[发明专利]一种基于区块链和安全多方计算的公平电子投票协议方法

说明书

本发明公开了一种基于区块链和安全多方计算的公平电子投票协议方法，本发明使用秘密分享、同态加密和同态承诺技术构建了支持在智能合约上公开运行的可验证安全多方计算协议，能够抵抗n‑1合谋攻击，并利用该协议使用区块链自动完成投票、验票、计票等过程，支持匿名的加权n‑of‑m投票活动，完全去除计票中心和监督机构等可信第三方的存在，同时结合节点信任度评价机制，从信誉值、活跃度和自私性多个维度评价参与方的历史行为，并结合押金机制，通过对恶意者进行惩罚解决协议执行的公平性问题。

技术领域

本发明涉及区块链技术和安全电子投票的研究领域，特别涉及一种基于区块链和安全多方计算的公平电子投票协议方法。

背景技术

电子投票能够克服纸质投票的很多弊端，很多国家利用电子投票来进行重大的投票活动。传统的电子投票方案主要有三大类：基于混合网络的电子投票方案、基于环签名和盲签名的电子投票方案、基于全同态加密的电子投票方案。这些方案多少都会存在一些问题，基于环签名和盲签名的方案很多需要假设依靠可信机构和匿名信道；基于混合网络的方案和基于全同态加密的方案存在算法复杂度较高，实用性不强的问题。另外，传统的电子投票方案仍然需要依赖中心化的系统，如授权机构、注册机构或计票机构等，如果这些机构被攻破或腐蚀，则可能导致协议无法继续正常执行，或出现选票隐私泄露的问题。

随着比特币和区块链技术的发展成熟，区块链去中心化的特性让其成为用于构造更加安全可靠的电子投票协议的有效方法之一。有些学者开始利用区块链来构造安全的电子投票协议，但现有的方案仍然存在一些没有解决的问题：1.实用性问题：大多数方案仅能实现二选一、多选一的投票方案，没有能够同时实现加权的多选多形式的投票方案；2.安全性问题：很多方案的解决思路是利用区块链储存加密的选票信息，但仍然依赖第三方机构，如注册中心和授权中心，仍然存在中心化的威胁问题；3.公平性问题：恶意参与者在协议执行的最后阶段违背协议，导致诚实参与者无法得到正确结果而只有恶意参与者能得到结果。大多数是采用押金机制和时间承诺机制，通过提高作恶成本迫使参与者推动协议正确执行，但没有综合考虑参与方的历史行为等信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于区块链和安全多方计算的公平电子投票协议方法，利用安全多方计算协议保证选票和计票的私密性，使用区块链自动完成投票、验票、计票等过程支持匿名的加权多选多投票活动，完全去除计票中心和监督机构等可信第三方的存在，同时结合节点信任度评价机制，解决协议执行的公平性问题。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于区块链和安全多方计算的公平电子投票协议方法，其特征在于，包括以下步骤：

系统建立：建立投票系统，在区块链部署投票系统相关合约，并进行系统参数初始化；

投票身份注册：各个参与方生成各自的加密密钥对和签名密钥对，并各自生成唯一的身份标识，调用区块链上的身份注册合约将公钥和身份标识等信息发布在链上，注册合约对身份信息进行唯一性和有效性验证，验证通过后将用户投票身份持久化在区块链上；

发起投票：投票发起人调用区块链上的投票发布智能合约提交投票活动相关信息，发布投票活动后将投票标识告知参与本次活动的投票参与方；

缴纳押金：各个参与方调用区块链上的押金缴纳合约缴纳押金；

增加计算参与方：管理员根据节点信任度排名选取额外的计算参与方，与指定的投票参与方组成本次投票活动的计算参与方；

生成选票与投票：各投票参与方生成加密选票Ticket_i、选票承诺Commitment_i和选票签名σ_i，调用区块链上的选票提交合约提交选票信息，如下所示：