Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dư luận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ THỊ QUYÊN NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH BỎ PHIẾU THĂM DÕ DƢ LUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ THỊ QUYÊN NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH BỎ PHIẾU THĂM DÕ DƢ LUẬN Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Hệ thống Thông tin Mã số: 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ PHÊ ĐÔ Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ đƣợc thực Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội dƣới hƣớng dẫn TS Lê Phê Đô Xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy định hƣớng khoa học, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến thầy, cô Bộ môn Hệ thống Thông tin nhƣ Khoa Công nghệ Thông tin mang lại cho kiến thức vô quý giá bổ ích trình theo học trƣờng Tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình tôi, quan tâm động viên bố, mẹ, anh trai em gái giúp có thêm nghị lực, cố gắng để hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn học K19, K20 bạn sinh viên K55 giúp đỡ suốt năm học tập Do thời gian kiến thức có hạn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót định Tôi mong nhận đƣợc góp ý quý báu thầy cô bạn Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Vũ Thị Quyên TÓM TẮT Ngày với phát triển mạnh mẽ Internet World Wide Web khiến nhà chức trách nghiên cứu tận dụng nguồn lực để nâng cao hiệu tính xác bầu cử Bỏ phiếu điện tử cho phép tiết kiệm chi phí vật chất việc triển khai hoạt động trạm bỏ phiếu Các tính toán thống kê máy tính rõ ràng tỏ hiệu quả, nhanh xác nhiều so với việc kiểm phiếu giấy, hệ thống quét quang học, hay đục lỗ thẻ truyền thống Tuy nhiên vấn đề an ninh hệ thống nhiều lỗ hổng cần khắc phục dẫn đến mô hình bỏ phiếu điện tử chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi giới Hiện nay, mô hình bỏ phiếu điện tử đƣợc đón nhận dƣới dạng thăm dò dƣ luận, hay khảo sát ngƣời dân sở thích thăm dò ý kiến họ trƣớc tuyển cử… Các hệ thống bỏ phiếu từ xa trƣớc hầu nhƣ sử dụng hệ mã hóa công khai nhƣ RSA, ElGamal phối hợp sử dụng hệ mã hóa vào giai đoạn khác Tuy nhiên chƣa phải cách tối ƣu độ dài khóa tốc độ xử lý chậm Trong luận văn này, thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dƣ luận sử dụng Hệ mật đƣờng cong Elliptic – Một hệ mã hóa công khai với độ dài khóa ngắn độ an toàn tƣơng đƣơng nhƣ RSA để áp dụng vào công tác thăm dò trƣờng THPT trƣờng Đại học Từ khóa: Bỏ phiếu điện tử, Thăm dò dƣ luận, EC-ElGamal, An toàn thông tin i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dƣ luận” công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn TS Lê Phê Đô, trung thực không chép tác giả khác Trong toàn nội dung nghiên cứu luận văn, vấn đề đƣợc trình bày tìm hiểu nghiên cứu cá nhân đƣợc trích dẫn từ nguồn tài liệu có ghi tham khảo rõ ràng, hợp pháp Tôi xin chịu trách nhiệm hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Vũ Thị Quyên ii MỤC LỤC TÓM TẮT .i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ BỎ PHIẾU ĐIỆN TỬ Ở MỘT SỐ NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Lịch sử máy bầu cử giới 1.1.1 Đục lỗ thẻ 1.1.2 Hệ thống quét quang học 1.1.3 Thiết bị điện tử ghi nhận trực tiếp (DRE – Direct-recording Electronic) 1.1.4 Bỏ phiếu điện tử 1.2 Hệ thống bầu cử điện tử Estonia 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Cơ sở hệ thống 1.2.3 Đánh giá an ninh hệ thống 1.2.4 Nhận xét hệ thống bầu cử Estonia 1.3 Hệ thống bầu cử điện tử Israel 10 1.3.1 Giới thiệu 10 1.3.2 Hệ thống RFID 11 1.3.3 Hệ thống bầu cử điện tử Israel 11 1.3.4 Các tính an ninh hệ thống 13 1.4 Đánh giá hai hệ thống bầu cử Estonia Israel 14 1.5 Hệ thống bỏ phiếu thăm dò dƣ luận trực tuyến 15 1.5.1 Giới thiệu 15 1.5.2 Hệ thống thăm dò dƣ luận trực tuyến 16 1.5.3 Ý tƣởng phần mềm cho bỏ phiếu nhiều lần bỏ phiếu tự động 16 1.5.4 Kỹ thuật bảo vệ chống lại bỏ phiếu tự động 17 1.5.5 Giải pháp chống lại bỏ phiếu tự động 19 1.6 Tình hình bầu cử điện tử Việt Nam 21 1.6.1 Tổng quan tình hình bỏ phiếu điện tử nƣớc ta 21 1.6.2 Bỏ phiếu điện tử phục vụ công tác thi đua khen thƣởng Cơ quan EVNCPC 21 1.6.3 Bỏ phiếu điện tử kì họp đại hội cổ đông (ĐHCĐ) 23 Chƣơng CƠ SỞ TOÁN HỌC TRONG BẦU CỬ ĐIỆN TỬ 25 2.1 Lý thuyết toán học 25 2.1.1 Số nguyên tố ƢCLN BCNN 25 iii 2.1.2 Nhóm Vành Trƣờng Trƣờng hữu hạn 25 2.1.3 Định lý Euler 27 2.1.4 Định lý Ferma 27 2.1.5 Hàm phía cửa sập phía 28 2.2 Mật mã 28 2.2.1 Khái niệm 28 2.2.2 Hệ mã hóa ElGamal 29 2.2.3 Hệ mã hóa RSA 30 2.2.4 Hệ mã hóa Paillier 31 2.3 Chữ kí điện tử 31 2.3.1 Sơ đồ ký điện tử 31 2.3.2 Chữ ký mù RSA 32 2.3.3 Chữ ký nhóm (Group Signature) 33 2.4 Hàm băm (Hash Function) 34 2.5 Chia sẻ bí mật 35 2.5.1 Khái niệm chia sẻ bí mật 35 2.5.2 Giao thức “Chia sẻ bí mật” Sharmir 36 2.6 Logarit rời rạc 37 2.6.1 Các khái niệm sở 37 2.6.2 Thuật toán bƣớc Baby bƣớc Giant Shank 38 2.6.3 Thuật toán Pollig – Hellman 39 Chƣơng CÁC THUẬT TOÁN NỀN TẢNG TRONG BỎ PHIẾU ĐIỆN TỬ 42 3.1 Hệ thống bầu cử 42 3.1.1 Khái niệm bầu cử điện tử 42 3.1.2 Mô hình toán bỏ phiếu điện tử 42 3.1.3 Yêu cầu hệ thống bầu cử 43 3.1.4 Những vấn đề cần giải 43 3.2 Hệ mã hóa đồng cấu 44 3.2.1 Định nghĩa 44 3.2.2 Phân loại mã hoá đồng cấu 44 3.2.3 Mô hình hệ mã hóa đồng cấu bầu cử điện tử 46 3.3 Hệ mã hóa EC-ElGamal 51 3.3.1 Giới thiệu 51 3.3.2 Đƣờng cong Elliptic trƣờng hữu hạn Fp 52 3.3.3 Hệ mã hóa EC-ElGamal 56 3.3.4 Hệ mật đƣờng cong Elliptic ứng dụng bầu cử điện tử 58 3.3.5 Ví dụ trƣờng hợp thăm dò dƣ luận 60 3.3.6 Đánh giá độ an toàn hệ thống 61 3.4 Mô hình bỏ phiếu điện tử dựa chữ kí vòng 62 3.4.1 Giới thiệu 62 iv 3.4.2 Định nghĩa chữ kí vòng 63 3.4.3 Mô hình chữ kí vòng (RSA Version) 63 3.4.4 Ứng dụng chữ kí vòng bầu cử điện tử 66 3.4.5 Các tính chất đạt đƣợc 69 Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 70 4.1 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dƣ luận 70 4.1.1 Các đối tƣợng hệ thống 70 4.1.2 Các chức 70 4.1.3 Thiết kế chƣơng trình 71 4.1.4 Thứ tự thực chƣơng trình 71 4.1.5 Kết thực nghiệm 72 4.2 Các tính chất đạt đƣợc 82 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ID - Identification Định danh cử tri VFS/HES - Vote forwarding server Máy chủ chuyển tiếp phiếu VSS/HTS - Vote storage server Máy chủ lƣu trữ phiếu VCS/HLR - Vote counting server Máy kiểm phiếu RFID - Radio Frequency Identification Công nghệ nhận dạng đối tƣợng sóng vô tuyến ĐHCĐ Đại hội cổ đông HĐQT Hội đồng quản trị GDCK Giao dịch Chứng khoán EzGSM ĐHCĐ trực tuyến – plaintext Tập rõ – Ciphertext Tập mã Đƣờng cong elliptic xác định trƣờng Fq # ( ) Tất số điểm Vi Cử tri i P Hệ thống khóa công khai X||Y Thông điệp X kết nối với thông điệp Y bit by bit KDC – Key Distribution Center Trung tâm phân phối khóa PK – Public key Khóa công khai SK – Secret key Khóa bí mật vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Chứng minh thƣ điện tử Estonia Hình 1.2 Hệ thống bầu cử điện tử Estonia Hình 1.3 Cử tri sử dụng điện thoại thông minh quét mã xác thực QR Hình 1.4 Kết bầu cử Hình 1.5 Thiết bị RFID 11 Hình 1.6 Hệ thống bỏ phiếu Israel 13 Hình 1.7 Các lựa chọn bình chọn hát Việt 2015 18 Hình 1.8 Kết bình chọn 18 Hình 1.9 Thông báo lỗi bình chọn 18 Hình 1.10 Một thăm dò dƣ luận trang 24h.com 20 Hình 1.11 Nhập mã xác nhận 20 Hình 1.12 Kết bình chọn 20 Hình 1.13 Thăm dò ý kiến ngƣời dân nguyên nhân tai nạn giao thông tăng cao 21 Hình 1.14 Giao diện chức bỏ phiếu chƣơng trình CPC eVote 22 Hình 1.15 Tất thành viên xem đƣợc liệu tổng hợp kết 23 Hình 1.17 Cổ đông lựa chọn ý kiến biểu 24 Hình 2.1 Sơ đồ mã hóa giải mã 29 Hình 3.1 Phép cộng đƣờng cong Elliptic 53 Hình 3.2 Phép nhân đôi đƣờng cong Elliptic 54 Hình 3.3 Minh họa cho hàm hợp 65 Hình 3.4 Mô hình chữ kí vòng 65 Hình 4.1: Giao diện chƣơng trình 72 Hình 4.2 Ban lƣu trữ khóa đăng nhập vào hệ thống 72 Hình 4.23 Ban lƣu trữ khóa đăng nhập sai 72 Hình 4.4 Ban lƣu trữ khóa đăng nhập thành công 73 Hình 4.5 Giao diện ban lƣu trữ khóa 73 Hình 4.6 Tạo thành công CSDL cử tri 74 Hình 4.7 Tạo thành công CSDL ban kiểm phiếu 74 Hình 4.8 Cử tri đăng nhập vào hệ thống 74 Hình 4.9 Cử tri đăng nhập không thành công 75 Hình 4.10 Cử tri đăng nhập thành công 75 vii TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, Giáo trình An toàn liêu, NXB Đại học Quốc Gia, 2008 [2] GS Phan Đình Diệu, “Lý thuyết mật mã an toàn thông tin”, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004 [3] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, ThS Trƣơng Thị Thu Hiền, “Về quy trình bỏ phiếu từ xa”, Trƣờng Đại học Công nghệ - ĐHQGHN Tiếng Anh [4] Shafi Goldwasser, Mihir Bellare, Lecture Notes on Cryptography, 2008 [5] DarrelHankerson, Alfred Menezes, ScottVanstone, “Guide to Elliptic Curve Cryptography” [6] An Elliptic Curve Based Homomorphic Remote Voting System, 2014 [7] An elecronic voting platform with elliptic curve cryptography, 2011 [8] Securing E-voting with EC-ElGamal, 2010 [9] Craig Gentry and Shai Halevi, “Implementing Gentry’s fully-homomorphic encryption scheme”, In EUROCRYPT, 2011 [10] Kristin Lauter, Michael Naehrig, and Vinod Vaikuntanathan, “Can Homomorphic Encryption be Practical?”, ACM, 2011 [11] Drew Springall, Travis Finkenauer, Zakir Durumeric, Jason Kitcat, Harri Hursti, Margaret MacAlpine, J Alex Halderman, “Security Analysis of the Estonian Internet Voting System”, University of Michigan, Ann Arbor, MI, U.S.A 2014 [12] Yossef Oren, Dvir Schirman and Avishai Wool, “RFID jamming and attacks on Israeli e-Voting”, Tel-Aviv University, Ramat Aviv 69978, Israel [13] Basso, A., F Bergadano, I Coradazzi and P D Checco, “Lightweight security for internet polls”, in: EGCDMAS (2004) [14] Andrea Huszti, “A homomorphic encryption-based secure electronic voting scheme”, 2011 [15] K Sako and J Kilian, “Receipt-free mix-type voting scheme: A practical solution to the implementation of a voting booth,” in Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’95, ser LNCS, vol 921, 1995, pp 393–403 [16] Andong Fan, Yangsong Zhang, Xiao Yang, “The Scheme and Implementation of Anonymous Electronic Voting Based on Ring Signature” 84 [17] Rivest, R.L., Shamir, A and Tauman, Y “How to leak a secret”, 2001 [18] David Chaum & Van Heyst , “Group Signature”, in Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’91, 1991, pp257-265 [19] Yong Yang, Zhiguang Qin,Hu Xiong, Yang Zhao,Tian Lan ,”A Write-in Electronic Voting scheme Based on Ring Signature”, 2007 [20] Sansar Choinyambuu, “Homomorphic Tallying with Paillier Cryptosystem”, 2009 Trang web [21] [22] [23] [24] [25] http://www.businessinsider.com/surveymonkey-election-online-poll-2012-11 http://www.cpc.vn/Home/default.aspx https://ezgsm.fpts.com.vn/EzGSM/Login/ http://antoanthongtin.vn/ http://www.pcworld.com.vn 85