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基于全同态加密的电子投票方案设计

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的结构安排

2 密码学相关理论知识

2.1 Hash函数

2.2 同态加密

2.3 RSA

2.4 ElGamal

2.5 本章小结

3 电子投票方案的总体设计

3.1 电子投票方案的特性需求分析

3.2 一般电子投票方案及缺陷分析

3.3 电子投票方案的总体框架

3.4 本章小结

4 基于RLWE问题的全同态加密方案

4.1 全同态加密

4.2 基于RLWE问题的全同态加密方案构造

4.3 基于RLWE问题的全同态加密方案分析

4.4 本章小结

5 基于RLWE问题全同态加密的电子投票方案设计

5.1 方案的实施步骤

5.2 方案的实现与验证

5.3 方案总结分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 下一步研究方向

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士学位期间参与课题及成果

B．作者在攻读硕士学位期间参与的竞赛及获奖情况

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摘要

在信息安全技术和计算机网络技术的支撑下，电子投票逐渐成为目前各种政治、娱乐活动中用于民意统计、体现活动公平性和民主性的重要手段。然而，当前大多数电子投票在选票匿名性、可验证性及完整性等方面还存在一定的不足，导致贿选、拉票等问题依旧较为普遍存在，一定程度上影响了投票活动的公平性。论文针对投票的安全性和效率问题，综合采用全同态加密、数字签名技术，设计了一个具有匿名性、可验证性和高效的电子投票方案。本文的主要研究内容如下：
　　①论文从电子投票的实际应用情况出发，通过对电子投票方案的特性需求进行分析，引入全同态加密技术，最大限度的保证了选票的匿名性；同时采用数字签名技术有效保证了投票者的合法性、选票信息的完整性和选票的可验证性，最终完成了电子投票的总体方案设计。
　　②电子投票方案的安全性主要依赖于全同态加密算法的同态特性，论文从基本定义、性能实现和应用三个方面对全同态加密进行研究，设计了一种基于RLWE问题的全同态加密方案，并基于 HElib同态算法库对该全同态加密方案进行了验证。同时与其他全同态加密方案进行了对比分析。结果表明，基于RLWE问题的全同态加密能够有效地解决电子投票方案的匿名性问题，符合投票方案设计的预期目标要求。
　　③根据电子投票方案的设计目标，依据基于RLWE问题的全同态加密算法和RSA数字签名技术，从初始化、注册投票、计票和验证查票四个阶段详细阐述了电子投票方案的具体流程，并对投票方案进行了全面的特性分析，分析结果表明，该方案具有良好的匿名性、可验证性和较强的安全特性。
　　论文所设计的基于RLWE问题全同态加密的电子投票方案对解决投票的安全性问题进行了有益的探索，课题组对该方案进行了实现验证。实验结果表明，该投票方案较好地解决了投票的匿名性、完整性和可验证性，从而保证了方案的安全性，并且满足了性能要求，达到了方案设计的预期目标。

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