Network Security (Security Protocols on Electronic Voting)

بنام خدا

رأی گیری الکترونیکی

پروتکل های امنیتی

کوشککیحسن : ارائه دهنده

Email: [email protected]

عناوین

مفاهیم پایه▪

مراحل طرح رأی گیری الکترونیکی ▪

ویژگی های امنیتی سیستم های رأی گیری الکترونیکی▪

انواع پروتکل های رأی گیری الکترونیکی بسته به روش رمزنگاری▪

چند پروتکل مهم و اجرا شده▪

مفاهیم پایه-----------------------------

تعریف رأی گیری الکترونیکی●

در،ونیکیالکترابزارهایازاستفادهمعنیبهالکترونیکیگیریرأی●

آراءشمارشوگیریرأی,دهندگانرأیهویتاحرازفرآیندهای

.باشدمی

عناصر سیستم رأی گیری الکترونیکی●

رأی دهنده●

آراءثبت نام، رأی گیری، شمارش : مراجع برگزاری انتخابات ●

کاندید ها●

مهاجم●

:رأی به محل اخذ بسته E-Votingتقسیم بندی ●

(: ایستگاهی)رای گیری کامپیوتری . 1

.در این نوع رای گیری پردازش ها توسط کامپیوتر انجام می شود

:رای گیری اینترنتی . 2

در این روش مردم از منازل خود به اینترنت وصل می شوند و با ورود

. به سایت مربوطه رای خود را اعالم می کنند

مفاهیم پایه-----------------------------

:SMSرای گیری از طریق . 3

.هر کاربر رای خود را از طریق سرویس پیام کوتاه برای سرور می فرستد

مفاهیم پایه-----------------------------

رأی گیری بدون نظارت رأی گیری تحت نظارت نوع انتخابات

انتخابات پستی حوزه انتخابات انتخابات سنتی

، تلفناینترنت،)انتخابات از راه دور

..(تلفن همراه و

بر کیوسک اطالعاتمبتنی انتخابات الکترونیکی

6

الكترونیكيانتخابات بكارگیريمزایاي

بهبود فرآیند پردازش آرا و تسریع تجزیه و تحلیل نتایج

کاغذیکاهش تقلب و خطاهای مربوط به استفاده از تعرفه های

امکان شمارش آراء سفید

انتخاباتیامکان رای دهی بدون نیاز به حضور در حوزه های

معلولافراد پیر و امکان رای دهی

تشویق جوانان برای مشارکت در انتخابات

نوگرایی در زندگی اجتماعی

ظهور اشکال جدید مشارکت شهروندان

(k,n)آستانهحد:رازتسهیم●

شدنمتعهد●

اعالناتتابلوی●

گمنامکانال●

امنکانال های●

مفاهیم پایه-----------------------------

رازتسهیم. 1

دارسهامnبیندرsمحرمانهمقدارShamirرازتسهیمطرحدر●

حداقلمشارکتوحضورsمحرمانهمقداربازسازیبرایکهمیشودتوزیع

tاستضروریدارسهام(t<= n)

موردانتخاباتفرآیندبرگزاریبرایتنهاییبهکهمرجعیاستممکن●

مقاومزامالبنابراینشودنقصدچاریاباشدبدخواهمیگیردقراراستفاده

.شودجادایکنندهبرگزارنهادچندینبیناعتمادتوزیعبامیتواندبودن

.مقادیر محرمانه بین چندین نهاد توزیع میشود●

مفاهیم پایه-----------------------------

عهد روی محتوا. 2

،ودخنزدآننگهداشتنمحرمانهعیندررااطالعاتبیتیکفرستنده●

آنحتصبررسیومحرمانهبیتافشایامکانکهمیشودمتعهدگیرندهبرای

.باشدداشتهوجودآیندهدر

مشخص،محتواییکرویبرتعهدازاستفادهبامدرن،رمزنگاریدر●

کارآشراآنمناسبزماندرتامیداریمنگهمحرمانهصورتبهرامحتوایی

.سازیم

:اعالناتتابلوی . 3

رایاطالعاتهمهکهاستحافظهدارایعمومیپخشیارتباطیکانالیک●

أیرونهادهاهمهتوسطومیکندذخیرهخودحافظهدرکندمیپخشکه

.استخواندنقابلدهندگان

مفاهیم پایه-----------------------------

:کانال گمنام .4

بین رأی دهنده و کلیه موجودیت ها، بین رأی دهنده و رأی●

:امنکانال های.5

استفادهامنهایکانالازامننامحیطیکدرهاموجودیتتعاملبرای●

.ندکنمیاستفادهامنکانالازالکترونیکیگیریرأی هایطرح،شودمی

باوتاسپنهانمتخاصمعاملدیدازشدهمبادلهاطالعات:خصوصیکانال●

ازیسپیادهعمومیوخصوصیکلیدنگاریرمزهایسیستمازاستفاده

میشود

شنودقابلغیرکانال●

مفاهیم پایه-----------------------------

اعالنبرقرای پروتکل،

لیست رأی دهندگان مجاز، پارامترهای

امنیتی توسط مراجع

آماده / ثبت نام سازی

تائید هویت و تایید اعتبار توسط مراجع

/ رأی گیری انداختن رأی

رأی دهندگان رأی خود را به همراه پارامترهای مورد

نظر ارسال می کنند

وارسیوارسی پارامترهای

رأی دهنندگان و دیگر موجودیت ها

شمارشمرجع، کنترل های

اعتبار سنجی را انجام داده، آرا را به منظور محاسبه و انتشار نتایج

پردازش می کند

مراحل طرح رأی گیری الکترونیکی-----------------------------

ویژگي هاي تي امنیهاي ستم سییري رأي گ

يالكترونیك

ویژگی‌های‌سیستم‌های‌‌رأی‌گیری‌‌الکترونیکی

مجاز‌‌بودن

یکتایی

حریم‌‌خصوصی

تمامیت

صحت

اختفاء

انصافعدم‌‌اختالل

نگیمحرما

بدون‌‌رسید‌‌بودن

مقابله‌با‌تحمیل

مقیاس‌‌پذیری

قابلیت‌‌پیاده‌‌سازی

در سیستم های رأی گیری الکترونیکیتهدیدات رایج

-----------------------------

●Outsiders

●Programmers

●Election officials

●Candidates and parties

●Employers, organizations, spouses, …

●Voters

●Hardware Designers

●…

( Sniffing attacks)حمالت شنودي. 1

اینو در طی می کندرا طی مسیریدیتاکه می دهدحمله زمانی رخ این●

.می گردندذخیرهبرداشته شده و داده هامسیر

: Dictionary attacks 2 .

.می باشد passwordحمالت مربوط به ●

حمله اینرمز شده امکان passwordبا استفاده از: راه حل قابل انجام●.مییابدکاهش بسیار

رأی گیری الکترونیکیسیستم هایحمالت رایج در

-----------------------------

3 .Broute Force Attacks

را اده تاندکلیداینوسیلهدارد که شما به کلیدیکهر برنامه رمز گذاری

را مورد امتحان قرار کلیداینتمام احتماالت Brute force. می کنیمرمز

.می دهد

یاد و قوی داشته باشرمزگذاریزمانی که برنامه ما : راه حل قابل انجام●

تیجهنبه نمی تواندحمله اینطوالنی استفاده گردد رمزگذاریکلیداز

.برسد

رأی گیری الکترونیکیسیستم هایتهدیدات رایج در

-----------------------------

A Brief History of Cryptography

Julius Ceasar (100-44 BC)

In the beginning, there was symmetric encryption.

Message: ATTACK AT DAWN



Message: ATTACK AT DAWN

Key: +3

Ciphertext:

↓↓↓↓↓↓ ↓↓ ↓↓↓↓

DWWDFN DW GDZQ

If you had the key, you could encrypt…

DWWDFN DW GDZQ



Ciphertext: DWWDFN DW GDZQ

Key: -3

Message:

↓↓↓↓↓↓ ↓↓ ↓↓↓↓

ATTACK AT DAWN

If you had the key, you could decrypt…

DWWDFN DW GDZQ



If you had the key, you could decrypt…

DWWDFN DW GDZQ

Symmetric Encryption:

Encryption and Decryption use the same key


Symmetric Encryption:

Encryption and Decryption use the same key

Vigenere EnigmaClaude Shannon andInformation Theory

1900-1950


Asymmetric Encryption

Merkle, Hellman and Diffie (1976) Shamir, Rivest and Adleman (1978)

Encryption uses a public key, Decryption uses the secret key

(1970s)


Asymmetric Encryption:

The Foundation of E-Commerce

پروتکل های رأی گیری الکترونیکیمدل هاي رمزنگاري در

-----------------------------

(Mix-Net)نت –های رأی گیری مبتنی بر میکس پروتکل ●

همریختیهای رأی گیری مبتنی بر رمزنگاری پروتکل ●

(Homomorphic Encryption)

(Blind Signature)کورهای رأی گیری مبتنی بر امضای پروتکل ●

.اولین کارگزار آرا را به صورت رمز شده دریافت می کند●

.آخرین کارگزار آرا را می بیند●

در صورتی که یک کارگزار کار خود را انجام ندهد، نمی توان به رأی ●.دسترسی داشت

رمز گشا( Mix-Net)نت –مدل میكس -----------------------------

.اولین کارگزار آرا را به صورت رمز شده دریافت می کند●

.ندآخرین کارگزار آرا را به صورت رمز شده به مرکز شمارش ارسال می ک●

.در صورتی که کارگزاری کار خود را انجام ندهد مشکی پیش نمی آید●

.حداقل یک کارگزار درستکار، گمنامی را ارضاء می کند●

رمزگذار مجدد( Mix-Net)نت –مدل میكس -----------------------------

(Mix-Net)نت –مدل میكس -----------------------------

:Mix-Netویژگی های

حفظ محرمانگی رای دهندگان در حین ثبت رای●

استفاده از کانال گمنام●

ترکیبی از عملیات رمزنگاری و جایگشت طی چند مرحله●

توزیع و نگهداری کلیدهای سرور, عدم نیاز به تولید کلید ●

(اضافه و نگهداری سرورها,حذف)پیکربندی مجدد سریع●

رازاز تسهیم استفاده ●

کارایی باال ●

:RSAالگوریتمکور در امضای ●

مدل امضاي چشم بسته-----------------------------

.امضا کننده بدون اطالع از محتوای پیام آنرا امضا می کند●

.به منظور حفظ گمنامی در سیستم های رای گیری الکترونیکی●

.امضای کور به همراه کانال گمنام حداکثر محرمانگی را فراهم می کند●

:مراحل امضا●

کورسازی. 1

امضای متن کورشده. 2

حذف کورسازی. 3

SignerUser

m’

S’

RSAکور در الگوریتم امضای ●

مدل امضاي چشم بسته-----------------------------

m’ = mRe

mod n

s = s’R-1

mod n

s’ = (m’)d

mod n

:یک طرح رمزنگاری همریخت است اگر شرط زیر برقرار باشد●

:دو نوع همریختی داریم●

همریختی ضربی●

همریختی جمعی●

این مدل برای پروتکل هایی که مجوع آرا به صورت رمز شده اعالم ●.می شود به کار می رود

مدل رمزنگاري همریختي-----------------------------

𝐸(𝑚1 ⊗ 𝐸(𝑚2 = 𝐸(𝑚1 ⊕ 𝑚2

ده یا

ت پلی

قابی

ازس

ییر

پذس

یامق

لهقاب

مبا ل

میح

تد

سین ر

دوب

نود

ب

یار

پای

فصا

ان

تح

ص

ییر

پذرنا

کاان

ت لی

قابی

ینازب

ب

صصو

خیم

حر

نود

ز بجا

م

میکس‌نت

رمزنگاری‌‌همریخت

امضای‌کور

ی‌به‌صورت‌شخصبرآورده‌کردن

شرطیبه‌صورتبرآورده‌کردن

برآورده‌نکردن کردنبرآورده

مقایسه بین روش هاي رمزگذاري

پروتکل های رأی گیری الکترونیکیمدل هاي رمزنگاري در

-----------------------------

شدهچند پروتكل مهم و اجرا -----------------------------

Civitasپروتکل

:پروتکلمراحل

خالیاعالناتتابلویورأیبرگه هایتولید:انتخاباتبرپایی●

عمومیوخصوصیاعتبارنامه:دهندگانرأینامثبت●

بخشوشمارشگرانعمومیکلیدبارانظرموردگزینهدهندهرأی:گیریرأی●

عبهجبهوکندمیرمزکاندیدهاعمومیکلیدباراخودنامهاعتبارخصوصی

.کندمیارسالمحلیهای

تساویآزمونباتکرارحذف-3آرااعتبار-2دادهبازیابی-1:شمارش●

-6جعلیآراحذف-5نتمیکسازاستفادهبا:سازیگمنام-4اصلیمتن

رمزگشایی

Michael ClarksonCornell University

رأی‌دهنده

ثبت نام کننده

شمارنده‌آرا



تابلوی‌اعالنات‌‌عمومی

ثبت نام کنندهثبت نام کنندهثبت‌نام‌کننده

ثبت نام کنندهثبت نام کنندهجعبه‌رأی‌محلی

اهدای گواهی نامه

Civitas Architecture

Clarkson: Civitas 34

Registration

voter

client

registration

tellerregistration

tellerregistration

teller

bulletin

board

tabulation teller

tabulation teller

tabulation teller

ballot boxballot box

ballot box

Voter retrieves credential share from each registration teller;combines to form credential


Registration

credential share

credential


Voting

voter

client


ballot box

bulletin

board

tabulation teller

tabulation teller

tabulation teller

registration

tellerregistration

tellerregistration

teller

Voter submits copy of encrypted choice and credential (plus proofs) to each ballot box


Tabulation

bulletin

board

tabulation teller

tabulation teller

tabulation teller

voter

client

registration

tellerregistration

tellerregistration

teller


ballot box

Tellers retrieve votes from ballot boxes


Tabulation

bulletin

board

tabulation teller

tabulation teller

tabulation teller

voter

client

registration

tellerregistration

tellerregistration

teller


ballot box

Tabulation tellers anonymize votes with mix network [Chaum 1981]


Mix Network


Tabulation

bulletin

board

tabulation teller

tabulation teller

tabulation teller

voter

client

registration

tellerregistration

tellerregistration

teller


ballot box

Tellers eliminate unauthorized credentials;decrypt remaining choices;

post proofs

SENSUS پروتكل

شدهچند پروتكل مهم و اجرا -----------------------------

:پروتکلمراحل

ندهندگارایبرایکلیدجفتیکتولید:دهندگانرأینامثبت●

میرمزTallierعمومیکلیدبارانظرموردگزینهدهندهرأی:گیریرأی●

ارسالValidatorبهوکندمیامضاخودخصوصیکلیدبامجدداراپیاموکند

.فرستدمیTallierبهراپیامValidatorسپسکندمی

●Validatorکندمیتاییدآنهامحتوایازآگاهیبدونرارایهایبرگه.

●Tallierنکهایبدون,بیندمیرانتایجگزارشومعتبررایهایبرگهتعداد

.انددادهرایکیبهدهندگانرایبداند

کورامضایازاستفاده●

Voter’s

Private Key

Tallier’s

Public Key

Voter’s

Public Key

Tallier’s

Private Key

Voter

Tallier

Validator

SENSUS Protocol (Lorrie Cranor)

SENSUS Protocol (Lorrie Cranor)

و Tallierدر روش قبل ناظری بر انتخابات وجود ندارد به همین دلیل ●

Validator نندحریم خصوصی رای دهنده را نقض ک, می توانند با تبانی.

مورد اعتماد رای دهنده ( Pollester)برای رفع این مشکل از یک ناظر ●

.استفاده می کنیم

چند پروتكل مهم و اجرا شده-----------------------------

Validator Pollster Tallier

• blinded,

sealed ballot

• ID number

• signature

1

The Sensus Polling Protocol


1

• signed,

blinded,

sealed ballot

2


SOURCE: LORRIE CRANOR


1

2

• sealed ballot,

signed by

validator

3




1

3

2

• sealed ballot,

signed by

tallier

• receipt #

4




1

4

3

2

• receipt #

• key to unseal

ballot

5




1

4

3

2

5



THANK YOU!

Network Security (Security Protocols on Electronic Voting)

Software