Bố cục của Luận văn này gồm có 3 chương: Chương 1 - Tổng quan về bầu cử và bầu cử điện tử; Chương 2 - Blockchain và bầu cử điện tử; Chương 3 - Thử nghiệm và kết quả. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của Luận văn này.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Văn Quyết NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN CHO BẦU CỬ ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 8.48.01.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2020 Luận văn đƣợc hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: Tiến sĩ Đặng Minh Tuấn Phản biện 1: Tiến sĩ Phùng Văn Ổn Phản biện 2: Tiễn sĩ Nguyễn Trọng Đƣờng Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng Vào lúc: 09 00 ngày 11 tháng 01 năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thƣ viện Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng i MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Cấu trúc luận văn 1.1 Giới thiệu chung bầu cử bầu cử Việt Nam 1.1.1 Giới thiệu chung bầu cử 1.1.2 Thực trạng bầu cử Việt Nam 1.2 Giới thiệu bầu cử truyền thống 1.2.1 Mô hình triển khai 1.2.2 Ưu nhược điểm mơ hình bầu cử truyền thống 1.3 Giới thiệu bầu cử điện tử 1.3.1 Mô hình triển khai 1.3.2 Ưu nhược điểm mơ hình bầu cử điện tử 1.4 Kết luận chƣơng CHƢƠNG 2: BLOCKCHAIN VÀ BẦU CỬ ĐIỆN TỬ 2.1 Giới thiệu công nghệ blockchain 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Cơ cở lý thuyết nguyên tắc hoạt động blockchain 2.2 Ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử 2.2.1 Yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử, mơ hình an tồn khả công vào hệ thống bầu cử điện tử 2.2.2 2.3 Giới thiệu mơ hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử Kết luận chƣơng CHƢƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 3.1 Phân tích thiết kế hệ thống 3.2 Lựa chọn công nghệ triển khai hệ thống 3.3 Xây dựng mơ hình kịch thử nghiệm 3.4 Một số kết quả, nhận xét đánh giá KẾT LUẬN 10 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bầu cử công khai hoạt động tảng để xây dựng nên quốc gia, tổ chức dân chủ, công minh bạch Từ trƣớc đến nay, phƣơng pháp bầu cử đƣợc áp dụng hầu hết quốc gia bỏ phiếu dựa phiếu giấy hay bầu cử tảng điện tử Hệ thống bầu cử giấy hệ thống đƣợc sử dụng rộng rãi toàn giới từ trƣớc đến nay, nhiên bầu cử theo cách truyền thống gặp phải nhiều hạn chế nhƣ: lãng phí tài nguyên giấy; việc triển khai đến khu vực vùng sâu vùng xa khó khăn tốn nhiều chi phí; tính an ninh phiếu trình vận chuyển kiểm phiếu chƣa thực đƣợc đảm bảo; cần số lƣợng lớn nhân lực phục vụ cho bầu cử… Bằng chứng bầu cử ngày 17/04/2019 Indonesia, có 92 nhân viên phục vụ bầu cử tử vong làm việc tải 374 ngƣời ngã bệnh mệt mỏi [1] Những hạn chế thách thức vô lớn hệ thống bầu cử giấy Bầu cử điện tử (e-voting) khái niệm không xa lạ với nƣớc phát triển, đặc biệt Bắc Mỹ Châu Âu Tuy nhiên, khái niệm tƣơng đối Việt Nam Bầu cử điện tử giải đƣợc hạn chế phƣơng pháp bầu cử giấy Bằng việc triển khai hệ thống bầu cử điện tử, cử tri tự tay bỏ phiếu cho dù họ nơi đâu, tính an ninh phiếu đƣợc đảm bảo khơng q trình vận chuyển thủ công, bầu cử điện tử giảm đƣợc số lƣợng nhân lực cần thiết để phục vụ cho công tác bầu cử xuống mức tối thiểu Mặc dù có nhiều tiến hệ thống bầu cử truyền thống, nhƣng bầu cử điện tử tồn số hạn chế nhƣ: hệ thống máy chủ bị công cài mã độc phá hỏng kết bầu cử; kết phiếu bầu bị thay đổi có ngƣời cố tình can thiệp Vài năm trở lại đây, công nghệ blockchain (khối chuỗi) lên nhƣ tƣợng công nghệ với tính ƣu việt đƣợc dự đốn làm thay đổi sống Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ blockchain cho bầu cử điện tử” nhằm giải sai lệch liệu nhƣ khả bị công phá hỏng kết hệ thống bầu cử điện tử cũ 2 Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chƣơng: - Chƣơng 1: Tổng quan bầu cử bầu cử điện tử - Chƣơng 2: Blockchain bầu cử điện tử - Chƣơng 3: Thử nghiệm kết Trong đó, luận văn tập trung vào chƣơng chƣơng với mục đích nghiên cứu mơ hình ứng dụng công nghệ blockchain cho bầu cử điện tử, sau thực thử nghiệm nhằm đánh giá mơ hình 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẦU CỬ VÀ BẦU CỬ ĐIỆN TỬ 1.1 Giới thiệu chung bầu cử bầu cử Việt Nam 1.1.1 Giới thiệu chung bầu cử a Bầu cử Bầu cử việc lựa chọn nhiều ngƣời cho chức vụ công tƣ, từ nhiều ứng cử viên khác Không liên quan đến máy nhà nƣớc, bầu cử đƣợc sử dụng tổ chức, hoạt động tổ chức xã hội (ví dụ nhƣ lớp học, tổ chức cơng đồn) b Vai trị bầu cử Bầu cử phƣơng tiện dân chủ để công dân lựa chọn số ứng cử viên cho vị trí định máy nhà nƣớc trao quyền cho ngƣời đƣợc bầu hành động nhân danh công chúng nhiệm kỳ đƣợc bầu c Chức bầu cử Bầu cử có ý nghĩa quan trọng nhà nƣớc, xã hội thành viên cộng đồng 1.1.2 Thực trạng bầu cử Việt Nam a Bầu cử Việt Nam Thuật ngữ bầu cử Việt Nam đƣợc cho gắn kết mật thiết với khái niệm dân chủ, bầu cử tự công phƣơng thức bảo đảm cho việc tôn trọng quyền tự do, dân chủ Trong dân chủ, quyền lực Nhà nƣớc đƣợc thực thi có trí ngƣời dân (ngƣời bị quản lý) Cơ chế để chuyển trí thành quyền lực nhà nƣớc tổ chức bầu cử tự công b Các nguyên tắc bầu cử Ở Việt Nam, nguyên tắc bầu cử dân chủ đƣợc kế thừa, bổ sung phát triển để làm thực chế độ bầu cử thực dân chủ Các nguyên tắc bầu cử theo quy định pháp luật gồm bốn nguyên tắc 1.2 Giới thiệu bầu cử truyền thống 1.2.1 Mơ hình triển khai 1.2.2 Ưu nhược điểm mơ hình bầu cử truyền thống a Ƣu điểm b 1.3 Nhƣợc điểm Giới thiệu bầu cử điện tử 1.3.1 Mô hình triển khai 1.3.2 Ưu nhược điểm mơ hình bầu cử điện tử a Ƣu điểm b Nhƣợc điểm 1.4 Kết luận chƣơng Chƣơng giới thiệu khái quát bầu cử nói chung bầu cử Việt Nam Đồng thời, chƣơng trình bày mơ hình, ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp bầu cử truyền thống nhƣ bầu cử điện tử Từ đó, tiền đề để đƣa đề xuất ứng dụng công nghệ blockchain cho bầu cử điện tử Phần đƣợc trình bày chi tiết nội dung chƣơng chƣơng 5 CHƢƠNG 2: BLOCKCHAIN VÀ BẦU CỬ ĐIỆN TỬ 2.1 Giới thiệu công nghệ blockchain 2.1.1 Khái niệm a Khái niệm Blockchain (chuỗi khối), tên ban đầu block chain sở liệu phân cấp lƣu trữ thông tin khối thông tin đƣợc liên kết với mã băm (hash) mở rộng theo thời gian Mỗi khối thông tin chứa thông tin thời gian khởi tạo đƣợc liên kết tới khối trƣớc đó, kèm mã thời gian liệu giao dịch Blockchain đƣợc thiết kế để chống lại việc thay đổi liệu: Một liệu đƣợc mạng lƣới chấp nhận khơng có cách thay đổi đƣợc phải tốn nhiều tài ngun tính tốn b Các loại blockchain Các loại blockchain chia thành ba loại theo nguyên tắc quyền đọc ghi liệu tham gia vào hệ thống: Public (công khai); Private (riêng tƣ); Consortium (đuợc phép) Đặc điểm blockchain c - Khơng làm giả, không phá hủy chuỗi blockchain: Theo nhƣ lý thuyết có máy tính luợng tử giải mã blockchain công nghệ blockchain biến khơng cịn Internet tồn cầu - Bất biến: Dữ liệu blockchain khơng thể sửa (có thể sửa nhƣng để lại dấu vết) luu trữ mãi - Bảo mật: Các thông tin, liệu blockchain đuợc phân tán an toàn tuyệt đối - Minh bạch 2.1.2 Cơ cở lý thuyết nguyên tắc hoạt động blockchain a Cơ sở lý thuyết Hàm băm (Hash function) Hàm băm (hash function) giải thuật dùng để ánh xạ liệu từ kích thƣớc sang giá trị băm có kích thƣớc cố định (Tùy thuộc vào thuật tốn sử dụng Hàm băm hàm chiều (one way function), theo với giá trị đầu vào dễ dàng tính giá trị băm nhƣng khơng thể làm theo chiều ngƣợc lại Chữ ký số Hệ mật đƣờng cong elliptic (ECDSA) Mạng ngang hang (peer-to-peer) Mạng ngang hàng, hay mạng đồng đẳng (P2P) bao gồm nhóm thiết bị lƣu trữ chia sẻ tập tin Mỗi ngƣời tham gia (nút) hoạt động nhƣ đồng đẳng riêng lẻ Thông thƣờng, tất nút có sức mạnh nhƣ thực nhiệm vụ giống Nguyên tắc hoạt động b Giao dịch (transaction) đƣợc thông báo (broadcast) tới tất nút Mỗi nút tập hợp giao dịch vào khối (block) Mỗi nút tìm giá trị ―nonce‖ phù hợp cho block để có giá trị băm thỏa mãn điều kiện blockchain (số ký tự ban đầu x (đƣợc gọi ―difficulty‖)) Công việc đƣợc gọi chứng công việc (proof-of-work) Khi nút tìm đƣợc số ―nonce‖ cho block, thơng báo tới tất nút cịn lại Các nút chấp thuận block tất giao dịch block xác chƣa thực Khối đƣợc tạo cách sử dụng mã băm khối liền trƣớc mã băm giao dịch block Đồng thời mã băm block đƣợc sử dụng block liền sau 2.2 Ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử 2.2.1 Yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử, mơ hình an tồn khả cơng vào hệ thống bầu cử điện tử a Yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử - Tính sẵn sàng: Hệ thống bầu cử điện tử phải sẵn sàng hoạt động khoảng thời gian diễn bầu cử - Tính minh bạch: Hệ thống phải đảm bảo tất đƣợc ghi nhận kiểm đếm - Tính nhất: Hệ thống phải đảm bảo cử tri đƣợc bỏ phiếu lần - Tính tồn vẹn: Hệ thống phải đảm bảo tất phiếu đƣợc cử tri bầu khơng thể thay đổi, sửa chữa xóa bỏ 7 - Tính riêng tƣ: Hệ thống phải đảm bảo khơng (ngồi thân cử tri) biết họ bầu cho - Tính đo đếm: Hệ thống phải cung cấp chức cho việc kiểm đếm báo cáo - Tính xác thực: Hệ thống phải đảm bảo cử tri đƣợc cấp quyền tham gia bỏ phiếu - Tính bảo mật: Dữ liệu bầu cử cần đƣợc bảo vệ an tồn, tránh việc đọc đƣợc từ bên ngồi - Tính tin cậy: Hệ thống bầu cử điện tử cần đảm bảo hoạt động cách xác, khơng làm liệu phiếu bầu Mơ hình an tồn hệ thống bầu cử điện tử b Bầu cử điện tử trọng vào tính an tồn bảo mật liệu Vì vậy, hầu hết hệ thống bầu cử điện tử xây dựng cho mơ hình an tồn dựa yếu tố sau: - Dữ liệu cử tri đƣợc bảo mật đƣợc quản lý quan thứ - Cử tri cần phải đƣợc cấp quyền thực xác thực thông qua quan quản lý bầu cử - Trƣớc gửi phiếu đi, phiếu cần đƣợc mã hóa chữ ký điện tử cử tri - Dữ liệu máy chủ đƣợc bảo vệ qua hệ thống tƣờng lửa - Cơ quan bầu cử thực giải mã phiếu cử tri trƣớc tổng hợp đƣa kết c Khả công vào hệ thống bầu cử điện tử Về mặt lý thuyết, hệ thống bầu cử điện tử bị cơng việc sử dụng thuật tốn mã hóa chƣa đủ độ mạnh, sai sót trình thiết kế giao thức giao tiếp 2.2.2 Giới thiệu mơ hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử c Bài tốn d Mơ hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử Dựa đặc tính blockchain nhƣ yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử Luận văn đƣa mơ hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử sử dụng mạng blockchain riêng tƣ (private blockchain) với giai đoạn nhƣ sau: Giai đoạn 1: Chuẩn bị Giai đoạn 2: Bỏ phiếu Giai đoạn 3: Tổng hợp kết e Chứng minh tính đắn f Chứng minh tính an tồn Tính riêng tƣ liệu Tính bảo mật cho cử tri Gian lận hệ thống 2.3 Kết luận chƣơng Chƣơng giới thiệu công nghệ blockchain mơ hình ứng dụng cơng nghệ blockchain cho bầu cử điện tử Đồng thời, chƣơng trình bày chi tiết giai đoạn mơ hình bầu cử điện tử ứng dụng blockchain tính đắn nhƣ tính an tồn mơ hình Ở chƣơng 3, luận văn vào chi tiết xây dựng hệ thống thử nghiệm để chứng minh mơ hình 9 CHƢƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 3.1 Phân tích thiết kế hệ thống Để cử tri bỏ phiếu thuận lợi đâu Luận văn đƣa mơ hình thiết kế hệ thống với trình duyệt kênh tƣơng tác với cử tri nhƣ ứng viên quản trị viên Khi ngƣời dùng tƣơng tác với trình duyệt, yêu cầu đƣợc xử lý máy chủ ứng dụng web Tại đây, máy chủ ứng dụng web thực chức khác tƣơng tác với sở liệu blockchain 3.2 Lựa chọn công nghệ triển khai hệ thống Lợi sử dụng Bitcoin làm tảng blockchain để ứng dụng cho bầu cử điện tử sở hạ tầng hoàn thiện đƣợc thử nghiệm lớn Tuy nhiên, biến động giá đáng kể bitcoin, chi phí tƣơng lai loại tiền điện tử khoản phí mà nhà khai thác yêu cầu để nhanh chóng xác thực giao dịch, sử dụng chuỗi khối Bitcoin có tốn khơng đảm bảo thời gian cho trình bỏ phiếu (Thời gian để xác nhận phiếu bầu lên tới 10 phút) Vì vậy, luận văn đề xuất tảng blockchain khác Multichain Về tảng cho việc xây dụng ứng dụng web, luận văn đề xuất sử dụng JavaEE 3.3 Xây dựng mơ hình kịch thử nghiệm 3.4 Một số kết quả, nhận xét đánh giá Nhƣ vậy, luận văn đƣa mơ hình ứng dụng công nghệ blockchain cho bầu cử điện tử, đồng thời xây dựng mơ hình thực nghiệm sử dụng JavaEE Multichain làm tảng Mơ hình chứng minh đƣợc tính ứng dụng để thay mơ hình bầu cử giấy truyền thống đƣa đƣợc điểm mấu chốt để đảm bảo an tồn so với mơ hình bầu cử điện tử (Client-Server) Tuy nhiên, luận văn dừng lại việc thử nghiệm nút mạng blockchain web server Trong tƣơng lai, luận văn mong muốn có điều kiện để mở rộng hệ thống đƣa vào ứng dụng thực tế 10 KẾT LUẬN Luận văn tập trung nghiên cứu bầu cử ứng dụng công nghệ blockchain cho bầu cử điện tử Cụ thể, luận văn đạt đƣợc số kết sau: Tìm hiểu bầu cử, bầu cử truyền thống bầu cử điện tử theo mơ hình cũ (Client – Server) Tìm hiểu, nghiên cứu blockchain khả ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử Đƣa mơ hình thử nghiệm với tảng Multichain đạt đƣợc số kết định Luận văn tiếp tục phát triển theo hƣớng sau: Tìm hiểu thêm tảng blockchain khác, mở rộng số lƣợng nút mạng lƣới blockchain số lƣợng web server để đƣa vào ứng dụng thực tế 11 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ánh Ngọc, ―Hơn 90 nhân viên kiểm phiếu tử vong kiệt sức bầu cử Indonesia,‖ vnexpress, 2019 [Online] Available: https://vnexpress.net/the-gioi/hon90-nhan-vien-kiem-phieu-tu-vong-vi-kiet-suc-trong-cuoc-bau-cu-indonesia3913896.html [Accessed: 28-Jul-2019] [2] L.K.Tùng, ―Hỏi - Đáp: ABC bầu cử,‖ Nhà xuất Hồng Đức, 2016 [3] PGS.TS Nguyễn Quốc Sửu, ―Bầu cử Việt Nam – Những nội dung cần quan tâm,‖ Quản lý nhà nước, 2019 [Online] Available: https://www.quanlynhanuoc.vn/2019/08/01/bau-cu-o-viet-nam-nhung-noi-dung-canquan-tam/ [Accessed: 30-Aug-2019] [4] Wikipedia, ―Blockchain,‖ Wikipedia, 2019 [Online] Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/Blockchain [Accessed: 25-Sep-2019] [5] S Nakamoto, ―Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System,‖ J Gen Philos Sci., vol 39, no 1, pp 53–67, 2008 [6] B Shahzad and J Crowcroft, ―Trustworthy Electronic Voting Using Adjusted Blockchain Technology,‖ IEEE Access, vol 7, pp 24477–24488, 2019 [7] A Tar, ―Smart Contracts, Explained,‖ Cointelegraph, 2017 [Online] Available: https://cointelegraph.com/explained/smart-contracts-explained [Accessed: 26-Sep2019] [8] W Stallings and M J Horton, CRYPTOGRAPHY AND NETWORK SECURITY PRINCIPLES AND PRACTICE SEVENTH EDITION GLOBAL EDITION British Library Cataloguing-in-Publication Data [9] M Sumagita and I Riadi, ―Analysis of Secure Hash Algorithm (SHA) 512 for Encryption Process on Web Based Application,‖ vol 7, no 4, pp 373–381, 2018 [10] Dang Minh Tuan, ―Tổng quan blockchain.‖ 2019 [11] A Kujawa, ―Bitcoins, Pools and Thieves,‖ Malwarebytes lab blog, 2016 [Online] Available: https://blog.malwarebytes.com/cybercrime/2013/11/bitcoins-pools-andthieves/ [Accessed: 30-Sep-2019] 12 [12] A Schneider, C Meter, and P Hagemeister, ―Survey on Remote Electronic Voting,‖ 2017 [13] L Fouard, M Duclos, and P Lafourcade, ―Survey on electronic voting schemes,‖ Support by ANR …, 2007 [14] R Verbij, ―Dutch e-voting opportunities,‖ EEMCS Univ Twente, vol 8, no 33, p 44, 2014 [15] C S L Dr Gideon Greenspan, Founder and CEO, ―MultiChain Private Blockchain — White Paper,‖ Web, vol 29, no 3, pp 274–279, 2002 [16] Gideon Greenspan, ―MultiChain 1.0 beta and 2.0 roadmap,‖ MultiChain, 2017 [Online] Available: https://www.multichain.com/blog/2017/06/multichain-1-beta-2roadmap/ [Accessed: 02-Oct-2019] [17] Multichain, ―MultiChain JSON-RPC API commands,‖ Multichain, 2019 [Online] Available: https://www.multichain.com/developers/json-rpc-api/ [Accessed: 20-Aug2019] [18] SimplyUb, ―MultichainJavaAPI,‖ Github, 2019 [Online] Available: https://github.com/SimplyUb/MultiChainJavaAPI [Accessed: 01-Oct-2019] ... hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử c Bài toán d Mơ hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử Dựa đặc tính blockchain nhƣ yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử Luận văn đƣa mơ hình ứng dụng blockchain. .. lai, luận văn mong muốn có điều kiện để mở rộng hệ thống đƣa vào ứng dụng thực tế 10 KẾT LUẬN Luận văn tập trung nghiên cứu bầu cử ứng dụng công nghệ blockchain cho bầu cử điện tử Cụ thể, luận văn. .. sử dụng block liền sau 2.2 Ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử 2.2.1 Yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử, mơ hình an tồn khả công vào hệ thống bầu cử điện tử a Yêu cầu hệ thống bầu cử điện tử