Designing an electronic voting system on a decentralized democratic cryptographic infrastructure and exploring its ideal security

Research Project

Project/Area Number	22K12029
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 60070:Information security-related
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	櫻井幸一九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (60264066)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	上繁義史長崎大学, ICT基盤センター, 准教授 (00300666)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords	インターネット投票 / ブロックチェーン / 無証拠性 / 強制耐性 / 匿名性 / 分散システム / 公開掲示板 / 暗号 / 電子投票 / 分散計算
Outline of Research at the Start	インターネット投票の実現への重要課題である票売買と強制投票を防ぐ電子選挙方式の設計を目指す. 投票者ですら投票事実を第三者には証明できない無証拠性を満たす方式を, ブロックチェーン基盤で実現できるかを解明する. 現在は, 投票所における投票ブースでの無記名投票により, 第三者が介入する不正を防いでいるが, この投票ブースを, 電子的にオンラインで実現が可能かどうか, この技術的な限界も含めて, 分散暗号計算論に基づき明らかにする.
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、インターネット投票の実現への重要課題である票売買と強制投票を防ぐ電子選挙方式の設計を目指す. 初年度は、計画に従い中央管理型方式の解析と, ブロックチェーン新基盤における実装状況を調査した。研究代表者は、SCIS2020において、次の３つの解析をおこなった。まず、第一に電子投票 (ブロックチェーンを使用) と (ブロックチェーンを使用しない) の間の格差。第二に、既存のブロックチェーン投票方式群を、物理的な掲示板が必要かどうかも含めて、CIA(機密性・完全性・可用性) の３原則に基づいたセキュリティ特性を分類。第三に、有権者が物理的投票所を使用してどこでも自由に投票できる方式の可能性。特に、先行研究SCIS2020では、それまで物理的な暗号基盤としてのBulletin-Board(公開掲示板)が、ブロックチェーンの完全性により、自然に実現できる時代になったことと評価した。しかし、果たして、電子投票システムはどこまでサイバー攻撃に耐えうるのか。米国ではMITのRivestらが否定的な限界を論じている[Going from Bad to Worse: From Internet Voting to Blockchain Voting (Draft/2020.Nov, Journal of Cybersecurity/2021.Feb.)]。その一方で、欧州は欧州研究集会e-Vote-IDが2007年以降、脈々と続いている。本研究では、こうした欧米の電子投票システムの研究動向を調査し、SCIS2023で口頭発表した。また、2023年3月都内で開催のRealWorldCrypto2023に参加し、フランスの在外不在者投票のオンライン化に関する研究発表を視聴した[Reversing, Breaking, and Fixing the French Legislative Election E-Voting Protocol]。実運用での電子投票としては、最大のものであり、本研究の重要参考事例となった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 最新の国際研究動向までを調査し、国内シンポジウムSCIS2023で発表できた。調査研究は、初年度として、順調に進んでいると評価する。また、電子投票（ブロックチェーンと無証拠性）に関するサーベイ論文をIEEE accessへも、投票できた（現在、査読中）。 SCIS2023での発表に対しても、会場より２件の質疑を受け, 今後の研究の参考となり有益であった。本研究の主要課題である物理的な投票所の電子化に関しては、いまだに未解決であり、次年度以降も検討を続ける。
Strategy for Future Research Activity	電子投票に関する学術研究に関して、海外では以前にもまして、活発な国もあり、注視する必要がある。 2023年3月日本で開催されたRealWorldCrypto国際会議に参加し、フランスでの在外者向不在投票の電子化の現状と課題を知る機会を得た。強制耐性の議論は本研究でも手本とする。形式研究を使った、無証拠性と強制耐性の比較が、2023年度の主要課題の１つである。また、計画に従い、２年目は独自方式の設計とその解析が予定である。