신뢰할 수 있는 허가형 블록체인 기반 전자투표 시스템 설계 및 구현

Abstract

전자투표는 투표 참여 증대 및 편리성 제공, 개표 효율성등과 같은 효과 때문에 지속적으로 연구 되어왔다. 전자투표는 기존 종이투표와 다르게 개표과정이 전산에서 진행되기 때문에 투표의 신뢰성 보장이 중요하다. 전자투표의 신뢰성 보장을 위해 영 지식 증명(zero-knowledge proof), 비밀 공유 기법, 재 암호화 기법 등 다양한 정보보호 기술의 도입이 연구되어왔지만 기본적으로 중앙의 신뢰할 수 있는 기관에 의해 이루어지기 때문에 중앙 서버 공격으로 인한 위변조 가능성이 여전히 제시된다. 이에 최근 들어 네트워크를 구성하는 모든 참여자가 기록을 공유하여 위변조가 어려운 블록체인을 도입하여 해결하고자 하는 시도가 활발히 이어지고 있다. 하지만, 블록체인을 전자투표에 도입할 경우 네트워크를 구성하는 모든 참여자에게 투명하게 정보가 공개되는 블록체인의 특징을 고려한 보안성 연구가 필요하다. 투표는 정당한 투표권이 있는 정당한 투표자만 참여해야 하지만 Public 블록체인의 경우 검증되지 않은 사용자도 참여가능하며 기존의 거래내역을 추적해 개인이 식별될 가능성이 있기 때문에 전자투표에 적용되기 적합하지 않다. Private 블록체인의 경우 인증 된 사용자만 참여하는 것이 가능하기 때문에 투표에 적용되기 적합하지만 네트워크 참여자가 모두 정보를 공유한다는 블록체인의 기본적인 특성 때문에 신뢰성 있는 전자투표를 위해서는 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 신뢰할 수 있는 블록체인 기반 전자투표를 위한 전자투표 시스템을 제안하고자 한다. 제안하는 시스템은 ① 블록체인을 활용하여 중앙 서버의 조작 및 외부 공격으로 인한 위변조 가능성 방지했으며, ② 인증 된 사용자로만 구성되는 허가형 블록체인인 패브릭을 활용해 정당한 투표자들로만 네트워크를 구성했다. 또한, 한 노드에 의한 조작 가능성을 방지하기 위해 ③ 다자간 계산(multi-party algorithm)을 차용한 개념을 적용하여 여러 노드에서 집계하게 하였으며 ④ 분산된 노드에서 투표를 집계 시 암호화 된 상태로 계산 가능 한 동형암호를 활용했다. 마지막으로 ⑤ 영수증을 발급해줌으로써 개별 검증성 달성했지만 ⑥다른 후보에 대한 랜덤 토큰을 같이 출력하여 영수증을 통한 유권자의 프라이버시를 보장했으며, ⑦ 전체 토큰의 개수와 결괏 값을 확인하여 전체 검증성을 달성함으로써 신뢰할 수 있는 블록체인 기반 전자투표 시스템을 제안한다.