把投票移到网上，可以使投票过程更舒适、更灵活、更容易被更多的人接受。然而，目前的电子投票系统也容易受到数据泄露和投票结果操纵的影响。
区块链可以帮助解决这些风险。这项技术有可能增强选民个人数据的安全性，提高投票过程的透明度，并使验证选举结果变得更容易。
在本文中，我们将讨论使用区块链技术进行投票的主要优缺点。我们还列出了在开发基于区块链的投票解决方案时需要牢记的方面。
作者：
玛丽亚Yatsenko,
市场研究专家
内容:
Сhallenges的现代电子投票系统
网上投票是今天的现实。世界上许多国家，包括几个州我们，巴西，印度,爱沙尼亚他们已经允许公民使用投票机甚至通过互联网投票。
然而，也有一些人不支持实施网上投票。一些研究人员表达了他们的担忧关于网上投票存在较高的欺诈、假冒和违反选票保密的风险。其他人强调网络安全风险的增加与传统方法相比，在线投票带来的影响。
总的来说，在实施在线投票系统时，有四个基本的挑战需要解决:
- 安全
- 选民身份验证
- 可访问性
- 匿名选民
让我们仔细研究每一个挑战。
安全
网上投票系统可能有多个弱点。网络安全风险可能来自系统本身、其部署的认证机制、选民使用的移动设备以及负责保护存储和传输数据的机制。
例如，在2017年，研究人员发现了加密机制中的一个缺陷用来保护爱沙尼亚国民身份证系统的安全，这可能导致76万人的个人数据遭到泄露。
2020，麻省理工学院（MIT）和密歇根大学的研究人员分析了OmniBallot平台[PDF]在美国的几个州，该网站被批准用于网上投票。他们发现，这个平台可以通过损害选民的移动设备或第三方数据存储服务来操纵。
选民身份验证
选民身份验证是任何投票系统的重要组成部分。在验证选民身份时，投票系统必须确保选民:
- 正是他们所声称的
- 有投票权吗
- 没有投票已经
如果没有对选民进行身份验证，系统将无法防止双重投票、选民模拟和其他选举操纵。
在传统的投票系统中，选民身份通常由投票站工作人员手动验证。然而，在线投票系统应该依赖数字身份验证机制。
目前，一个人的身份可以根据其：
- 数字身份证
- 个人安全密钥
- 验证了移动设备
- 生物识别技术
例如，巴西开始利用选民的指纹来验证身份早在2012年。在爱沙尼亚，大约三分之一的选票是在网上投的，选民是通过身份验证的加密政府身份证或者个人智能手机。在美国，一些互联网投票供应商使用人脸识别系统对用户进行身份验证。
然而，在这些情况下使用的技术并不是100%没有错误的。有缺陷的加密算法威胁着投票数据的安全。如果一个人的生物特征没有被正确处理，一个合格的选民可能就没有机会投票。
可访问性
数字投票可能是解决投票站实际可达性问题的正确答案。特别是，如果改用网上投票，身体残疾和农村选民的投票率将会提高。选票和选民指示的在线翻译也有助于克服语言障碍。
与此同时，完全转向数字投票可能会阻止某些人口、种族或收入水平的人参与选举过程。例如，任何在线投票系统都需要稳定的互联网连接，而这在某些地区可能是不可用的。
用于身份验证的移动设备通常是必须满足某些技术要求的智能手机。因此，拥有技术不那么先进的设备的人将不能使用它作为身份验证工具。即使在美国，超过80%的人拥有智能手机，也有一个智能手机用户的差异很大基于年龄，性别和收入水平。
还有，现代的人脸识别系统有更高的错误率在处理少数族裔面孔和白人面孔的图像时。如果识别错误，可能会阻止被识别错误的选民参加选举。
匿名选民
当涉及到任何州级选举和公民投票时，选民的匿名性或者不可链接是一个基本要求。匿名是为了防止有人试图影响选民的决定。
然而，与传统的离线投票方法相比，满足这一要求对数字投票系统来说更具挑战性。在数字投票系统中，很难确保没有人可以在提供投票的同时将特定的选票链接到特定的人端到端(e2e)可验证性并确保所有选票都被正确登记和清点。
为解决网上匿名投票问题提供的一些机制包括选民不可抵赖性和基于环签名方法。后者是研究人员为区块链投票系统建议的关键方法之一。
事实上，区块链可能是解决上述大多数问题的正确技术。在下一节中，我们将讨论区块链投票系统的主要优点和缺点。
加强网上投票与区块链
区块链可用于增强不同的电子投票系统:
当然，最严格的要求将是在全国选举和公投中使用的系统，选民的匿名性是必须的。其他解决方案可能不需要对选民的选择保密，因此更容易实施。
区块链可以帮助你实现几个目标，当建立一个电子投票解决方案:
- 安全地存储数据
- 可靠地验证身份
- 投票
目前基于区块链的投票系统开发概念主要利用该技术安全数据存储．例如，在2020年，泰国民主党举行了选举其新领导人使用Zcoin区块链作为存储加密数据的数据库，其中包含选民身份证明文件和选票记录。同年，美国几个州的共和党和民主党使用了Voatz应用程序在他们的州大会上．该应用程序依赖于超分类账结构区块链创建不可变的选票轨迹。
在瑞士，楚格的地方当局使用Ethereum-based uPort解决方案作为电子政府授权服务．在uPort注册的公民可以使用该服务作为第三方授权工具，访问各种在线政府服务，包括电子投票。
基于区块链的解决方案也被广泛应用于选举和非政府投票。特别是在2018年，入选摇滚名人堂的人被选定使用基于区块链的移动投票系统Votem[PDF]。该平台可以验证选民的身份，为缺席投票请求提供便利，以及安全地投票．
区块链确实提供了一些有希望的好处，并为电子投票打开了新的机会。让我们进一步了解基于区块链的投票系统的关键优势。
基于区块链的电子投票的优点
作为分布式账本，区块链为电子投票系统提供了几个关键优势:
- 抵抗网络攻击
- 不可变的数据记录
- 透明的交易历史
- 匿名选民
区块链分布在多个节点之间，因此没有单点故障。因此，基于区块链的选举系统更有可能抗拒绝服务，数据库删除和其他网络攻击．
区块链技术背后的核心思想是数据不变性：一旦在区块链上创建了记录，它就会链接到上一个和下一个区块。在不留下痕迹的情况下对特定记录进行任何更改是不可能的，这消除了篡改投票结果的风险．
存储在区块链上的交易记录不能更改，任何网络参与者都可以访问这些记录。因此，与其他数字投票解决方案相比，基于区块链的投票平台不仅更安全，而且更安全更容易审核和核实选举结果．
区块链系统可以使用多因素身份验证(MFA)等标准方法对选民进行身份验证。为了保证选民的匿名性，可以采用前面提到的环形签名方法。使用这种方法，一组区块链用户使用他们的私钥进行身份验证，并联合成一个小圈，或一个“环”。虽然在一个特定的圆环内投出的选票可以与那个圆环相关联，无法将特定投票与特定选民联系起来．
此外，基于区块链的解决方案可以提高计票速度，通过减少人为干预投票过程，降低人为错误和欺诈的风险。
然而，除了区块链在投票方面的潜在优势之外，这种技术的使用还伴随着一些令人不安的问题。让我们仔细看看。
区块链电子投票的缺点
关于区块链功能的投票系统的主要问题包括:
- 对软件和设备的依赖
- 选民资格的风险
- 缺乏公众信任
与许多数字解决方案一样，基于区块链的投票系统仍然依赖于选民使用的软件和设备。黑客可能利用软件或设备缺陷窃取选民的数据或信息在他们的投票被记录在区块链之前修改他们的投票．
此外，投票人可能被取消资格由于错误而被阻止参加选举。例如，基于区块链的投票系统的大多数当前概念都依赖私钥作为投票真实性验证措施。但是，私钥是不可保存的，因此如果选民丢失私钥，他们将无法投票。
最后,缺乏明确的国家级法规因为基于区块链的解决方案为此类系统的开发人员和用户带来了额外的担忧和不安全。建立统一的指导方针和标准将更容易建立安全、公正、表现良好的基于区块链的投票平台，从而获得公众的信任。
然而，随着政府致力于新的区块链立法开发人员逐步推进区块链解决方案，有机会解决这些问题。
现在让我们概述一下在设计您自己的基于区块链的投票解决方案时需要记住的关键点。
构建基于区块链的电子投票解决方案:关键方面
如何用区块链构建一个数字投票系统?首先，您需要确定区块链作为投票解决方案的一部分的目的是什么。
根据手头的任务，您的重点可能从在区块链上安全记录投票到使用智能合约进行实际投票．在开发基于区块链的电子投票系统时，您需要做出以下几个关键选择:
- 使用什么类型的区块链网络?
- 要实现什么共识算法?
- 要启用哪些集成?
- 如何保持所需的匿名级别？
让我们试着回答每一个问题。
1.使用什么类型的区块链网络?
区块链网络架构有三种常见类型:
当谈到区块链网络的架构时，有几个方面可能会影响您的选择:
- 水平的权力下放
- 信息宣传
- 交易费用
当只需要部分分散时，许可网络更可取。为了实现最大可能的权力下放，公共无许可区块链将更合适。
在公共网络中，所有的交易信息对每个人都是可用的，因此你可以实时监控选举的进展。但是，如果您希望能够管理哪些数据可以被普通公众看到，您最好使用专用区块链网络。
最后，所有公共区块链网络都需要交易费(主要是作为对抗拒绝服务攻击的安全措施)。虽然有一些机制可以使公共网络中的交易对用户免费，但在私有区块链网络中配置免费交易要容易得多。
2.要实现什么共识算法？
共识算法负责在区块链范围内达到单一的真相来源，可以是竞争性的，也可以是非竞争性的。
在第一个区块链模型中，竞争共识算法得到了广泛的应用。虽然它们可以成功地实现其主要目标——在节点之间达成协议——但它们可能倾向于加倍支付。
竞争算法的真实示例：作为一个基于以太坊的解决方案，uPort依赖于利害关系一致证明算法．
另一方面，非竞争性共识算法允许在可信网络中一次只处理一个协议。然而，由于依赖此类算法的网络通常由少量节点组成，因此它们比没有单点故障的大型分布式账本更容易受到攻击。
非竞争性算法的真实例子:Voatz基于区块链的投票解决方案是否依赖于非竞争性实用拜占庭容错(PBFT)共识的算法。
3.要启用哪些集成机会?
虽然区块链在投票过程中有很好的应用潜力，但它不会完全取代其他投票方法。目前，数字投票解决方案最有可能与传统的离线投票结合使用。
如前所述，您可以利用区块链技术对选民进行身份验证、投票并安全地存储身份验证和投票数据。因此，基于区块链的解决方案可能需要能够与:
- 第三方身份验证服务
- 在线投票系统
- 存储其他系统投票的数据库
根据您的应用程序中使用区块链技术的程度，您需要为这三个选项中的每一个计划不同的集成场景。
此外，在使用基于区块链的系统和其他电子或离线投票方法时，确保用户不能通过不同渠道多次投票至关重要。
4.如何保持所需的匿名级别？
默认情况下，区块链交易是公开的，因此任何用户都可以访问交易详细信息。然而，在线选举通常需要确保选票完全保密。因此，在构建基于区块链的电子投票系统时，有必要消除将特定投票链接到特定用户的可能性。唯一的例外是不需要匿名投票的情况，例如在议会投票或利益相关者投票时。
目前许多基于区块链的投票系统依赖于非交互式零知识(NIZK)作为在选票保密性和投票结果可验证性之间实现适当平衡的措施的论点。例如，Zcash，一个区块链一些研究人员认为这是一个适合在线投票的解决方案，使用了零知识的简洁非互动的知识论证。
在回答了这四个问题后，您将能够概述基于区块链的电子投票解决方案的基本需求集。
结论
基于区块链的电子投票系统不太可能完全取代传统的离线投票程序，但可以与之一起成功实施。目前依赖区块链技术的电子投票解决方案不仅广泛应用于举行全国选举，而且还作为企业和小型组织内的投票工具。
您可以构建一个基于区块链的电子投票系统，安全地存储投票数据，验证合法选民，并进行实际投票。与其他在线投票解决方案相比，利用区块链技术的解决方案提供了更好的数据安全性，包含方便的身份验证机制，并更容易维护选票保密和投票结果验证之间的正确平衡。
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