[发明专利]一种基于区块链的公平电子投票协议

说明书

技术领域

本发明属于信息安全领域，尤其涉及一种基于区块链的公平电子投票协议。

背景技术

比特币(Bitcoin)是现在最受欢迎的去中心化数字货币。区块链(blockchain)是比特 币的底层技术，提供可被公开验证的可信分布式账本。区块链最早是由比特币的创始人中本 聪(Satoshi)提出的，基于区块链的分布式应用研究目前已成为新趋势。比特币系统由它们 之间的地址和交易组成。一个比特币地址只是一个公钥pk的哈希值。比特币用户与公钥-私 钥对(sk,pk)相关联。Sig_sk(m)表示使用sk对消息m进行签名，Ver_pk(m,σ)是指对于消息m所 做的签名σ是否能用公钥pk验证通过，相应地返回ture/false。一个比特币交易有一些输入， 输出和一个可选的锁定时间。假设与密钥对(pk_A,sk_A)相关联的用户A要将10比特币传送给与 密钥对(pk_B,sk_B)相关联的用户B，用户A产生交易T^A。交易ID(Transaction ID)是交易内 容的哈希值。交易中的每个输入都包含对前一个交易的引用和输入脚本input-script。每个 输出都包含一个转移值和输出脚本output-script。输入和输出脚本用于检查交易的有效性。 T^A交易中的输出脚本表示T^A中的10比特币被给予用户B。用户B可以使用 作为输入脚本创建T^B交易，以提供自己的签名，如果验证通过，用户B就可以使 用这10比特币。一个交易也可以有一个锁定时间t，这意味着它必须在t时间之后才能生效。

一个(t,n)门限签名方案是指n个成员组成的群中，任何不少于t个成员合作就能产生签 名，而任何少于t个成员合作都无法伪造签名。

承诺机制是一个两方协议，包括承诺者和接受者。在承诺阶段，承诺者将自己的秘密消 息m以承诺值的方式发送给接收者，承诺者生成(c,k)←Commit(m)，k是打开承诺c的密钥； 在打开阶段，承诺者将打开密钥k发送给接收者，接收者用密钥打开承诺得到原来的秘密消 息m←Open(c,k)，并验证承诺的有效性，如果(c,k)是无效的，Open(c,k)返回⊥。

零知识证明在这里使用的是E.Ben-Sasson论文“Succinct non-interactive zero knowledge for a von neumann architecture”中的zk_SNARKS(zero-knowledge Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge)。零知识证明是在不揭露其它信息的情况下，使 验证者相信某个论断是正确的。本发明中零知识证明是用来保证投票者投票和随机数的有效 性，同时不揭露具体的投票信息。

主流的电子投票方法主要是盲签名，混合网和同态加密方法，但是它们都需要一个可信 的第三方。2015年，Zhao等人在“How to vote privately using bitcoin”这篇文章中使 用时间承诺机制和比特币系统设计了无第三方的电子投票协议。它们包括两个部分，一个是 投票承诺，另一个是投票。他们使用“同步时间承诺”机制构造“联合交易”，并设计了比 特币投票问题的协议，其中有n个投票者，有两个候选者A和B，每个投票者只能选择投选A 或B。每个投票者先支付一笔押金再进行投票，如果投票过程中有不诚实的行为，该投票者 的押金会用于赔偿其他投票者，以此来保证投票过程的公平性。然而，现有的无第三方电子 投票方案并不能实现支持多个候选者的投票情况。

发明内容

基于时间承诺和支付押金的方式，本发明提出一种基于区块链和素数的无第三方电子投 票方案，可以支持多个候选者的投票情况。

本发明提供的协议具体如下。

本协议包括四个阶段：初始阶段，承诺阶段，投票阶段，审计阶段。

1.初始阶段