第９卷第４期 软件导刊 Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｇｕｉｄｅ ＶＯ１．９ Ｎｏ．４ Ａｏｒ．２Ｏ１０ ２０１０年４月 基于局域网的小型投票系统实现方案 高 鸥 （湖北省直机关工作委员会党校，湖北武汉４３００６４） 摘要：针对局域网投票活动的需求，提出基于局域网的小型投票系统的设计思路，在此基础上构建了一个基于身 份验证和盲签名技术的局域网小型投票系统的实现方案。该方案满足电子投票系统的安全性要求，具有结构简单、 易于实现、易于管理的特点。 关键词：局域网；电子投票；身份验证；盲签名；安全性 中图分类号：ＴＰ３１１．５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７８００（２０１０）０４－００８９—０３ 同的选举中心，注册工作与选票的认证及统计工作由多个选举 Ｏ 引言 随着社会、政治、文化生活的不断进步．作为一种表达人们 心声、意愿的手段，投票活动越来越多地出现在生活的各个层 面。投票的目的各种各样，如人事选举、奖项评比等，调查 也可采用投票的形式。由于网络技术的不断进步，人们越来越 多地采用电子投票的方式。电子投票的优势在于省去了传统投 票中必不可少的纸质选票，不需要人工计票，节省了大量的人 中心共同完成。 （３）候选人充当选举中心型。这种类型的方案中，注册和统 计工作都是由投票人与候选人之问的协议共同完成。 １．３电子投票的步骤 电子选举方案根据其采用的模型不同，在步骤上也有一些 区别。通常说来，一个电子选举方案包含如下的步骤：①注册这 个步骤通常是由合法的投票人从选举中心取得一个以后可以 验证的标志信息。投票人的一些个人信息及投票人的投票信息 力物力，同时由于整个投票计票过程都由计算机系统完成，而 且快速及时，极大地减少了舞弊现象的发生。 都有可能隐含在这个标志信息中；②投票投票人构造出合法的 选票通过某种方式送给选举中心：③统计选举中心统计选票： １ 电子投票系统的安全性要求及协议模型 电子投票是密码学的重要应用方面．多年来人们对电子投 票做了大量的研究，在电子投票应满足的安全性、电子投票的 ④验证对于一个电子选举方案，其可验证性有个人可验证性和 全体可验证性两种。个人可验证性指投票者本人能确认自己的 选票被正确地统计在选举结果之中，而整体可验证性指任何人 都可以根据公布出来的选举信息确认选举的统计工作的正确 性 协议模型、电子投票的步骤等方面有了比较一致的认识。 １．１电子投票的安全性 一个安全的电子投票方案应该满足如下７个方面的安全 ２局域网小型投票系统的需求分析 电子投票系统的安全性是建立在计算机破解数字加密的 困难性上的，但就整个投票过程的各个环节的监控上，并没有 一性：①完整性：即所有的选票都应当被正确统计；②正当性：即任 何不诚实的投票者都无法破坏选举；③保密性：即所有选票的内 容都是秘密的，使投票人的隐私能得到保护：④不可重用性：即 任何人不得投票一次以上；⑤合法性：即没有选举权的人是不能 选举的；⑥公正性：主要是指选举的中间结果不能泄露：⑦可验 证性：每人都可以确保自己的选票被合法统计到最后结果中。 １．２电子投票协议的模型 电子选举协议的模型通常有以下几种： （１）单选举中心型。在这种类型的方案中，注册工作与选票 的认证及统计工作由一个选举中心来完成。 （２）多选举中心型。在这种类型的方案中，存在多个地位相 一个十全十美的解决方案，为了提高投票系统的安全性．各研 究者提出了不同的解决方案．主要思想基本上都是通过在投票 的不同环节增加控制中心的方式来提高相互制约程度．这在提 高了系统安全性的同时，也相应地增加了系统的复杂性、操作 的繁琐性以及管理的规模。 局域网往往是一个单位或系统的内部网络，它具有如下的 些特点：网络的作用范围小：网络用户数量少且分布相对集 中；网络安全防范措施相对完备；网络管理相对规范。基于局域 网的投票活动一般来说规模都不是很大，投票活动也不一定都 作者简介：高鸥（１９５８一），男，北京人，湖北省直机关工作委员会党校讲师，研究方向为计算机辅助教学及管理。 ・９Ｏ・ 软件导刊 ２０１０正 是就很重大的议题进行的，如重要的人员选举，职称的评定等 等，所以对投票系统的安全性要求也不完全一致。笔者认为在 构建基于局域网的小型投票系统时，除了考虑它的安全性之 外，还应着重考虑如下的问题： 结构简单且具有通用性：基于局域网的投票系统往往是某 个单位内部使用的．可能不同的活动出于不同的目的都要使用 类似的系统，显然不可能为每一个应用都去专门做一个系统， 因此要求系统结构简单，主要模块具有一定的通用性，在应用 于不同形式和要求的投票时不需做太大的改动。 操作简便：一个投票系统如果操作过程过于复杂，则会降 低用户的参与度，而这与任何一个投票活动举办者的初衷都是 相违背的．所以投票过程应尽量的简单易操作。 结果公开：投票的结果必须能在网上及时公开，以便于投 票者验证．这也是电子投票能否广泛应用的基础．否则就会失 去投票人参与的积极性。 基于以上的分析．提出一个基于局域网的小型投票系统的 设计思路： （１）协议模型。由于局域网规模较小，除非是十分严肃的选 举，很难为投票活动组织一套专门的班子来分别处理相应的事 务。因而宜采取单选举中心协议模型。 （２）系统结构。一个网络应用系统理想的体系结构是Ｂ／Ｓ 结构，但限于目前的技术手段和投票系统的安全性要求，纯粹 的Ｂ／Ｓ结构难以胜任，因此采用Ｃ／Ｓ结构。 （３）系统模块。由于采用单中心协议模型，全部模块可分为 两个部分，一部分集中在服务器端，另一部分在客户端。 ３系统的实现方案 方案基于公钥密码，采用投票人身份验证和盲签名技 术。系统采用单投票中心模型、Ｃ／Ｓ架构实现，投票中心位于服 务器端，共由４个模块组成，即管理模块（简称管理人，用Ａ表 示）、注册模块（简称注册人，用Ｒ表示）、签名模块（简称签名 人，用Ｓ表示）、计票模块（简称计票人，用Ｃ表示），客户端为投 票模块（简称投票人，用Ｖ表示）。 管Ｌ—————一 盥 数 兰竺 据 投 库 票 、 人 信息 ｆ戈ｒ 石 查询注册及签名信息 ６、投票信 ｌ苄 二 保存投票信息及选票 图１投票方案框架 整个过程分为如下阶段： ３．１初始化阶段 由投票中心的管理模块完成。在这个阶段管理人Ａ要产 生如下数据：①各投票人 的标识 ②各投票人 的公钥 和私钥：（ ， ），ｄｎ；③注册人Ｒ的公钥和私钥：（ ，ｅ ）， ； ④计票人ｃ的公钥和私钥：（ｎ ，ｅ ），ｄｃ；⑤签名人ｓ的公钥和私 钥：（ ，ｅｓ），ｄｓ。 这些初始化数据都保留到数据库中，其中各投票人的 及他们的私钥通过特殊渠道分发到每一个投票人手中。除投票 人的公钥外，其余所有的公钥均在网上公开。 ３．２投票人注册阶段 本阶段由下列步骤完成： （１）投票人 用自己的私钥ｄ 对自己的 和一个随机 数 签名： ｄ．， ＳＩＧｖｉ（１Ｄｖｉ Ｉｌ尺 ）：（ ｌ １Ｒ ）ｍｏｄｎ￣ 然后发送给注册人Ｒ。 （２）注册人Ｒ收到投票人ｖｉ的签名后，做以下工作：①用 投票人 的公钥对投票人的签名解密：ＩＤＫ ｌ Ｊｎ＝（Ｓ ） ｍｏｄ 将得到的加 与保存在数据库中的 进行对比，如果一 致，则为投票人Ｖ，产生一个唯一的投票编号Ⅳ＂转入下一步， 否则拒绝投票人ｖ。的注册请求；②用散列函数日计算 的 认证码：ＭＡＣｖｌ＝Ｈ（／Ｄ Ｉ ｌ１Ｉ ）；③用 的私钥对认证码签 名：ＳＩＧＲＮｎ ＩＩ Ｃ ）＝（Ⅳ ｌ ｌＭＡＣ ） ｍｏｄｎＲ；④将ＳＩＧＲ（Ⅳ ｌ ｌＭＡＣｈ）及空白选票发给投票人，并且保存（／Ｏ ， ，ＭＡＣ ）到 数据库中。 （３）投票人ｖｉ收到注册人Ｒ的签名后，做如下工作：①用Ｒ 的公钥解密ＳＩＧ （ ｆｌ ＭＡＣ¨），得 ｆｌ ＭＡＣ ，用散列函数日 计算Ｈ（／Ｄ ｌ ＩＲ ｌＩ Ｎｖｉ＇），如果等于ＭＡＣ“ ，则说明Ⅳｗ确实是尺 发出的；②保留（Ｎｖｉ，ＳＩＧ （Ⅳ ｌ ｌＭＡＣ ））。 ３．３验证签名阶段 本阶段由下列步骤完成：投票人：①填写选票Ｍ 然后产 生电子选票Ｍ＝Ｎｖ，ｌＩ ②对Ｍ进行盲化处理：产生大的随机 数ｋ，ｋ＜ｎ ，且ｇｃｄ（ｎ，，ｋ）＝１，计算盲化选票Ｍｎ ＝（Ｍ）（ ） ｍｏｄｎ，； ③将ＯＯ ＳＩＧ （ⅣＫ ｌ ＪＭＡＣ ），Ｍｖｉ＂）发给签名人。 签名人：①用注册人Ｒ的公钥对ＳＩＧＲ（Ⅳｎ ｌＩ ＭＡＣ ）解密， 将得到的（Ⅳ ，ＭＡＣＫ）与保存在数据库中的（Ⅳ ，ＭＡＣ ）对比， 如果一致则可判定投票人的身份合法，转入下一步。否则拒绝 签字，并向投票人返回出错信息；②对该投票的有效性签名： Ｓ＊＝ＳＩＧ （Ｍ ）＝（Ｍ ） ｏｄｎ ，随后发送给投票人Ｖｉ，签名人将签 名保存到数据库中；③投票人收到签名人的签名后，执行去盲 运算得到签名人对选票的签名。去盲过程如下： ｓ＝ｋ～￥＊ｌｎｏｄｎｓ ， ｄ ＝ （ ）’ｍｏｄｎ ｄ ｅ ｄ ＝ （ ） （ｋ ） ｍｏｄｎ （Ｍ）ｔ：ｍｏｄｎ 第４期 高鸥：基于局域网的小型投票系统实现方案 －９ｌ・ ３．４投票阶段 ｄ 密运算的，并且各参与方的密钥都得到了妥善的保管，因此投 （１）投票人 计算ＳＩＧ （ＩＤ ｌ ｌｍｏｄｎ ，然后将Ｓ１Ｇ （ＩＤ ｌｌⅣ ）＝（ ｌＩⅣ ｌ ｌｓ） 票的保密性是有保障的；由于设置了投票人的注册验证、选票 的签名验证及计票的验证３个验证环节，投票的正当性、不可 ）发送给计票人。 ＩＩ ｓ），将 重用性与合法性也是得到保障的；投票的所有信息只有在投票 结束后才予以公布，所以公正性也是满足的；投票的最后阶段 不但公布了统计结果，而且公布了计票编号ｃｖ 、弃权票的Ｎｖ． 和废票的（ＳＩＧｖｉ ＣＩＤｖｉ ｌ ＩＮｖｉ ｌ ｌＳ）。而这些都是只有投票人自己 （２）计票人用投票人 公钥解密ＳＩＧ （ＩＤｎ＿Ｉ 得到的（ Ｎ ｓ），用签名人的公钥对Ｓ进行解密，得到 ＝ Ⅳ ｌ ｎ，将这里得到的两个Ⅳ 与保存在数据库中的Ⅳ 进行 Ｊ对比．如果三者一致则检查该投票人的投票标志。如该标志为 才知道的信息，因此投票的可验证性也得到了保障。 该系统的不足之处在于服务器端的所有模块过于集中，缺 乏技术上的安全隔离机制和制约机制，这一缺陷可以通过加强 对服务器的管理及相应的管理制度来弥补。 结论：该系统基本上满足了电子投票系统的安全性要求， 易于管理．能够满足大多数选举活动的要求。 参考文献 未投票。则说明该投票人为首次投票，设置该投票人的投票标 志为已投票，转入下一步。否则说明或该投票人的身份不合法， 或该投票人已经投过票．无论哪种情况都拒绝接收该选票．并 向投票人发回出错信息： （３）计票人产生一个计票编号Ｃ ，对选票和计票编号进行 签名ＳＩＧｃ（ｓ ｌ ＩＣ ）＝（ｓ ｌＩ Ｃ ） ｍｏｄｎｃ，然后发给计票人，保存 （ＳＩＧ （ＩＤ ｌ ＪⅣｎ＿ ｌＳ），ＳＩＧｃ（Ｓ Ｉ ｌＣ ），Ｃｎ）并公布ＳＩＧｃ（５ ｌ ｌＧ ） 和Ｃｕ。 ［１］ 段琪，孙淑玲．电子选举研究概况［Ｊ］．计算机应用，１９９８（４）． 一个实用的电子投票方案［Ｊ］．福建电脑，２００７（６）． ［２］ 冯泽涛．３．５计票并公布结果阶段 廖梦婕．安全电子投票的研究【Ｊ］．中国数据通信，２００４ ［３］ 何莉莉，（９）． （１）投票截止后，计票人用签名人Ｓ的公钥对收到的所有 签名选票Ｓ进行解密，得到全部投票人的真实选票 ，对选票 ＲＳＡ在电子无记名投票系统中的应用『Ｊ１．贵州大学学报 ［４］ 赵霖．（自然科学版），１９９７（Ｉ１）． 进行统计，如果选票的填写不满足投票规则的要求则该选票作 废票处理。 （２）统计结束后公布投票结果、弃权投票人的Ⅳ 及废票的 盲签名技术在电子投票表决中的应用研究［Ｄ］． ［５］ 曹红亚，翟文莉．全国计算机网络应用年会论文集．ｈｔｔｐ：／／ｃｐｆｄ．ｃｎｋｉ．ｔｏｍ．ｃｎ／Ａｒｅａ／ ＣＰＦＤＣＯＮＦＡｒｔｉｃｋ“ｓｔ—ＺＧＡＮ２００１００００１—２．ｈｔｍ．２００１． （ＳＩＧｖｉ（ ＩＩ ｌ ｊＪｓ）。 ［６］ 陈航．一个安全电子投票系统的研究与设计［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｃｄｍｄ． ｃｎｋｉ．ＣＯＢ．ｃｎ／Ａｒｔｉｃｌｅ／ＣＤＭＤ—ｌＯ４８７—２ｏ０８０２３２１９．ｈｔｍ． （３）投票人根据计票人公布的ＳＩＧ （ｓ ＩＩ Ｃ ）、Ｃ 计票结 果、弃权票及废票信息判断自己的选票是否被统计。 基于盲签名的在线选举方案［Ｊ］．小型微型 ［７］ 汪保友，杨凤，胡运发．计算机系统，２００２（３）． ４安全性分析 从以上的投票过程可知，所有的信息传递过程都是经过加 ＲＩＣＨＡＲＤ ＳＰＩＬＬＭＡＮ．经典密码学与现代密码学［Ｍ］．叶阮 ［８］ ［美］健，曹英，张长富，译，北京：清华大学出版社，２００５． （责任编辑：杜能钢） Ａ Ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ ＬＡＮ－ｂａｓｅｄ Ｖｏｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖ０ｔｉｎｇ ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ ＬＡＮ－ｂａｓｅｄ ｖｏｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｉｄｅａｓ，ｔｏ ｂｕｉｌｄ Ｏｉｌ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ａ ｂｌｉｎｄ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ—ｂａｓｅｄ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ＬＡＮ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ ｖｏｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｇｒａｍ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｃｕ— ｒｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｖｏｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｈａｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅａｓｙ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ，ｅａｓｙ ｔｏ ｍａｎａｇｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ＬＡＮ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｏｔｉｎｇ；Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ；Ｂｌｉｎｄ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ；Ｓｅｃｕｒｉｔｙ
