本文提出了一种名为 NARAD(Non-colluding Aggregator-oblivious Record-And-Decrypt)的电子投票架构,旨在在不依赖可信密钥分发中心的前提下,同时保护投票隐私并允许公开验证。每位投票者在浏览器中使用自生成的密钥,基于 Paillier 加法同态加密系统对选票进行加密,且没有任何一方持有全部密钥。系统通过两个服务器角色分工完成计票:收集者(Collector)将每张选票的辅助值聚合为单个群元素;聚合者(Aggregator)利用该元素在同态乘积中消除投票者的随机掩码,恢复精确的投票总和,从而得知结果但无法获知个人投票。Solana 区块链不可变地记录每个密文并强制执行选举生命周期,而原生 C 库(libtommath)执行高性能模运算。论文明确了协议正确的六个假设,证明了乘积同态、掩码消除和和恢复性质;隐私性依赖于加法层的判定性合数剩余(DCR)假设以及掩码基上的类 Diffie-Hellman 假设。一种位打包方案将多个候选人的完整选票放入一个密文,将客户端计算、链上交易、存储和计票成本降低 k 倍(k 为候选人数);槽宽 b 可自由选择,仅 k*b 受 log2(N) 限制。当 b=25 且模数为 255 位时,方案支持 10 位候选人以及每位候选人最多 2^25-1=33,554,431 票(总计约 3.35 亿张选票),在 1 秒内完成 50,000 张选票的计票。最后,在认证的可信执行环境(TEE)中运行收集者和聚合者,使得计票过程防篡改,并防止跨角色合谋以去匿名化投票者。概念验证实现已开源,附录中的数值示例重现了完整流程。
💡 推荐理由: 提出了一种可公开验证且保护隐私的电子投票方案,无需可信第三方,结合同态加密、区块链和 TEE,具有实际部署潜力,对安全密码协议设计有参考价值。
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