Bảo vệ tính riêng tư trong bầu cử điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ ÁI THẢO BẢO VỆ TÍNH RIÊNG TƢ TRONG BẦU CỬ ĐIỆN TỬ Privacy Preserving in Electronic Voting Chuyên ngành: Khoa học Máy tính Mã số : 604801 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Đặng Trần Khánh Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Vũ Thanh Nguyên Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Chánh Thành Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 24 tháng 12 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Thoại Nam PGS TS Vũ Thanh Nguyên TS Nguyễn Chánh Thành PGS TS Đặng Trần Khánh TS Huỳnh Tường Nguyên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS Thoại Nam TRƢỞNG KHOA KH & KT MÁY TÍNH PGS TS Thoại Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ ÁI THẢO MSHV:10071058 Ngày, tháng, năm sinh: 30/9/1987 Nơi sinh: TP Huế Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số : 604801 I TÊN ĐỀ TÀI: BẢO VỆ TÍNH RIÊNG TƯ CHO BẦU CỬ ĐIỆN TỬ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu kiến thức bầu cử điện tử - Tìm hiểu vấn đề liên quan đến bảo vệ tính riêng tư bầu cử điện tử xác định vấn đề cần giải - Đề xuất giao thức bầu cử điện tử cho vấn đề xác định III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4/7/2011 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 23/11/2012 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : PGS TS ĐẶNG TRẦN KHÁNH Tp HCM, ngày 24 tháng 12 năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS Đặng Trần Khánh PGS.TS Đặng Trần Khánh TRƢỞNG KHOA KH&KT MÁY TÍNH PGS.TS.Thoại Nam LỜI CẢM ƠN Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đặng Trần Khánh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi thực đề tài nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn nhóm DStar Lab hỗ trợ tạo điều kiện nghiên cứu cho suốt thời gian qua Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè ln bên cạnh động viên giúp đỡ tơi -i- TĨM TẮT LUẬN VĂN Bầu cử hoạt động thường xuyên nước nhằm đưa định người dân người nắm giữ vị trí chủ chốt phủ Q trình bầu cử thường kéo dài khoản thời gian thường tiêu tốn nhiều chi phí Để tiết kiệm chi phí mang lại tiện lợi cho người dân, phủ nhiều nước đưa dịch vụ trở thành dịch vụ chủ chốt phủ điện tử Tuy nhiên bên cạnh lợi ích, bầu cử điện tử nảy sinh số số vấn đề Trong vấn đề quan trọng vấn đề bảo mật sử dụng dịch vụ thông qua internet Cử tri cảm thấy bất an cung cấp thông tin cá nhân phiếu họ qua mạng internet thay bỏ phiếu vào hộp kín Cơ quan bầu cử lo sợ cử tri bị ép buộc bị mua chuộc bầu cho ứng viên họ không tin tưởng cử tri tới phịng kín để thực quy trình bầu cử truyền thống Ngồi mối đe dọa cơng thông tin riêng tử cử tri, nguy việc quan bầu cử cấu kết với chí cấu kết với thành phần phá hoại bên ngồi để cơng hệ thống mối lo ngại cho việc xây dựng hệ thống bầu cử điện tử Trước yêu cầu trên, luận văn nghiên cứu đề giải pháp nhằm thỏa mãn yêu cầu bảo mật bầu cử điện tử Nội dung luận văn sau: Chương 1: Giới thiệu đề tài, giới hạn mục tiêu đề tài Đồng thời chương trình bày kế hoạch thực luận văn Chương 2: Trình bày sở lý thuyết liên quan đến đề tài Chương 3: Trình bày cơng trình nghiên cứu có liên quan bao gồm kĩ thuật giao thức nhằm nâng cao tính bảo mật hệ thống bầu cử điện tử Chương 4: Hướng tiếp cận cách giải vấn đề bảo mật bầu cử điện tử luận văn Chương 5: Thảo luận đánh giá tính bảo mật mà giải pháp luận văn đưa đạt -ii- Chương 6: Tổng kết việc làm được, chưa làm hướng phát triển đề tài Phụ lục: Các báo kết nghiên cứu -iii- ABSTRACT Election is a frequent activity in any country which aims to have the people's decision on key positions in its Government Election process is usually very time and money consuming; therefore, in order to save cost & create convenience for their people, many Governments have been promoting e-voting as one of the strategic services in their e-government system Beside its advantages, e-voting is facing some challenges as well; among which, preserving privacy when using this service through internet is the most significant concern The voters feel insecure when they send their personal information and their casting through the internet instead of putting them into ballot boxes In other hand, the voting authorities worry voters can be forced or bribed to vote for candidates that are not in their favor if they not go to an election precinct to vote as tradition In addition to the threats of violating voters’ private information, voting authorities banding together or cooperating with outside adversaries to attack the voting system are also popularly concerned when building electronic voting system Facing such concerns, this thesis will investigate and suggest the solution that can fulfill security requirements in electronic-voting The structure of this thesis is organized as followings: Chapter 1: Thesis introduction, its limit and objectives This chapter also presents the plan to meet the goal of the thesis Chapter 2: Fundamental theories related to the topic Chapter 3: Related works, including technologies & protocols that enhance security in electronic voting Chapter 4: Approach & solution to enhance security in electronic voting Chapter 5: Discussion & assessment of the proposed protocol Chapter 6: Conclusion and future work Appendix: The scientific papers of author -iv- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa người khác cơng bố cơng trình khác -v- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN v MỤC LỤC vi MỤC LỤC HÌNH ix MỤC LỤC BẢNG x CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới thiệu đề tài 1.2.1 Tên đề tài 1.2.2 Giới hạn đề tài 1.2.3 Mục tiêu đề tài 1.2.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.3 Kế hoạch thực CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bầu cử điện tử 2.1.1 Định nghĩa 2.1.2 Giai đoạn bầu cử 2.1.3 Phân loại 10 2.2 Tiêu chí đánh giá hệ thống bầu cử điện tử 13 2.2.1 Yêu cầu tính bảo mật 14 2.2.2 Yêu cầu tính ứng dụng 15 2.3 Các mối đe dọa bầu cử qua internet 16 2.3.1 Mua bán phiếu cưỡng chế cử tri 16 2.3.2 Đơn vị đăng kí gian lận 17 2.3.3 Đơn vị bỏ phiếu gian lận 17 -vi- 2.3.4 Đơn vị kiểm phiếu gian lận 17 CHƢƠNG 3: CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 19 3.1 Mix-net 19 3.1.1 Cơ chế 19 3.1.2 Đánh giá 20 3.2 Mã hóa đồng hình 21 3.2.1 Cơ chế 21 3.2.2 Mơ hình 23 3.2.3 Đánh giá 26 3.3 Chữ kí mù 26 3.3.1 Cơ chế 26 3.3.2 Mơ hình 28 3.3.3 Đánh giá 30 3.4 Lá phiếu động 30 3.4.1 Cơ chế 30 3.4.2 Mơ hình 32 3.5 Plaintext equality test 34 CHƢƠNG 4: HƢỚNG TIẾP CẬN VÀ HIỆN THỰC 35 4.1 Mơ hình tổng quan 35 4.2 Giao thức bầu cử điện tử chi tiết 37 4.2.1 Giai đoạn đăng kí 37 4.2.2 Giai đoạn chứng thực bỏ phiếu 40 4.2.3 Giai đoạn kiểm phiếu 43 CHƢƠNG 5: ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP 45 5.1 Tính bảo mật 45 5.1.1 Các lỗ hổng bảo mật 45 5.1.2 Yêu cầu bảo mật bầu cử qua internet 47 5.2 Tính thực 51 5.2.1 Độ phức tạp tính tốn 51 -vii- Bài báo chấp nhận hội nghị quốc tế iiWAS 2012 (The 14th International Conference on Information Integration and Web-based Applications & Services) tổ chức từ ngày 03 đến ngày 05 tháng 12 năm 2012, Bali, Indonesia -xxii- -xxiii- -xxiv- -xxv- Bài báo chấp nhận hội nghị quốc tế ICT-EurAsia 2013 (Information & Communication Technology-EurAsia Conference 2013) tổ chức từ ngày 25 đến ngày 29 tháng năm 2013, Yogyakarta, Indonesia -xxvi- -xxvii- -xxviii- -xxix- -xxx- -xxxi- -xxxii- -xxxiii- -xxxiv- -xxxv- LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Thị Ái Thảo Ngày, tháng, năm sinh:30/09/1987 Nơi sinh: TP Huế Địa liên lạc: 2, đường Số 2, P10, Q Tân Bình, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO - Học chương trình Kĩ sư máy tính trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, khoa Khoa học Kĩ thuật Máy Tính (từ 9/2005 đến 01/2010) - Học chương trình Thạc sĩ trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, khoa Khoa học Kĩ thuật Máy Tính (từ 9/2010 đến 12/2012) Q TRÌNH CƠNG TÁC - Cơng tác trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, khoa Khoa học Kĩ thuật Máy Tính (từ 01/6/2010 đến nay) - Chức danh: cán giảng dạy -xxxvi- ... thống bầu cử điện tử có thành phần đại diện cho giai đoạn bầu cử Để đảm bảo tính bảo mật cho hệ thống bầu cử điện tử, thêm vào thành phần đảm nhiệm chức bảo vệ tính riêng tư cho cử tri bảo vệ tính. .. loại bầu cử điện tử Hình 2.2: Phân loại hệ thống bầu cử Nguyễn Thị Ái Thảo Trang 11 Bảo vệ tính riêng tư bầu cử điện tử 2.1.3.1 Bầu cử điểm bầu cử tập trung Tại điểm tập trung, máy bầu cử môi... giá tính bảo mật bầu cử điện tử (Tuần – 5): tìm hiểu yêu cầu bảo mật tiêu chí đánh giá hệ thống bầu cử điện tử tính bảo mật lẫn tính ứng dụng o 1.4 Tìm hiểu kĩ thuật bảo mật bầu cử điện tử (Tuần