Sichere virtuelle Wahlen: Mehrparteien-Berechnung von ordnungsbasierten Wahlregeln

Core Concepts

Elektronische Wahlsysteme bieten erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen physischen Wahlsystemen. Eine der Hauptherausforderungen bei E-Voting-Systemen besteht darin, den Wahlprozess zu sichern: Nämlich zu gewährleisten, dass die berechneten Ergebnisse mit den abgegebenen Stimmzetteln übereinstimmen und die Privatsphäre der Wähler gewahrt bleibt. Wir schlagen hier ein sicheres Wahlprotokoll für Wahlen vor, die von ordnungsbasierten Wahlregeln gesteuert werden. Unser Protokoll bietet perfekte Stimmzettelgeheimhaltung in dem Sinne, dass es nur die erforderlichen Ausgaben liefert, während keine anderen Informationen über die abgegebenen Stimmzettel preisgegeben werden.

Abstract

Das Papier beschreibt ein sicheres Wahlprotokoll für elektronische Wahlen, das auf ordnungsbasierten Wahlregeln basiert. Es bietet perfekte Stimmzettelgeheimhaltung, indem es nur die erforderlichen Ergebnisse ausgibt, ohne andere Informationen über die abgegebenen Stimmzettel preiszugeben.
Das Protokoll hat zwei Phasen:

Wahlphase: Jeder Wähler erstellt seine Stimmzettelmatrix und verteilt geheime Anteile davon an mehrere unabhängige Auszähler. Die Auszähler überprüfen dann die Gültigkeit der Stimmzettel, ohne sie zu entschlüsseln.

Auszählungsphase: Die Auszähler berechnen die Wahlergebnisse, indem sie die geheimen Anteile der gültigen Stimmzettel verwenden, ohne die tatsächlichen Stimmzettel zu enthüllen. Sie veröffentlichen dann die Identität der Gewinner.

Das Protokoll verwendet sichere Mehrparteien-Berechnungen, um die Privatsphäre der Wähler zu wahren und gleichzeitig die Integrität der Wahlergebnisse zu gewährleisten. Es wurde für die Copeland- und Maximin-Wahlregeln entwickelt, kann aber auch auf andere ordnungsbasierte Regeln wie Kemeny-Young und Modal Ranking erweitert werden.

Stats

"t · w(m) = t ·
P
m′>m 1P(m,m′)>0 + P
m′<m 1−P(m′,m)>0

s ·
P
m′>m 1P(m,m′)=0 + P
m′<m 1P(m′,m)=0
"
"w(m) := minm′̸=m P(m, m′)"

Quotes

"Elektronische Wahlsysteme haben erhebliche Vorteile gegenüber physischen Wahlsystemen."
"Eine der Hauptherausforderungen in E-Voting-Systemen ist es, den Wahlprozess zu sichern: nämlich zu gewährleisten, dass die berechneten Ergebnisse mit den abgegebenen Stimmzetteln übereinstimmen und die Privatsphäre der Wähler gewahrt bleibt."
"Unser Protokoll bietet perfekte Stimmzettelgeheimhaltung in dem Sinne, dass es nur die erforderlichen Ausgaben liefert, während keine anderen Informationen über die abgegebenen Stimmzettel preisgegeben werden."

Key Insights Distilled From

Towards Secure Virtual Elections

by Tamir Tassa,... at arxiv.org 03-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2205.10580.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte man das Protokoll erweitern, um auch andere Wahlregeln wie Borda-Zählen oder Instant-Runoff-Voting zu unterstützen?

Um das Protokoll zu erweitern und auch andere Wahlregeln wie Borda-Zählen oder Instant-Runoff-Voting zu unterstützen, könnten folgende Schritte unternommen werden:

Anpassung der Berechnungen: Für jede neue Wahlregel müssten die Berechnungen und Logik im Protokoll entsprechend angepasst werden. Dies würde die Implementierung neuer Berechnungsschritte erfordern, die spezifisch für die jeweilige Wahlregel sind.

Integration neuer Sub-Protokolle: Es müssten neue Sub-Protokolle entwickelt werden, die die spezifischen Anforderungen der neuen Wahlregeln erfüllen. Zum Beispiel müssten für das Borda-Zählen die Rangfolgen der Kandidaten berücksichtigt und für das Instant-Runoff-Voting die schrittweise Eliminierung von Kandidaten implementiert werden.

Validierung neuer Regeln: Es wäre wichtig, die neuen Wahlregeln sorgfältig zu validieren, um sicherzustellen, dass die Implementierung korrekt ist und die Integrität der Wahl gewährleistet ist.

Durch diese Erweiterungen könnte das Protokoll flexibler gestaltet werden und eine Vielzahl von Wahlregeln unterstützen, um den unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Wahlen gerecht zu werden.

Welche zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen wären erforderlich, um das System gegen Angriffe von außen zu schützen, z.B. durch Hackerangriffe auf die Wahlinfrastruktur?

Um das System gegen Angriffe von außen zu schützen, insbesondere gegen Hackerangriffe auf die Wahlinfrastruktur, wären zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich:

Starke Verschlüsselung: Alle Kommunikation zwischen den Parteien sollte durch starke Verschlüsselung geschützt werden, um sicherzustellen, dass keine unbefugten Dritten auf die übertragenen Daten zugreifen können.

Authentifizierung und Autorisierung: Es sollte ein strenges Authentifizierungs- und Autorisierungssystem implementiert werden, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Benutzer auf das System zugreifen und Aktionen durchführen können.

Firewalls und Intrusion Detection Systems: Die Implementierung von Firewalls und Intrusion Detection Systems kann dazu beitragen, verdächtige Aktivitäten zu erkennen und zu blockieren, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten.

Regelmäßige Sicherheitsaudits: Regelmäßige Sicherheitsaudits und Penetrationstests sollten durchgeführt werden, um potenzielle Schwachstellen im System zu identifizieren und zu beheben.

Notfallwiederherstellungsplan: Ein detaillierter Notfallwiederherstellungsplan sollte erstellt werden, um im Falle eines Sicherheitsvorfalls schnell und effektiv reagieren zu können.

Durch die Implementierung dieser zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen kann die Integrität und Vertrauenswürdigkeit des Wahlsystems gewährleistet werden.

Wie könnte man die Verifikation der Wahlergebnisse durch unabhängige Beobachter in das Protokoll integrieren, um die Transparenz und Glaubwürdigkeit des Wahlprozesses zu erhöhen?

Um die Verifikation der Wahlergebnisse durch unabhängige Beobachter in das Protokoll zu integrieren und die Transparenz und Glaubwürdigkeit des Wahlprozesses zu erhöhen, könnten folgende Maßnahmen ergriffen werden:

Öffentliche Überprüfbarkeit: Das Protokoll sollte so gestaltet sein, dass die Ergebnisse öffentlich überprüfbar sind. Unabhängige Beobachter sollten in der Lage sein, die Berechnungen nachzuvollziehen und die Richtigkeit der Ergebnisse zu überprüfen.

Audit-Logs: Das Protokoll sollte Audit-Logs enthalten, die alle Aktionen und Berechnungen während des Wahlprozesses protokollieren. Diese Logs können von unabhängigen Beobachtern überprüft werden, um sicherzustellen, dass keine Manipulation stattgefunden hat.

Transparenz bei der Datenübertragung: Alle Datenübertragungen und Kommunikationsschritte im Protokoll sollten transparent sein, damit unabhängige Beobachter den gesamten Prozess nachverfolgen können.

Unabhängige Überprüfung: Unabhängige Prüfer oder Gremien könnten in den Wahlprozess einbezogen werden, um die Ergebnisse zu überprüfen und sicherzustellen, dass der Wahlprozess fair und korrekt abgelaufen ist.

Durch die Integration dieser Maßnahmen in das Protokoll kann die Verifikation der Wahlergebnisse durch unabhängige Beobachter erleichtert werden, was die Transparenz und Glaubwürdigkeit des Wahlprozesses erhöht.