一种去中心化的匿名投票的方法

点击蓝字关注我们
1、前言
投票这个事不管在现实世界还是互联网世界都是很常见的。在现实世界中，大家可以面对面的实名投票，或者使用投票箱混淆投票达到匿名投票的目的。在互联网，为了避免刷票，在投票前，投票应用基本上都会要求获取用户的个人信息，就算是微信小程序投票，也会获取个人的微信头像，微信id等个人信息。根据这些信息多半能够对应的上谁是谁，因为圈子就这么大。那有没有一种方法像使用投票箱一样达到匿名投票的效果呢？答案是：有！本文将利用ETH介绍一种去中心化的匿名投票方法。
2、一种去中心化的匿名投票的方法
先将问题简化一下：假如Alice,Bob,Carol 现在就假期要不要外出旅游的问题进行投票。同意旅游投yes票，不同意旅游投no票。2票及2票以上的投票胜出。为了避免失败的人的尴尬，这里采用匿名投票的方式。
假设3人都有一个公开密钥和一个私人密钥，每个人还知道其他人的公开密钥。E 为加密函数。

2.1 开始投票：
2.1.1 Alice 将自己的投票结果voteA后附加一个随机字符串R0, 生成（voteA,R0）。
   2.1.2 Alice用Carol的公开密钥加密上述结果，生成  Ec(voteA,R0)。
2.1.3 Alice用Bob的公开密钥加密上述结果，生成 Eb ( Ec (voteA,R0) )。
2.1.4 Alice用Alice的公开密钥加密上述结果，生成  Ea ( Eb ( Ec (voteA,Ro) ) )
2.1.5 Alice新生成一个随机数R1，并用Carol的公开密钥将上述结果加密，生成 Ec ( Ea(Eb(Ec(voteA,R0) ) ),R1)。
2.1.6 Alice新生成一个随机数R2，并用Bob的公开密钥将上述结果加密，生成Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteA,R0) ) ),R1) , R2)。
2.1.7 Alice新生成一个随机数R3，并用Alice的。公开密钥将上述结果加密，生成Ea ( Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteA,R0) ) ),R1) , R2),R3)。
Bob，Carol按照上述流程都会生成一个包含了投票的加密数据，并将结果发送给Alice。如下
Ea ( Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteB,R0) ) ),R1) , R2),R3)。
Ea ( Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteC,R0) ) ),R1) , R2),R3)
备注：每个人的随机数都不相同。

2.2 开始计票：
现在Alice手中有三个人包含了投票信息的加密数据，开始计票
2.2.1 Alice用自己的私钥对所有选票进行解密，然后去掉R3。现在的结果是这样的：
Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteA,R0) ) ),R1) , R2)
Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteB,R0) ) ),R1) , R2)
Eb (Ec ( Ea(Eb(Ec(voteC,R0) ) ),R1) , R2)
Alice将上述结果打乱顺序发送给Bob。
2.2.2 Bob收到3个数据，但不知道哪个是Alice的，哪个是Carol的。Bob用私钥解密数据，得到：
Ec ( Ea(Eb(Ec(voteA,R0) ) ),R1)
Ec ( Ea(Eb(Ec(voteB,R0) ) ),R1)
Ec ( Ea(Eb(Ec(voteB,R0) ) ),R1)
   Bob根据得到的随机数R2，可以判断自己的选票在上述结果中，去掉R2，发给Carol。
2.2.3 Carol收到3个结果，用私钥解密。删除R1,得到：
Ea(Eb(Ec(voteA,R0) ) )
Ea(Eb(Ec(voteB,R0) ) )
Ea(Eb(Ec(voteC,R0) ) )
Carol得到3个R1，根据自己的R1可以判断，自己的选票是否在结果里。发送给Alice
2.2.4 Alice得到上述3个结果，用私钥解密得到3个结果，同时检验自己的选票是否在结果里。然后签名所有选票，并发送给Bob,Carol。Bob，Carol得到的结果是这样的：
SignA(Eb(Ec(voteA,R0) ))
SignA(Eb(Ec(voteB,R0) ))
SignA(Eb(Ec(voteC,R0) ))
此时Bob,Carol 可以根据Alice的公钥验证自己的选票是否包含在结果集里。
2.2.5 Bob验证Alice签名，并用私钥对所有选票解密，查看自己的选票是否在选票集中。然后对所有选票签名，发送给Alice,Carol。Alice,Carol得到的结果是这样的：
SignB( Ec(voteA,R0) )
SignB( Ec(voteB,R0) )
SignB( Ec(voteC,R0) )
   此时Alice，Carol 可以根据Bob的公钥验证自己的选票是否在结果集里。
2.2.6 Carol验证Bob签名，并使用私钥对所有选票解密，检查自己的选票是否在结果集里。然后对所有选票签名并发送给Alice，Bob。Alice,Bod得到:
SignC( VoteA,R0)
SignC( VoteB,R0)
SignC( VoteC,R0)

   此时，Carol已经知道3个投票结果，Alice,Bob可以通过Carol的公钥得到R0，验证自己的结果是否包含在结果集里。然后去掉R0，即可得到3个投票voteA,voteB,voteC。但由于数据传送的过程中，打乱的顺序，因此每个人都无法将其余两张选票与人员对应起来。
   至此，计票结束，3个人得到了同样的投票结果，voteA,voteB,voteC，而且除了自己的选票外，无法将其余两张选票与两个人对应起来，达到完全匿名的目的。
3、适用场景
本方法不需要依赖第三方来投票，同时实现了完全匿名。因此适用于对匿名要求度高的场景。
4、优点
去中心化，匿名，适用于人数较少的投票
5、缺点
不适用于人数较多的投票。当人数较多时，投票和计票的步骤也会相应增加，选票的数据大小。
6、扩展
如果参与投票人数较多的情况下，可以将投票分组进行。例如将100人分成10组，每组10人，同时引入一人在每组中都投票以获取所有人的投票结果，但此人的票不计入总票。

汪晓明博客：http://wangxiaoming.com/

HPB 芯链官网：http://www.hpb.io/

汪晓明
HPB芯链创始人，巴比特专栏作家。十余年金融大数据、区块链技术开发经验，曾参与创建银联大数据。主创区块链教学视频节目《明说》30多期，编写了《以太坊官网文档中文版》，并作为主要作者编写了《区块链开发指南》，在中国区块链社区以ID“蓝莲花”知名。