינטראקציה בין המשתתפים בתהליך הבחירות בסביבת מידע מאוחדת.

דיאגרמת האינטראקציה של הרכיבים והמשתתפים של מערכת DEG PTC מוצגת באיור שלהלן.

ניתן ללחוץ

תהליך הצבעה מרחוק

כעת נשקול בפירוט את תהליך ההצבעה האלקטרונית מרחוק והטמעתה על ידי רכיבי תסביך התוכנה והחומרה של DEG.

על פי נוהל הצבעה אלקטרונית מרחוק, כדי להיכלל ברשימת המשתתפים בהצבעה אלקטרונית מרחוק, על בוחר להגיש בקשה בפורטל שירותי המדינה. יחד עם זאת, רק אותם משתמשים שיש להם חשבון מאושר והושוו בהצלחה עם פנקס הבוחרים, משתתפי משאל עם של מערכת "הבחירות" של המערכת האוטומטית של המדינה יכולים להגיש בקשה כזו. לאחר קבלת הבקשה, נתוני הבוחר נבדקים שוב על ידי ועדת הבחירות המרכזית של רוסיה ומועלים ל- רכיב רשימת הבוחרים PTC DEG. תהליך ההורדה מלווה ברישום של מזהים ייחודיים בבלוקצ'יין. לחברי ועדת הבחירות ולמשקיפים יש גישה לצפייה ברשימה באמצעות עמדת עבודה אוטומטית מיוחדת הממוקמת בשטח ועדת הבחירות.

כאשר בוחר מבקר בקלפי, הוא מאומת (לעומת נתוני דרכונים) ומזוהה ברשימת הבוחר וכן בודק כי בוחר זה לא קיבל בעבר פתק הצבעה. נקודה חשובה כאן היא שאי אפשר לקבוע אם הבוחר הניח את הפתק שהתקבל בקלפי או לא, רק העובדה שהפתק כבר הוצא קודם לכן. במקרה של PTC DEG, ביקור בוחר מייצג את בקשת המשתמש פורטל DEG הוא אתר הממוקם בכתובת vybory.gov.ru כמו קלפי מסורתי, האתר מכיל חומרי מידע על מערכות בחירות מתמשכות, מידע על מועמדים ומידע אחר. כדי לבצע זיהוי ואימות, נעשה שימוש ב-ESIA של פורטל שירותי המדינה. לפיכך, תכנית הזיהוי הכללית נשמרת הן בעת ​​הגשת הבקשה והן בעת ​​ההצבעה.

לאחר מכן, מתחיל הליך האנונימיזציה - לבוחר ניתן פתק הצבעה שאינו מכיל סימני זיהוי: אין לו מספר, הוא לא קשור בשום אופן לבוחר שאליו הונפק. מעניין לשקול את האפשרות כאשר הקלפי מצויד במתחמי הצבעה אלקטרוניים - במקרה זה אנונימיזציה מתבצעת באופן הבא: במקום פתק הצבעה, הבוחר מתבקש לבחור מתוך הערימה כל כרטיס עם ברקוד שאיתו הוא יתקרב למכשיר ההצבעה. אין מידע על הבוחר בכרטיס, רק קוד הקובע איזה פתק הצבעה צריך לספק בהצגת כרטיס כזה. עם אינטראקציה דיגיטלית לחלוטין, המשימה העיקרית היא ליישם אלגוריתם אנונימיזציה כך שמצד אחד אי אפשר לקבוע נתוני זיהוי של משתמש, ומצד שני לספק את היכולת להצביע רק לאותם משתמשים אשר זוהו בעבר ברשימה. כדי לפתור בעיה זו, DEG PTK משתמש באלגוריתם הצפנה, המכונה בסביבה המקצועית "חתימה אלקטרונית עיוורת". נדבר על כך בהרחבה בפרסומים הבאים, וכן נפרסם את קוד המקור; ניתן גם לאסוף מידע נוסף מפרסומים באינטרנט באמצעות מילות מפתח - "פרוטוקולי הצבעה סודיים קריפטוגרפיים" או "חתימה עיוורת"

לאחר מכן הבוחר ממלא את פתק ההצבעה במקום שבו אי אפשר לראות את הבחירה שנעשתה (דוכן סגור) - אם במערכת המידע שלנו הבוחר מצביע מרחוק, אז המקום היחיד כזה הוא המכשיר האישי של המשתמש. לשם כך, המשתמש מועבר תחילה לדומיין אחר - לאזור האנונימי. לפני המעבר, אתה יכול להעלות את חיבור ה-VPN שלך ולשנות את כתובת ה-IP שלך. בדומיין זה מוצגת ההצבעה ומעובדת בחירת המשתמש. קוד המקור שרץ במכשיר של המשתמש פתוח בתחילה - ניתן לראות אותו בדפדפן.

לאחר ביצוע הבחירה, הפתק מוצפן במכשיר המשתמש באמצעות סכימת הצפנה מיוחדת, נשלח ונרשם ב רכיב "אחסון מבוזר וספירת קולות", בנוי על פלטפורמת הבלוקצ'יין.

אחד המאפיינים החשובים ביותר של הפרוטוקול הוא חוסר האפשרות לדעת את תוצאות ההצבעה לפני השלמתו. בקלפי מסורתי מבטיחים זאת על ידי איטום הקלפי ומעקב על ידי משקיפים. באינטראקציות דיגיטליות, הפתרון הטוב ביותר הוא להצפין את בחירת הבוחר. אלגוריתם ההצפנה בו נעשה שימוש מונע את חשיפת התוצאות לפני השלמת ההצבעה. לשם כך, נעשה שימוש בסכימה עם שני מפתחות: מפתח אחד (ציבורי), המוכר לכל המשתתפים, משמש להצפנת הקול. לא ניתן לפענח אותו עם אותו מפתח; יש צורך במפתח שני (פרטי). המפתח הפרטי מחולק בין המשתתפים בתהליך הבחירות (חברי ועדות בחירות, הלשכה הציבורית, מפעילי שרתי ספירה וכדומה) באופן שכל חלק בודד במפתח חסר תועלת. ניתן להתחיל בפענוח רק לאחר איסוף המפתח הפרטי. במערכת הנבחנת, הליך הפרדת המפתחות כולל מספר שלבים: הפרדת חלק מהמפתח בתוך המערכת, הפרדת המפתח מחוץ למערכת ויצירת מפתח ציבורי משותף. נציג בפירוט את תהליך ההצפנה והעבודה עם מפתחות קריפטוגרפיים בפרסומים עתידיים.

לאחר איסוף והורדת המפתח, מתחיל חישוב התוצאות להמשך הקלטתן בבלוקצ'יין והכרזה לאחר מכן. מאפיין של המערכת הנבדקת הוא השימוש בטכנולוגיית הצפנה הומומורפית. נתאר את האלגוריתם הזה בפירוט בפרסומים עתידיים ונדבר על הסיבה לכך שהטכנולוגיה הזו נמצאת בשימוש נרחב ליצירת מערכות הצבעה. כעת נשים לב לתכונה העיקרית שלו: ניתן לשלב פתקי הצבעה מוצפנים שנרשמו במערכת הנהלת החשבונות ללא פענוח באופן שתוצאת פענוח טקסט מוצפן שכזה תהיה הערך המצטבר לכל בחירה בקלפי. במקביל, המערכת מיישמת כמובן הוכחות מתמטיות לנכונות חישוב כזה, הנרשמות גם במערכת הנהלת חשבונות וניתנות לאימות על ידי משקיפים.

להלן מתווה של תהליך ההצבעה.

ניתן ללחוץ

פלטפורמת בלוקצ'יין

כעת, לאחר שבדקנו את המאפיינים העיקריים של יישום מערכת הצבעה אלקטרונית מרחוק, בואו נענה על השאלה שבה התחלנו - איזה תפקיד ממלאת טכנולוגיית הבלוקצ'יין בכך ואילו בעיות היא מאפשרת לפתור?

במערכת ההצבעה מרחוק המיושמת, טכנולוגיית הבלוקצ'יין פותרת מגוון מסוים של בעיות.

• המשימה הבסיסית היא להבטיח את שלמות המידע במסגרת ההצבעה, ובראש ובראשונה, ההצבעות.
• הבטחת שקיפות של ביצוע ואי-שינוי של קוד התוכנית המיושם בצורה של חוזים חכמים.
• הבטחת ההגנה והאי-שינוי של הנתונים המשמשים בתהליך ההצבעה: רשימת הבוחרים, המפתחות המשמשים להצפנת פתקי הצבעה בשלבים שונים של הפרוטוקול ההצפנה וכן הלאה.
• מתן אחסון נתונים מבוזר, כאשר לכל משתתף יש עותק זהה לחלוטין, המאושר על ידי מאפייני הקונצנזוס ברשת.
• יכולת צפייה בעסקאות ומעקב אחר התקדמות ההצבעה, המתבטאת במלואה בשרשרת הבלוק, מתחילתה ועד לרישום התוצאות המחושבות.

לפיכך, אנו רואים שללא שימוש בטכנולוגיה זו, כמעט בלתי אפשרי להשיג את המאפיינים הדרושים במערכת ההצבעה, כמו גם אמון בה.

הפונקציונליות של פלטפורמת הבלוקצ'יין בה נעשה שימוש מועשרת על ידי שימוש בחוזים חכמים. חוזים חכמים בודקים כל עסקה בפתקי הצבעה מוצפנים לאותנטיות של חתימות אלקטרוניות ו"עיוורות", וכן עורכים בדיקות בסיסיות לתקינות מילוי הפתק המוצפן.

יתרה מכך, במערכת ההצבעה האלקטרונית הנחשבת המרוחקת, רכיב "אחסון וספירת קולות מבוזרת" אינו מוגבל רק לצמתי בלוקצ'יין. עבור כל צומת, ניתן לפרוס שרת נפרד המיישם את הפונקציות ההצפנה העיקריות של פרוטוקול ההצבעה - ספירת שרתי.

ספירת שרתים

מדובר ברכיבים מבוזרים המספקים את ההליך להפקה מבוזרת של מפתח הצפנת קלפי, כמו גם פענוח וחישוב תוצאות ההצבעה. המשימות שלהם כוללות:

• הבטחת יצירה מבוזרת של חלק ממפתח ההצפנה של הקלפי. הליך יצירת המפתח יידון במאמרים הבאים;
• בדיקת תקינות הפתק המוצפן (ללא פענוחו);
• עיבוד פתקי הצבעה בצורה מוצפנת ליצירת טקסט הצפנה הסופי;
• פענוח מבוזר של תוצאות סופיות.

כל שלב בביצוע של פרוטוקול ההצפנה מתועד בפלטפורמת הבלוקצ'יין וניתן לבדוק את נכונותו על ידי משקיפים.

כדי לתת למערכת את המאפיינים הדרושים בשלבים שונים של תהליך ההצבעה, נעשה שימוש באלגוריתמים ההצפנה הבאים:

• חתימה אלקטרונית;
• חתימה עיוורת על המפתח הציבורי של הבוחר;
• ערכת הצפנת עקומה אליפטית ElGamal;
• הוכחות אפס ידע;
• פרוטוקול Pedersen 91 DKG (Distributed Key Generation);
• פרוטוקול שיתוף מפתחות פרטי באמצעות התוכנית של שמיר.

שירות ההצפנה יידון ביתר פירוט במאמרים הבאים.

תוצאות של

בואו נסכם כמה תוצאות ביניים של שיקול מערכת ההצבעה האלקטרונית המרוחקת. תיארנו בקצרה את התהליך והמרכיבים העיקריים המיישמים אותו, וכן זיהינו את האמצעים להשגת המאפיינים הדרושים לכל מערכת הצבעה:

• אימות הבוחר. המערכת מקבלת הצבעות רק מבוחרים מאומתים. נכס זה מובטח על ידי זיהוי ואימות מצביעים, וכן רישום רשימת הבוחרים ועובדת מתן גישה לקלפי בבלוקצ'יין.
• אַלמוֹנִיוּת. המערכת מבטיחה את סודיות ההצבעה, המעוגנת בחקיקה של הפדרציה הרוסית; לא ניתן לקבוע את זהות הבוחר לפי פתק הצבעה מוצפן. מיושם באמצעות אלגוריתם "חתימה עיוורת" ואזור אנונימי למילוי ושליחת הפתק.
• חיסיון ההצבעות. המארגנים ושאר משתתפי ההצבעה אינם יכולים לברר את תוצאת ההצבעה עד לסיום, ספירת הקולות ופענוח התוצאות הסופיות. סודיות מושגת על ידי הצפנת פתקי ההצבעה והפיכתם לבלתי אפשרי לפענוחם עד לאחר ההצבעה.
• חוסר שינוי בנתונים. לא ניתן לשנות או למחוק את נתוני הבוחרים. אחסון נתונים בלתי משתנה מסופק על ידי פלטפורמת הבלוקצ'יין.
• אימות. המשקיף יכול לוודא שהקולות נספרו כהלכה.
• אמינות. ארכיטקטורת המערכת מבוססת על עקרונות הביזור, המבטיחה היעדר "נקודת כשל" אחת.

מקור: www.habr.com