Byzantine fault-tolerant vote collection for D-DEMOS, a distributed e-voting system
Authors: Χονδρός Νίκος 
Published: September 2021

Τα συστήματα διαχείρισης εκλογών είναι μια δυναμική τεχνολογία που επιτρέπει την βελτίωση της δημοκρατικής διαδικασίας μέσω της μείωσης του κόστους υλοποίησης εκλογών, της αύξησης της συμμετοχής των ψηφοφόρων και της αμεσότητας παραγωγής αποτελεσμάτων. Επίσης, δίνουν την δυνατότητα στους ψηφοφόρους να επιβεβαιώσουν άμεσα την ορθή λειτουργία ολόκληρης της εκλογικής διαδικασίας. Δυστυχώς, τα υπάρχοντα τέτοια συστήματα είναι σχεδιασμένα με κεντρικά συστατικά, τα οποία και αποτελούν μοναδικά σημεία αποτυχίας. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια διαθεσιμότητας, εμπιστευτικότητας, καθώς και της ακεραιότητας του εκλογικού αποτελέσματος. Σε αυτή τη διατριβή εξετάζουμε την εισαγωγή ανοχής λαθών στα εκλογικά συστήματα, μέσω της εισαγωγής κατανεμημένων συστατικών. Αυτό είναι περίπλοκο γιατί, εκτός από την ακεραιότητα και διαθεσιμότητα, σε ένα εκλογικό σύστημα είναι σημαντικό να διαφυλαχθεί και η εμπιστευτικότητα, απέναντι σε έναν κακόβουλο αντίπαλο. Εστιάζουμε στην φάση συλλογής ψήφων του εκλογικού συστήματος, η οποία είναι ένα κρίσιμο τμήμα της εκλογικής διαδικασίας. Χρησιμοποιούμε το σύγχρονο αλλά κεντρικοποιημένο σύστημα διαχείρισης εκλογών DEMOS σαν βάση για την μελέτη μας. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί κωδικούς που αντιστοιχούν στις δυνατές επιλογές των ψηφοφόρων, μια Αρχή Εκλογών η οποία αρχικοποιεί τις εκλογές, συλλέγει τις ψήφους και παράγει το αποτέλεσμα, και έναν Πίνακα Ανακοινώσεων για την διατήρηση των στοιχείων των εκλογών μακροπρόθεσμα. Εξάγουμε τον μηχανισμό συλλογής ψήφων από την κεντρικοποιημένη Αρχή Εκλογών του αρχικού συστήματος DEMOS, και τον αντικαθιστούμε με ένα κατανεμημένο σύστημα που χειρίζεται την συλλογή ψήφων με ανοχή σε λάθη Βυζαντινού τύπου. Σε αυτή τη διατριβή, παρουσιάζουμε τον σχεδιασμό, ανάλυση ασφάλειας, την ανάπτυξη και αξιολόγηση της πρωτότυπης υλοποίησης αυτού του κατανεμημένου συστατικού συλλογής ψήφων. Παρουσιάζουμε δύο εκδόσεις αυτού του συστατικού: μία πλήρως ασύγχρονη και μία με ελάχιστες υποθέσεις συγχρονισμού αλλά καλύτερη απόδοση. Και οι δύο εκδόσεις παρέχουν άμεση επιβεβαίωση στην ψηφοφόρο ότι η ψήφος της καταχωρήθηκε όπως υποβλήθηκε, χωρίς να απαιτούνται κρυπτογραφικές λειτουργίες από την πλευρά της ψηφοφόρου. Με αυτόν τον τρόπο, η ψηφοφόρος μπορεί να στείλει την ψήφο της χρησιμοποιώντας έναν μη ασφαλή υπολογιστή ή δίκτυο, και να συνεχίσει να είναι εξασφαλισμένη ότι η ψήφος της καταχωρήθηκε σωστά. Για παράδειγμα, μπορεί να ψηφίσει χρησιμοποιώντας έναν δημόσιο υπολογιστή, ή στέλνοντας ένα σύντομο μήνυμα μέσω κινητού τηλεφώνου. Ακόμη και σε αυτές τις περιπτώσεις, η εμπιστευτικότητα της ψήφου διατηρείται στο ακέραιο. Δίνουμε ένα μοντέλο και μια ανάλυση ασφάλειας για τα συστήματα που παρουσιάζουμε. Υλοποιούμε πρωτότυπα από τα πλήρη συστήματα, μετράμε την απόδοσή τους πειραματικά, και επιδεικνύουμε την ικανότητά τους να χειρίζονται εκλογές μεγάλου μεγέθους. Τέλος, παρουσιάζουμε τις διαφορές απόδοσης ανάμεσα στις δύο εκδόσεις του συστήματος.Θεωρούμε ότι τα συστατικά συλλογής ψήφων που παρουσιάζουμε σε αυτή τη διατριβή μπορούν να βρουν εφαρμογή σε οποιοδήποτε σύστημα διαχείρισης εκλογών που στηρίζεται στην τεχνική της εκπροσώπησης των επιλογών στα ψηφοδέλτια με κωδικούς.