러시아 중앙선거관리위원회의 원격 전자투표 시스템 검토

31년 2020월 XNUMX일, 러시아 중앙선거관리위원회의 명령에 따라 개발된 블록체인 기술을 활용한 원격 전자투표 시스템(이하 DEG)에 대한 공개 테스트가 진행되었습니다.

새로운 전자 투표 시스템에 대해 알아보고 블록체인 기술이 어떤 역할을 하는지, 어떤 구성 요소가 사용되는지 이해하기 위해 시스템에 사용되는 주요 기술 솔루션을 다루는 일련의 출판물을 시작하고 있습니다. 시스템 요구 사항과 프로세스 참가자의 기능을 고려하여 순서대로 시작하는 것이 좋습니다.

시스템 요구 사항

모든 투표 시스템에 적용되는 기본 요구 사항은 일반적으로 기존 직접 투표와 원격 전자 투표에서 동일하며 12.06.2002년 67월 31.07.2020일 연방법 N XNUMX-FZ(XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일 개정)에 의해 결정됩니다. "기본 보장 투표권과 러시아 시민 국민 투표에 참여할 권리에 대해."

1. 선거와 국민투표에서의 투표는 시민의 의지에 대한 통제 가능성을 제외하고 비밀로 보장됩니다(제7조).
2. 투표 기회는 해당 투표에 대해 유효한 투표권을 가진 사람에게만 제공되어야 합니다.
3. XNUMX인 투표 – XNUMX투표, “이중” 투표는 허용되지 않습니다.
4. 투표 과정은 유권자와 참관인에게 공개적이고 투명해야 합니다.
5. 투표의 무결성이 보장되어야 합니다.
6. 투표가 완료되기 전에 중간 투표 결과를 계산하는 것이 불가능해야 합니다.

따라서 유권자, 선거관리위원회, 참관인이라는 세 명의 참가자가 있으며 이들 사이에서 상호 작용 순서가 결정됩니다. 적극적인 참정권은 시민권 및 등록 장소와 관련되어 있기 때문에 영토 내 시민 등록을 수행하는 기관(주로 내무부 및 기타 행정 기관)인 네 번째 참가자를 선택하는 것도 가능합니다.

이 모든 참가자는 서로 상호 작용합니다.

상호작용 프로토콜

투표함과 종이 투표지를 사용하는 전통적인 투표소에서의 투표 과정을 생각해 봅시다. 일반적으로 단순화된 형태는 다음과 같습니다. 유권자가 투표소에 와서 신분증(여권)을 제시합니다. 투표소에는 선거구선거관리위원회가 있는데, 그 위원은 유권자의 신원과 앞서 작성한 유권자 명부에 그의 존재 여부를 확인한다. 유권자가 발견되면 위원회 위원이 유권자에게 투표용지를 전달하고 유권자는 투표용지 수령에 서명합니다. 그 후, 유권자는 투표소로 가서 투표용지를 작성한 후 투표함에 넣습니다. 모든 절차가 법률에 따라 엄격하게 준수되도록 하기 위해 모든 사항은 참관인(후보자 대표, 공공 감시 기관)에 의해 모니터링됩니다. 투표가 완료된 후, 선거관리위원회는 참관인이 참석한 가운데 투표 결과를 집계하고 투표 결과를 확정합니다.

전통적인 투표 시스템에서 투표에 필요한 속성은 조직적 조치와 참가자 상호 작용을 위해 확립된 절차(유권자의 여권 확인, 투표용지에 직접 서명, 투표소 및 봉인된 투표함 사용, 개표 절차 등)에 의해 제공됩니다. .

원격 전자 투표 시스템인 정보 시스템의 경우 이러한 상호 작용 순서를 프로토콜이라고 합니다. 우리의 모든 상호 작용이 디지털화되고 있기 때문에 이 프로토콜은 시스템의 개별 구성 요소에 의해 구현되는 알고리즘이자 사용자가 수행하는 일련의 조직적, 기술적 활동으로 간주될 수 있습니다.

디지털 상호 작용은 구현된 알고리즘에 특정 요구 사항을 부과합니다. 정보 시스템 측면에서 전통적인 사이트에서 수행되는 작업과 이것이 우리가 고려 중인 DEG 시스템에서 어떻게 구현되는지 살펴보겠습니다.

블록체인 기술이 모든 문제를 해결하는 “만약의 총알”이 아니라고 바로 가정해 보겠습니다. 이러한 시스템을 만들려면 다양한 작업을 담당하는 수많은 소프트웨어 및 하드웨어 구성 요소를 개발하고 이를 단일 프로세스 및 프로토콜로 연결해야 했습니다. 그러나 동시에 이러한 모든 구성 요소는 블록체인 플랫폼과 상호 작용합니다.

시스템 구성 요소

기술적인 관점에서 DEG 시스템은 소프트웨어 및 하드웨어 복합체(이하 STC)로, 통합된 정보 환경에서 선거 과정 참가자 간의 상호 작용을 보장하기 위해 일련의 구성 요소를 결합합니다.

DEG PTC 시스템의 구성 요소와 참가자의 상호 작용 다이어그램은 아래 그림에 나와 있습니다.

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원격 투표 프로세스

이제 원격 전자 투표 프로세스와 DEG 소프트웨어 및 하드웨어 컴플렉스의 구성 요소에 의한 구현을 자세히 살펴보겠습니다.

원격 전자 투표 절차에 따라, 원격 전자 투표 참가자 목록에 포함되려면 유권자는 주정부 서비스 포털에 신청서를 제출해야 합니다. 동시에, 확인된 계정을 가지고 있고 유권자 등록부와 성공적으로 비교된 사용자, 국가 자동화 시스템 "선거" 시스템의 국민투표 참가자만이 그러한 신청서를 제출할 수 있습니다. 신청서를 받은 후 러시아 중앙선거관리위원회는 유권자 데이터를 다시 한 번 확인하고 다음 웹사이트에 업로드합니다. 유권자 목록 구성 요소 PTC DEG. 다운로드 프로세스에는 블록체인에 고유 식별자가 기록됩니다. 선거관리위원회 위원과 참관인은 선거관리위원회 구내에 위치한 특수 자동화 워크스테이션을 사용하여 목록을 열람할 수 있습니다.

유권자가 투표소를 방문하면 인증을 받고(여권 데이터와 비교하여) 유권자 목록에서 식별되며, 해당 유권자가 이전에 투표용지를 받은 적이 없는지 확인합니다. 여기서 중요한 점은 유권자가 받은 투표용지를 투표함에 넣었는지 여부를 확인하는 것은 불가능하며, 투표용지가 이미 더 일찍 발행되었다는 사실만 알 수 있다는 것입니다. PTC DEG의 경우 유권자의 방문은 사용자의 요청을 나타냅니다. DEG 포털 vybory.gov.ru에 위치한 웹사이트입니다. 기존 투표소와 마찬가지로 이 웹사이트에는 진행 중인 선거 캠페인에 대한 정보 자료, 후보자에 대한 정보 및 기타 정보가 포함되어 있습니다. 식별 및 인증을 수행하기 위해 State Services Portal의 ESIA가 사용됩니다. 따라서 일반적인 식별 체계는 신청할 때와 투표할 때 모두 유지됩니다.

그 후, 익명화 절차가 시작됩니다. 유권자에게는 식별 표시가 없는 투표용지가 제공됩니다. 투표용지는 번호가 없으며, 투표용지를 발행받은 유권자와 전혀 연결되어 있지 않습니다. 투표소에 전자 투표 단지가 설치되어 있을 때 옵션을 고려하는 것은 흥미롭습니다. 이 경우 익명화는 다음과 같이 수행됩니다. 종이 투표지 대신 유권자는 바코드가 있는 카드 더미에서 선택하라는 요청을 받습니다. 그는 투표 장치에 접근할 것입니다. 카드에는 유권자에 대한 정보가 없으며, 해당 카드를 제시할 때 장치가 제공해야 하는 투표지를 결정하는 코드만 있습니다. 완전한 디지털 상호작용의 주요 임무는 익명화 알고리즘을 구현하여 사용자 식별 데이터를 확립하는 것이 불가능하고 다른 한편으로는 다음 사용자에게만 투표할 수 있는 기능을 제공하는 것입니다. 이전에 목록에서 식별되었습니다. 이 문제를 해결하기 위해 DEG PTK는 전문 환경에서 "블라인드 전자 서명"으로 알려진 암호화 알고리즘을 사용합니다. 이에 대해 다음 간행물에서 자세히 설명하고 소스 코드도 공개할 예정입니다. "암호화 비밀 투표 프로토콜" 또는 "블라인드 서명"이라는 키워드를 사용하여 인터넷 간행물에서 추가 정보를 수집할 수도 있습니다.

그런 다음 유권자는 선택 사항을 볼 수 없는 장소(밀폐된 부스)에서 투표 용지를 작성합니다. 정보 시스템에서 유권자가 원격으로 투표하는 경우 그러한 유일한 장소는 사용자의 개인 장치입니다. 이를 위해 사용자는 먼저 다른 도메인으로 이전됩니다. 익명의 영역으로. 전환하기 전에 VPN 연결을 높이고 IP 주소를 변경할 수 있습니다. 투표용지가 표시되고 사용자의 선택이 처리되는 곳은 이 도메인입니다. 사용자의 장치에서 실행되는 소스 코드는 처음에는 열려 있으며 브라우저에서 볼 수 있습니다.

선택이 완료되면 투표용지는 특별한 암호화 방식을 사용하여 사용자의 기기에서 암호화되어 전송 및 기록됩니다. 구성 요소 “분산 저장 및 투표 계산”, 블록체인 플랫폼을 기반으로 구축되었습니다.

프로토콜의 가장 중요한 특징 중 하나는 투표가 완료되기 전에 투표 결과를 알 수 없다는 것입니다. 전통적인 투표소에서는 투표함을 밀봉하고 참관인이 모니터링함으로써 이를 보장합니다. 디지털 상호작용에서 가장 좋은 해결책은 유권자의 선택을 암호화하는 것입니다. 사용된 암호화 알고리즘은 투표가 완료되기 전에 결과가 공개되는 것을 방지합니다. 이를 위해 두 개의 키가 있는 체계가 사용됩니다. 모든 참가자에게 알려진 하나의 (공개) 키가 음성을 암호화하는 데 사용됩니다. 동일한 키로 해독할 수 없으며 두 번째(개인) 키가 필요합니다. 개인 키는 선거 과정 참여자(선거 관리위원회 위원, 공개 회의소, 집계 서버 운영자 등)에게 나누어져 있으며, 키의 각 개별 부분은 쓸모가 없습니다. 개인 키가 수집된 후에만 암호 해독을 시작할 수 있습니다. 고려 중인 시스템에서 키 분리 절차에는 시스템 내에서 키 일부 분리, 시스템 외부에서 키 분리, 공통 공개 키 생성 등 여러 단계가 포함됩니다. 향후 발행물에서는 암호화 프로세스와 암호화 키 작업을 자세히 보여줄 것입니다.

키를 수집하고 다운로드한 후 블록체인에 추가 기록과 후속 발표를 위한 결과 계산이 시작됩니다. 고려 중인 시스템의 특징은 동형암호 기술을 사용한다는 것입니다. 우리는 향후 출판물에서 이 알고리즘을 자세히 설명하고 이 기술이 투표 시스템을 만드는 데 널리 사용되는 이유에 대해 이야기할 것입니다. 이제 주요 기능을 살펴보겠습니다. 회계 시스템에 기록된 암호화된 투표지는 해독 없이 결합될 수 있으며, 이러한 결합된 암호문의 해독 결과는 투표지의 각 선택 항목에 대한 합산 값이 됩니다. 동시에 시스템은 그러한 계산의 정확성에 대한 수학적 증명을 구현하며, 이는 회계 시스템에도 기록되고 관찰자가 확인할 수 있습니다.

아래는 투표 과정의 개요입니다.

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블록체인 플랫폼

이제 원격 전자 투표 시스템 구현의 주요 기능을 살펴보았으므로 우리가 시작한 질문에 답해 보겠습니다. 여기서 블록체인 기술은 어떤 역할을 하며 어떤 문제를 해결할 수 있습니까?

구현된 원격 투표 시스템에서 블록체인 기술은 특정 범위의 문제를 해결합니다.

• 기본 임무는 투표 프레임워크 내에서 정보의 무결성을 보장하는 것이며, 무엇보다 투표를 통해 이루어집니다.
• 스마트 계약 형태로 구현된 프로그램 코드의 실행 투명성과 불변성을 보장합니다.
• 투표 프로세스에 사용되는 데이터(투표자 목록, 암호화 프로토콜의 다양한 단계에서 투표용지를 암호화하는 데 사용되는 키 등)의 보호 및 불변성을 보장합니다.
• 각 참가자가 네트워크의 합의 속성으로 확인된 완전히 동일한 복사본을 갖는 분산형 데이터 저장소를 제공합니다.
• 트랜잭션을 확인하고 투표 진행 상황을 추적할 수 있는 기능으로 투표 시작부터 계산된 결과 기록까지 블록체인에 완전히 반영됩니다.

따라서 이 기술을 사용하지 않으면 투표 시스템에 대한 신뢰뿐만 아니라 필요한 속성을 달성하는 것이 거의 불가능하다는 것을 알 수 있습니다.

사용되는 블록체인 플랫폼의 기능은 스마트 계약을 사용하여 강화됩니다. 스마트 계약은 전자 서명과 "블라인드" 서명의 진위 여부를 암호화된 투표지로 각 거래를 확인하고, 암호화된 투표지 작성의 정확성에 대한 기본적인 점검도 수행합니다.

또한, 고려되는 원격 전자 투표 시스템에서 "투표 분산 저장 및 집계" 구성 요소는 블록체인 노드에만 국한되지 않습니다. 각 노드에 대해 투표 프로토콜의 주요 암호화 기능인 계수 서버를 구현하는 별도의 서버를 배포할 수 있습니다.

카운팅 서버

이는 투표 암호화 키의 분산 생성 절차와 투표 결과의 암호 해독 및 계산을 제공하는 분산형 구성 요소입니다. 이들의 임무는 다음과 같습니다:

• 투표용지 암호화 키 일부의 분산 생성을 보장합니다. 키 생성 절차는 다음 문서에서 설명합니다.
• 암호화된 투표용지의 정확성을 확인합니다(복호화하지 않음).
• 최종 암호문을 생성하기 위해 암호화된 형태로 투표용지를 처리합니다.
• 최종 결과의 분산 디코딩.

암호화 프로토콜 실행의 각 단계는 블록체인 플랫폼에 기록되며 관찰자가 정확성을 확인할 수 있습니다.

투표 프로세스의 다양한 단계에서 시스템에 필요한 속성을 제공하기 위해 다음 암호화 알고리즘이 사용됩니다.

• 전자 서명;
• 유권자의 공개 키에 대한 블라인드 서명
• ElGamal 타원 곡선 암호화 방식;
• 영지식 증명;
• Pedersen 91 DKG(분산 키 생성) 프로토콜;
• Shamir의 방식을 사용하는 개인 키 공유 프로토콜입니다.

암호화 서비스에 대해서는 다음 기사에서 자세히 설명합니다.

결과

원격 전자투표 시스템을 고려한 몇 가지 중간 결과를 요약해 보겠습니다. 우리는 프로세스와 이를 구현하는 주요 구성 요소를 간략하게 설명했으며 투표 시스템에 필요한 속성을 달성하기 위한 수단도 식별했습니다.

• 유권자 검증 가능성. 시스템은 검증된 유권자의 투표만 허용합니다. 이 속성은 유권자를 식별 및 인증하고 유권자 목록과 블록체인에 투표지에 대한 액세스를 제공한다는 사실을 기록함으로써 보장됩니다.
• 익명. 이 시스템은 러시아 연방 법률에 명시된 투표의 비밀을 보장하며, 암호화된 투표지에서는 유권자의 신원을 확인할 수 없습니다. 투표용지를 작성하고 보내기 위해 "블라인드 서명" 알고리즘과 익명 영역을 사용하여 구현되었습니다.
• 투표의 기밀성. 주최자 및 기타 투표 참가자는 투표가 완료되고, 투표가 집계되고, 최종 결과가 해독될 때까지 투표 결과를 알 수 없습니다. 투표용지를 암호화하고 투표가 끝날 때까지 암호를 해독할 수 없도록 함으로써 기밀성을 확보합니다.
• 데이터 불변성. 유권자 데이터는 변경하거나 삭제할 수 없습니다. 불변의 데이터 저장소는 블록체인 플랫폼에서 제공됩니다.
• 검증가능성. 관찰자는 투표가 올바르게 계산되었는지 확인할 수 있습니다.
• 신뢰성. 시스템 아키텍처는 분산화 원칙을 기반으로 하여 단일 "실패 지점"이 없음을 보장합니다.

출처 : habr.com