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Contribution Details

Type Master's Thesis
Scope Discipline-based scholarship
Title Cast-as-Intended Verifiability in Blockchain-based Electronic Voting for Swiss National Elections
Organization Unit
Authors
  • Raphael Matile
Supervisors
  • Bruno Bastos Rodrigues
  • Eder John Scheid
Language
  • English
Institution University of Zurich
Faculty Faculty of Business, Economics and Informatics
Date 2018
Abstract Text Democracy in the digital age has attracted a lot of public attention in recent years. Its fundamental principle of participating in electoral processes is not an exception. However, transforming analogue procedures to their digital counterparts often require specifi c concepts, such as cryptography, on which enabling technologies are built. Indeed, cryptographic research has a long history of designing secure electronic voting systems. However, bringing the human right of secrecy in voting to electronic systems is dificult. Other properties, such as the possibility of verifying universally that any vote counted was indeed the decision made by a voter, are often conflicting and a trade-off must be found. With the recent distrust in free and secure elections in the United States of America, it has become even more important to guarantee the integrity of any election. With the raise of public interest in blockchains, research around distributed systems and consensus algorithms have found a new fi eld of application: Bringing secure electronic voting to decentralised systems. Switzerland with its federal political structure is a perfect fi t for implementing an electronic voting system where trust is distributed among multiple authorities. Together, cantons and even municipalities can build a decentralised network running the election software, avoiding a central entity which needs to be trusted. Thus, this thesis proposes the fi rst blockchain-based electronic voting system providing cast-as-intended verifi ability. By using a non-interactive zero-knowledge proof of knowledge, any voter can verify that his or her encrypted vote represents the chosen decision while still maintaining the secrecy of the ballot. In addition, any required cryptographic material can be generated in linear time to the number of voters, making the outlined system suitable even for large scale elections. As the presented prototype is not yet fully end-to-end verifi able, extensions to the current protocol can provide these features in the future.
Zusammenfassung Die Transformation der Demokratie in das digitale Zeitalter beschäftigt die Forschung seit geraumer Zeit. Ihre zentrale Stütze, die politische Partizipation des Elektorats in wiederkehrenden Abstimmungen, ist da keine Ausnahme. Die Kryptographie erforscht daher verschiedenste Ansätze zur sicheren elektronischen Abstimmung. Jedoch ist das in den Allgemeinen Menschenrechten garantierte Recht auf vertrauliche Wahlen keine Selbstverständlichkeit und auf dem elektronischen Weg nicht einfach umzusetzen. Weitere Bedürfnisse, wie die universelle Veri fizierbarkeit einer jeden abgegebenen Stimme, sind oft von gegensätzlicher Natur. Nicht nur mit dem gestiegenen Misstrauen gegenüber freien und sicheren Abstimmungen durch die aufgetauchten Unregelmässigkeiten während den letzten präsidialen Wahlen in den Vereinigten Staaten von Amerika ist es von zentraler Bedeutung, die Integrität des Abstimmungsresultats sicherzustellen. Verteilte Systeme und ihre Konsensfi ndung haben daher mit dem entstandenen öff entlichen Interesse an Blockchains ein neues Forschungsgebiet gefunden: die Zusammenführung von elektronischen Abstimmungen auf verteilten Systemen. Das föderalistische politische System der Schweiz bildet eine solche dezentralisierte Topologie und eignet sich daher hervorragend für ein elektronisches Abstimmungssystem, das seine Aufgaben über mehrere Autoritäten verteilt. Zusammen können Kantone sowie Gemeinden ein dezentralisiertes Netzwerk bilden, auf welchem die Abstimmungssoftware ausgeführt wird. Eine zentrale Entität wird so nicht benötigt. Daher schlägt diese Arbeit zum ersten Mal ein Blockchain-basiertes elektronisches Abstimmungssystem vor, welches jedem Stimmberechtigten erlaubt, die verschlüsselte Repräsentation seiner Stimme mithilfe eines kenntnisfreien Beweises auf ihre Gültigkeit zu verifi zieren, ohne gleichzeitig das Wahlgeheimnis zu beeinträchtigen. Durch das lineare Verhalten der dazu benötigten kryptografi schen Verfahren eignet sich das vorgestellte Protokoll auch fur nationale Wahlen. Jedoch ist es noch nicht vollständig Ende-zu-Ende verifi zierbar. Protokollerweiterungen können die dazu erforderlichen Schritte jederzeit nachliefern.
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