Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dư luận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ THỊ QUYÊN

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM
MÔ HÌNH BỎ PHIẾU THĂM DÕ DƢ LUẬN

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ THỊ QUYÊN

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM
MÔ HÌNH BỎ PHIẾU THĂM DÕ DƢ LUẬN
Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống Thông tin
Mã số: 60.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ PHÊ ĐÔ

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ này đƣợc thực hiện tại Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia
Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lê Phê Đô. Xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
thầy về định hƣớng khoa học, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt
quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn này. Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến các
thầy, cô trong Bộ môn Hệ thống Thông tin cũng nhƣ Khoa Công nghệ Thông tin đã
mang lại cho tôi những kiến thức vô cùng quý giá và bổ ích trong quá trình theo học
tại trƣờng.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình tôi, những sự quan tâm và động
viên của bố, mẹ, anh trai và em gái đã giúp tôi có thêm nghị lực, cố gắng để hoàn
thành luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các bạn cùng học K19, K20
cùng các bạn sinh viên K55 đã giúp đỡ tôi trong suốt 3 năm học tập.
Do thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu
sót nhất định. Tôi rất mong nhận đƣợc những sự góp ý quý báu của thầy cô và các bạn.
Hà Nội, ngày 1 tháng 7 năm 2015

Vũ Thị Quyên


TÓM TẮT
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của Internet và World Wide Web khiến các
nhà chức trách nghiên cứu và tận dụng nguồn lực mới này để nâng cao hiệu quả và
tính chính xác của các cuộc bầu cử. Bỏ phiếu điện tử cho phép tiết kiệm chi phí về vật
chất trong việc triển khai và hoạt động của các trạm bỏ phiếu. Các tính toán và thống
kê của máy tính rõ ràng tỏ ra hiệu quả, nhanh và chính xác hơn nhiều so với việc kiểm
phiếu trên giấy, hệ thống quét quang học, hay đục lỗ thẻ truyền thống. Tuy nhiên vấn
đề an ninh hệ thống còn rất nhiều lỗ hổng cần khắc phục dẫn đến mô hình bỏ phiếu
điện tử chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Hiện nay, mô hình bỏ phiếu điện tử
còn đƣợc đón nhận dƣới dạng thăm dò dƣ luận, hay khảo sát ngƣời dân về sở thích

hoặc thăm dò ý kiến của họ trƣớc cuộc tuyển cử…
Các hệ thống bỏ phiếu từ xa trƣớc đây hầu nhƣ sử dụng các hệ mã hóa công khai
nhƣ RSA, ElGamal hoặc phối hợp sử dụng các hệ mã hóa đó vào từng giai đoạn khác
nhau. Tuy nhiên đó chƣa phải là cách tối ƣu do độ dài khóa và tốc độ xử lý chậm.
Trong luận văn này, tôi đã thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dƣ luận sử dụng Hệ
mật đƣờng cong Elliptic – Một hệ mã hóa công khai với độ dài khóa ngắn hơn và độ
an toàn tƣơng đƣơng nhƣ RSA để áp dụng vào công tác thăm dò của một trƣờng THPT
hoặc một trƣờng Đại học.
Từ khóa: Bỏ phiếu điện tử, Thăm dò dƣ luận, EC-ElGamal, An toàn thông tin

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình bỏ phiếu
thăm dò dƣ luận” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
TS. Lê Phê Đô, trung thực và không sao chép của tác giả khác. Trong toàn bộ nội dung
nghiên cứu của luận văn, các vấn đề đƣợc trình bày đều là những tìm hiểu và nghiên
cứu của chính cá nhân tôi hoặc là đƣợc trích dẫn từ các nguồn tài liệu có ghi tham
khảo rõ ràng, hợp pháp.
Tôi xin chịu mọi trách nhiệm và mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam
đoan này.

Hà Nội, ngày 1 tháng 7 năm 2015

Vũ Thị Quyên

ii

MỤC LỤC
TÓM TẮT.........................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................... vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ BỎ PHIẾU ĐIỆN TỬ..................................................... 3
Ở MỘT SỐ NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI ............................................................................ 3
1.1. Lịch sử máy bầu cử trên thế giới .......................................................................... 3
1.1.1. Đục lỗ thẻ ...................................................................................................... 3
1.1.2. Hệ thống quét quang học ............................................................................... 3
1.1.3. Thiết bị điện tử ghi nhận trực tiếp (DRE – Direct-recording Electronic) ..... 4
1.1.4. Bỏ phiếu điện tử ............................................................................................ 4
1.2. Hệ thống bầu cử điện tử Estonia .......................................................................... 5
1.2.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 5
1.2.2. Cơ sở hệ thống ............................................................................................... 5
1.2.3. Đánh giá an ninh hệ thống ............................................................................. 8
1.2.4. Nhận xét về hệ thống bầu cử ở Estonia ......................................................... 9
1.3. Hệ thống bầu cử điện tử Israel............................................................................ 10
1.3.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 10
1.3.2. Hệ thống RFID ............................................................................................ 11
1.3.3. Hệ thống bầu cử điện tử Israel .................................................................... 11
1.3.4. Các tính năng an ninh của hệ thống ............................................................ 13
1.4. Đánh giá hai hệ thống bầu cử Estonia và Israel ................................................. 14
1.5. Hệ thống bỏ phiếu thăm dò dƣ luận trực tuyến .................................................. 15
1.5.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 15
1.5.2. Hệ thống thăm dò dƣ luận trực tuyến .......................................................... 16
1.5.3. Ý tƣởng phần mềm cho bỏ phiếu nhiều lần và bỏ phiếu tự động ............... 16

1.5.4. Kỹ thuật bảo vệ chống lại bỏ phiếu tự động................................................ 17
1.5.5. Giải pháp chống lại bỏ phiếu tự động ......................................................... 19
1.6. Tình hình bầu cử điện tử ở Việt Nam ................................................................. 21
1.6.1. Tổng quan về tình hình bỏ phiếu điện tử của nƣớc ta ................................. 21
1.6.2. Bỏ phiếu điện tử phục vụ công tác thi đua khen thƣởng tại Cơ quan
EVNCPC ............................................................................................................... 21
1.6.3. Bỏ phiếu điện tử tại kì họp đại hội cổ đông (ĐHCĐ) ................................. 23
Chƣơng 2. CƠ SỞ TOÁN HỌC TRONG BẦU CỬ ĐIỆN TỬ .................................... 25
2.1. Lý thuyết toán học .............................................................................................. 25
2.1.1. Số nguyên tố. ƢCLN. BCNN ...................................................................... 25
iii


2.1.2. Nhóm. Vành. Trƣờng. Trƣờng hữu hạn ...................................................... 25
2.1.3. Định lý Euler ............................................................................................... 27
2.1.4. Định lý Ferma .............................................................................................. 27
2.1.5. Hàm một phía và cửa sập một phía ............................................................. 28
2.2. Mật mã ................................................................................................................ 28
2.2.1. Khái niệm .................................................................................................... 28
2.2.2. Hệ mã hóa ElGamal..................................................................................... 29
2.2.3. Hệ mã hóa RSA ........................................................................................... 30
2.2.4. Hệ mã hóa Paillier ....................................................................................... 31
2.3. Chữ kí điện tử ..................................................................................................... 31
2.3.1. Sơ đồ ký điện tử ........................................................................................... 31
2.3.2. Chữ ký mù RSA .......................................................................................... 32
2.3.3. Chữ ký nhóm (Group Signature) ................................................................. 33
2.4. Hàm băm (Hash Function) ................................................................................. 34
2.5. Chia sẻ bí mật ..................................................................................................... 35
2.5.1. Khái niệm chia sẻ bí mật ............................................................................. 35
2.5.2. Giao thức “Chia sẻ bí mật” Sharmir ............................................................ 36

2.6. Logarit rời rạc ..................................................................................................... 37
2.6.1 Các khái niệm cơ sở ..................................................................................... 37
2.6.2 Thuật toán bƣớc Baby và bƣớc Giant của Shank ......................................... 38
2.6.3 Thuật toán Pollig – Hellman......................................................................... 39
Chƣơng 3. CÁC THUẬT TOÁN NỀN TẢNG TRONG BỎ PHIẾU ĐIỆN TỬ ............. 42
3.1. Hệ thống bầu cử .................................................................................................. 42
3.1.1. Khái niệm bầu cử điện tử ............................................................................ 42
3.1.2. Mô hình bài toán bỏ phiếu điện tử............................................................... 42
3.1.3. Yêu cầu của hệ thống bầu cử ....................................................................... 43
3.1.4. Những vấn đề cần giải quyết ....................................................................... 43
3.2. Hệ mã hóa đồng cấu ........................................................................................... 44
3.2.1. Định nghĩa ................................................................................................... 44
3.2.2. Phân loại mã hoá đồng cấu .......................................................................... 44
3.2.3. Mô hình hệ mã hóa đồng cấu trong bầu cử điện tử ..................................... 46
3.3. Hệ mã hóa EC-ElGamal ..................................................................................... 51
3.3.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 51
3.3.2. Đƣờng cong Elliptic trên trƣờng hữu hạn Fp ............................................... 52
3.3.3. Hệ mã hóa EC-ElGamal .............................................................................. 56
3.3.4. Hệ mật đƣờng cong Elliptic ứng dụng trong bầu cử điện tử ....................... 58
3.3.5. Ví dụ về trƣờng hợp thăm dò dƣ luận ......................................................... 60
3.3.6. Đánh giá độ an toàn của hệ thống ............................................................... 61
3.4. Mô hình bỏ phiếu điện tử dựa trên chữ kí vòng ................................................. 62
3.4.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 62
iv


3.4.2. Định nghĩa chữ kí vòng ............................................................................... 63
3.4.3. Mô hình chữ kí vòng (RSA Version) .......................................................... 63
3.4.4. Ứng dụng của chữ kí vòng trong bầu cử điện tử ......................................... 66
3.4.5. Các tính chất đạt đƣợc ................................................................................. 69

Chƣơng 4. CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ............................................................ 70
4.1. Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm mô hình bỏ phiếu thăm dò dƣ luận ........... 70
4.1.1. Các đối tƣợng của hệ thống ......................................................................... 70
4.1.2. Các chức năng chính ................................................................................... 70
4.1.3. Thiết kế chƣơng trình .................................................................................. 71
4.1.4. Thứ tự thực hiện chƣơng trình..................................................................... 71
4.1.5. Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 72
4.2. Các tính chất đạt đƣợc ........................................................................................ 82
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 84

v


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ID - Identification

Định danh cử tri

VFS/HES - Vote forwarding server Máy chủ chuyển tiếp lá phiếu
VSS/HTS - Vote storage server

Máy chủ lƣu trữ lá phiếu

VCS/HLR - Vote counting server

Máy kiểm phiếu

RFID - Radio Frequency

Identification

Công nghệ nhận dạng đối tƣợng bằng
sóng vô tuyến

ĐHCĐ

Đại hội cổ đông

HĐQT

Hội đồng quản trị

GDCK

Giao dịch Chứng khoán

EzGSM

ĐHCĐ trực tuyến

– plaintext

Tập các bản rõ

– Ciphertext

Tập các bản mã
Đƣờng cong elliptic xác định trên
trƣờng Fq

# (

)

Tất cả số điểm trên

Vi

Cử tri i

P

Hệ thống khóa công khai

X||Y

Thông điệp X kết nối với thông điệp
Y bit by bit

KDC – Key Distribution Center

Trung tâm phân phối khóa

PK – Public key

Khóa công khai

SK – Secret key

Khóa bí mật

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Chứng minh thƣ điện tử ở Estonia .................................................................. 6
Hình 1.2. Hệ thống bầu cử điện tử Estonia ..................................................................... 7
Hình 1.3. Cử tri sử dụng điện thoại thông minh quét mã xác thực QR ........................... 8
Hình 1.4. Kết quả bầu cử ................................................................................................. 8
Hình 1.5. Thiết bị RFID ................................................................................................ 11
Hình 1.6. Hệ thống bỏ phiếu Israel................................................................................ 13
Hình 1.7. Các lựa chọn trong cuộc bình chọn bài hát Việt 2015 .................................. 18
Hình 1.8. Kết quả bình chọn .......................................................................................... 18
Hình 1.9. Thông báo lỗi bình chọn ................................................................................ 18
Hình 1.10. Một cuộc thăm dò dƣ luận ở trang 24h.com ............................................... 20
Hình 1.11. Nhập mã xác nhận ...................................................................................... 20
Hình 1.12. Kết quả bình chọn ....................................................................................... 20
Hình 1.13. Thăm dò ý kiến ngƣời dân về nguyên nhân tai nạn giao thông tăng cao .... 21
Hình 1.14. Giao diện chức năng bỏ phiếu của chƣơng trình CPC eVote ...................... 22
Hình 1.15. Tất cả thành viên đều có thể xem đƣợc dữ liệu tổng hợp kết quả ............... 23
Hình 1.17. Cổ đông lựa chọn ý kiến biểu quyết ............................................................ 24
Hình 2.1. Sơ đồ mã hóa và giải mã ............................................................................... 29
Hình 3.1. Phép cộng trên đƣờng cong Elliptic .............................................................. 53
Hình 3.2. Phép nhân đôi trên đƣờng cong Elliptic ........................................................ 54
Hình 3.3. Minh họa cho hàm hợp .................................................................................. 65
Hình 3.4. Mô hình chữ kí vòng ..................................................................................... 65
Hình 4.1: Giao diện chính của chƣơng trình ................................................................. 72
Hình 4.2. Ban lƣu trữ khóa đăng nhập vào hệ thống ..................................................... 72
Hình 4.23. Ban lƣu trữ khóa đăng nhập sai ................................................................... 72

Hình 4.4. Ban lƣu trữ khóa đăng nhập thành công ........................................................ 73
Hình 4.5. Giao diện chính của ban lƣu trữ khóa ........................................................... 73
Hình 4.6. Tạo thành công CSDL cử tri ......................................................................... 74
Hình 4.7. Tạo thành công CSDL ban kiểm phiếu ......................................................... 74
Hình 4.8. Cử tri đăng nhập vào hệ thống ...................................................................... 74
Hình 4.9. Cử tri đăng nhập không thành công .............................................................. 75
Hình 4.10. Cử tri đăng nhập thành công ....................................................................... 75
vii


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]

PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, Giáo trình An toàn dữ liêu, NXB Đại học Quốc Gia,
2008.

[2]

GS. Phan Đình Diệu, “Lý thuyết mật mã và an toàn thông tin”, Đại học Quốc gia
Hà Nội, 2004

[3]

PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, ThS. Trƣơng Thị Thu Hiền, “Về một quy trình bỏ
phiếu từ xa”, Trƣờng Đại học Công nghệ - ĐHQGHN.

Tiếng Anh
[4]

Shafi Goldwasser, Mihir Bellare, Lecture Notes on Cryptography, 2008

[5]

DarrelHankerson, Alfred Menezes, ScottVanstone, “Guide to Elliptic Curve
Cryptography”.

[6]

An Elliptic Curve Based Homomorphic Remote Voting System, 2014

[7]

An elecronic voting platform with elliptic curve cryptography, 2011

[8]

Securing E-voting with EC-ElGamal, 2010

[9]

Craig Gentry and Shai Halevi, “Implementing Gentry’s fully-homomorphic
encryption scheme”, In EUROCRYPT, 2011

[10] Kristin Lauter, Michael Naehrig, and Vinod Vaikuntanathan, “Can
Homomorphic Encryption be Practical?”, ACM, 2011
[11] Drew Springall, Travis Finkenauer, Zakir Durumeric, Jason Kitcat, Harri Hursti,
Margaret MacAlpine, J. Alex Halderman, “Security Analysis of the Estonian
Internet Voting System”, University of Michigan, Ann Arbor, MI, U.S.A 2014
[12] Yossef Oren, Dvir Schirman and Avishai Wool, “RFID jamming and attacks on

Israeli e-Voting”, Tel-Aviv University, Ramat Aviv 69978, Israel.
[13] Basso, A., F. Bergadano, I. Coradazzi and P. D. Checco, “Lightweight security
for internet polls”, in: EGCDMAS (2004)
[14] Andrea Huszti, “A homomorphic encryption-based secure electronic voting
scheme”, 2011
[15] K. Sako and J. Kilian, “Receipt-free mix-type voting scheme: A practical solution
to the implementation of a voting booth,” in Advances in Cryptology –
EUROCRYPT ’95, ser. LNCS, vol. 921, 1995, pp. 393–403
[16] Andong Fan, Yangsong Zhang, Xiao Yang, “The Scheme and Implementation of
Anonymous Electronic Voting Based on Ring Signature”.

84


[17] Rivest, R.L., Shamir, A. and Tauman, Y. “How to leak a secret”, 2001
[18] David Chaum & Van Heyst , “Group Signature”, in Advances in Cryptology –
EUROCRYPT ’91, 1991, pp257-265.
[19] Yong Yang, Zhiguang Qin,Hu Xiong, Yang Zhao,Tian Lan ,”A Write-in
Electronic Voting scheme Based on Ring Signature”, 2007
[20] Sansar Choinyambuu, “Homomorphic Tallying with Paillier Cryptosystem”,
2009.
Trang web
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]

/> /> /> />

85