В криптографии протоколы тайного голосования — протоколы обмена данными для реализации безопасного тайного электронного голосования через интернет при помощи компьютеров, телефонов или других специальных вычислительных машин. Это направление криптографии всё ещё развивается, но уже применяется на практике.

Многие страны мира, в том числе и Россия, уже внедряют электронные голосования на муниципальном уровне и выше. Для уверенности в правильности, надёжности и конфиденциальности таких выборов и используют протоколы с доказанной защищённостью, которые опираются на проверенные криптографические системы, вроде асимметричного шифрования и электронной подписи. Кроме того, им нужна готовая материальная и юридическая база. Слияние всех этих факторов образует непосредственный инструмент электронной демократии.

Обзор

Предпосылки создания В связи с бурным развитием компьютерных сетей возникает естественное «оцифровывание» различных областей жизни, например, возникновение электронных валют. Аналогичным образом появилось цифровое голосование, основной инструмент электронной демократии. Долгое время механические средства служили в голосованиях заменой обыкновенным бюллетеням или отвечали только за автоматический подсчёт бумажных бюллетеней. Основную работу по проверке голосующих и учёту голосов проводили другие люди. При такой системе отсутствовала надобность в описанных ниже протоколах. Однако, в последние годы, благодаря развитию интернета, голосования становятся полностью автоматизированными. У удалённого голосования много плюсов. Предполагается, что они удобнее для конечных пользователей, ведь люди могут голосовать не выходя из дома, от этого повышается активность избирателей. Поддержание электронного голосования обходится дешевле: вместо постоянной печати бюллетеней достаточно однократно разработать систему. Кроме того, из предположения, что никто не может вмешиваться в программу на устройстве для голосования, вытекает что электронное голосование менее подвержено коррупции, влиянию административного давления и человеческого фактора.

Однако, при этом возникает ряд специфических проблем, препятствующих честности выборов. Например, при электронных выборах в Нидерландах и во Франции возникли сомнения в истинности результатов, полученных с помощью машин. Дистанционно намного сложнее авторизовать избирателя или удостовериться, что на ход голосования никто не повлиял. С другой стороны, интернет предоставляет больше возможностей для проверки рядовыми избирателями, правильно ли учтён голос. В настоящее время электронные голосования полностью легальны или частично применимы во многих странах мира. Так как в них вовлекается всё больше людей, усиливается необходимость в более безопасных и эффективных методах их проведения, для чего и призваны специальные криптографические протоколы.

Опыты регламентации и реализации Ключевым элементом регламентации электронного голосования является закрепление его возможности в конституции государства. Такие статьи имеют конституции США, Швейцарии, Эстонии, Великобритании и некоторых других стран. Есть группа стран, в которую входят, например, Финляндия, Германия и Россия, которые имеют опыт в проведении подобных выборов, но ещё не ввели их полную регламентацию в законодательство. Разумеется, это не единственное бюрократическое препятствие. Также требуются спецификации на технику, с помощью которой голосование проводится, способы проверки честности результатов, протоколы в случае срыва голосования и создание самой технической базы. На основе этих параметров можно вычислить индекс готовности страны к введению цифрового голосования (и конкретного его протокола).

Первой страной, которая реализовала легальные общенациональные выборы через интернет, стала Эстония, за ней последовали Нидерланды и Швейцария. В России протоколы тайного электронного голосования применялись пока что только на экспериментальном уровне (например, на форуме Селигер-2009), но в ЦИК была высказана инициатива о развитии электронного голосования, в частности, в интересах граждан РФ за рубежом.

Текущее состояние дел Как бы то ни было, ни в одном законодательстве не закреплён сам протокол голосования. Так сделано по многим причинам, начиная от оставшегося недоверия к электронным методам голосования, заканчивая более лёгким переходом с текущего способа проведения на более эффективный. Прогресс техники позволил задуматься о голосовании через интернет только , поэтому данный раздел криптографии всё ещё развивается. По нему нет общепризнанных книг, и ни один протокол ещё не получил подавляющую поддержку специалистов. Проблема осложняется тем, что организации, обладающие опытом внедрения этих систем, предпочитают не публиковать подробные отчёты, описывающие систему, и проблемы, возникшие при её введении.

Сейчас для простых опросов или голосований внутри малых групп применяется тривиальный алгоритм. В случае, когда агент, подсчитывающий голоса, не имеет особой причины вести махинации, этот протокол является оптимальным вариантом. На выборах государственного уровня наиболее распространены модификации протокола Фудзиоки — Окамото — Оты. Именно он показал наилучшие результаты на экспериментальных выборах и создал положительный международный прецедент надёжного проведения выборов через интернет. Для него и некоторых его модификаций существуют доступные для использования частными лицами программы и электронные средства голосования. Кроме того многие научные статьи, описывающие новые протоколы тайного голосования, берут за основу именно его. Возможно, благодаря развитию техники и понижению цены на высокопроизводительные системы в ближайшем будущем появятся прецеденты использования протокола Хэ — Су. Хотя он уже имеет свои модификации, на практике этот протокол был применён только в студенческих экспериментальных выборах. То же самое можно сказать и про протокол ANDOS. Хотя авторы многих статей утверждают, что его можно эффективно реализовать, были только прецеденты его использования на местных выборах. Остальные протоколы представлены как переходные от простых к сложным или возможные модификации для достижения дополнительных целей.

Требования к системам тайного голосования Обязательные: никто, кроме голосующего, не должен знать его выбор; только легитимные участники могут проголосовать, и притом только один раз; решение голосующего не может быть тайно или явно кем-либо изменено (кроме, возможно, как им самим). Желательные: каждый легитимный участник может проверить, правильно ли зачтён его голос; каждый легитимный участник может передумать и изменить свой выбор в течение определённого периода времени; система должна быть защищена от продажи голосов избирателямиПредполагается, что это бессмысленно, если нельзя удостовериться, как проголосовал продавец: он мог согласиться на сделку, а проголосовать за кого угодно. Это условие плохо совместимо, но не обязательно противоречит возможности проверки, правильно ли зачтён голос. Также возможность изменить голос в течение некоторого времени нейтрализует угрозу подкупа избирателей.; в случае, если голос зачтён неправильно, каждый легитимный участник может сообщить об этом системе, не раскрывая своей анонимностиАнонимность не исключает главного требования, что только избиратель знает свой голос (и, соответственно, только он сам может указать, что тот был неправильно зачтён). Существуют схемы, когда избиратели контролируют друг друга, при этом не зная, за голосами кого они наблюдают.; невозможно отследить, откуда дистанционно проголосовал избиратель; аутентификация оператора; можно узнать, кто принимал участие в голосовании, а кто нет; поддержание системы не должно требовать много ресурсов; система должна быть отказоустойчива в случае технических неисправностей (потеря электропитания), непреднамеренных (потеря избирателем ключа) и злоумышленных (намеренная выдача себя за другого избирателя, DoS/DDoS) атак.

Дело осложняется не только тем, что участники голосования и проводящее его агентство имеют основания не доверять друг другу, но и тем, что сам процесс голосования нужно защищать от вмешательства извне. Если провести аналогию с выборами президента, то избиратели должны защититься от вбросов бюллетеней со стороны избирательного комитета, ЦИК обязан обеспечить невозможность продажи голосов гражданами, и все вместе должны не допустить вмешательства агентов других стран.

Некоторые требования противоречат друг другу. Например, возможность проверки, как проголосовал тот или иной избиратель (даже им самим), предоставляет возможность для продажи голосов, а дополнительные уровни защиты снижают отказоустойчивость и экономичность. Обычно предполагается, что защита от жульничества со стороны агентства, занимающегося выборами, приоритетнее, чем предотвращение продажи голосов. Во-первых, она наносит значительно больше вреда, а во-вторых, даже если протокол гарантирует невозможность доказать стороннему лицу, за кого отдан голос, избиратель может найти обходные пути. Например, попросту проголосовать прямо перед скупщиком. Тем не менее, защита от вмешательства со стороны приоритетнее, чем всё остальное.

Простой протокол тайного цифрового голосования Простой алгоритм электронного голосования по сути представляет собой переписку с электронными подписями между избирательным комитетом и множеством избирателей. Пусть здесь и далее: А — агентство, проводящее электронное голосование (), E — избиратель, легитимный участник голосования (), B — цифровой бюллетень. B может содержать число, имя кандидата, развёрнутый текст или какие-либо другие данные, сообщающие о выборе E, верифицирующие его или необходимые для усиления безопасности протокола. Ход голосования выглядит так:

Алгоритм Шаг 1. А выкладывает списки возможных избирателей. Шаг 2. Пользователи, в числе которых и E, сообщают о желании участвовать в голосовании. Шаг 3. А выкладывает списки легитимных избирателей. Шаги 1-3 обязательны. Основная цель — определение и объявление числа активных участников n. Хотя некоторые из них могут не участвовать, а некоторые - и вовсе не существовать («мёртвые души», злонамеренно внесённые A), возможность манипулирования голосованием у A заметно снижена. В дальнейшем эти шаги будут считаться за один шаг «утвердить списки». Шаг 4. А создаёт открытый и закрытый ключ и и выкладывает в общий доступ . Кто угодно может зашифровать сообщение при помощи , но расшифровать его сможет только А. Шаг 5. E создаёт собственные публичный и приватный ключи ЭЦП и , затем публикует открытый ключ. Кто угодно может проверить документ E, но подписать его — только сам избиратель. Этот шаг пропускается, если A уже знает электронные подписи избирателей (например, они были сгенерированы при регистрации в системе). формирует сообщение B, где тем или иным способом выражает свою волю подписывает сообщение личным закрытым ключом шифрует сообщение открытым ключом отправляет шифрованное сообщение A Шаг 6. A собирает сообщения расшифровывает их при помощи лежащего в открытом доступе подсчитывает их и публикует результаты

Особенности, преимущества и недостатки Этот протокол чрезвычайно прост, тем не менее, его достаточно, чтобы защититься от внешнего вмешательства, подделки голосов и дискредитации легитимных избирателей. Однако голосующим приходится абсолютно доверять A, ведь его работа никем не контролируется. С одной стороны, E может предоставить злоумышленнику-покупателю голосов доказательство, как он проголосовал, а с другой — не может проверить, что A правильно учёл или даже получил его бюллетень. Поэтому тривиальный метод применим только в сообществах, где все доверяют друг другу и агентству, отвечающему за подсчёт голосов.

Протокол двух агентств