[논문]블록체인을 활용한 전자투표 시스템 구축

이루다; 임좌상

doi:10.6109/jkiice.2019.23.1.103

블록체인을 활용한 전자투표 시스템 구축
Electronic Voting Systems Using the Blockchain 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.23 no.1, 2019년, pp.103 - 110

이루다 (Department of Computer Engineering, Sang-Myung University) , 임좌상 (Department of Human Intelligent Information Engineering, Sang-Myung University)

초록
AI-Helper

전자투표는 유권자에게 편리성을 제공하고, 투표 참여율을 증가시킬 수 있다는 주장에 따라 많은 연구가 이어지고 있다. 그럼에도 불구하고 아직까지 전자투표가 널리 적용되지 못하고 있다. 기존의 전자투표 시스템은 투표의 신뢰성을 완전하게 보장하지 못하고, 서버에 대한 공격으로 위조나 변조될 수 있어 보안에 대해 의문이 제기되고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 전자투표 시스템의 문제점을 해결하기 위해서 블록체인 기술을 제안한다. 블록체인은 거래 데이터의 안전을 보장해 주는 특징을 가진 기술임에도 불구하고 이를 기반으로 구현한 전자투표 시스템은 많지 않다. 이러한 점에 착안하여 본 논문은 블록체인을 기반으로 하는 이더리움 환경에서 전자투표 시스템을 구축했다. 또한 보다 안전한 투표를 시행하기 위해 법적, 기술 및 운영에 필요한 과제를 제시하였다. 구축된 시스템은 기존 중앙집중식 시스템과 달리 공격으로 인한 시스템 마비나 중앙서버시스템 장악으로 인한 거래데이터의 위변조와 같은 문제점을 해결하고 시스템 안전성을 보장할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Electronic voting has been followed by a lot of research as it provides convenience to voters and increases participation rates. Nevertheless, electronic voting has not been widespread yet. The existing electronic voting system does not guarantee credibility, and there arises a question on the security that the voting could be forged or altered by the attack to the central server. In this paper, we proposed blockchain based systems to solve the problems in electronic voting. Although the blockchain may guarantee the security of transaction data, there have been only a few electronic voting systems implemented using the blockchain. We developed blockchain enabled voting and brought out some of its related legal, technical and operational challenges to enforce more security in voting. Unlike centralized voting, the systems could enforce security and solve the problems such as forgery or alteration of transaction data caused by hacking or any attempts to gain control of the central server system.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Block Structure
그림 Fig. 2 Merkel Tree Root
그림 Fig. 3 Voting Progress
표 Table. 1 Development Environment
표 Table. 2 Pseudocode of the Vote Function
그림 Fig. 4 Mining
그림 Fig. 5 Create an Address
그림 Fig. 6 Generated Block Structure

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 기존의 전자투표 시스템의 문제점을 해결하기 위해서 블록체인 (Blockchain)을 적용하여 전자투표 시스템을 구축했다. 비트코인에서 적용된 블록체인은 단순히 거래를 기록하는 분산 장부였으나, 최근에는 소프트웨어를 실행할 수 있는 가상환경으로 발전 하고 있다.
본 논문에서는 블록체인기반 투표시스템을 웹으로 구현하였고, 투표를 실행하였다. 저자를 포함하여 유권자가 참여하여 수백 건의 투표 트랜잭션을 발생하였고 성공적으로 블록체인에 기록되었다.
본 논문에서는 소규모 투표로 참여노드를 제한한 연구여서, 실제 대규모 블록체인 투표를 위해서 법적, 기술, 예산 측면의 과제를 도출하였다. 특히 블록체인의 약점을 알고, 보다 세밀한 기술적 공격에 블록체인이 안전한지 평가하는 보다 체계적인 연구가 필요하겠다.
블록체인은 거래 데이터의 안정성을 보장해주는 특징을 가진 기술임에도 불구하고 블록체인 기반으로 구현된 전자투표 시스템은 많지 않다. 본 논문에서는 탈중앙집중식 블록체인 기술을 기반으로 전자투표 시스템을 제안하여 구현하였고, 보다 안전한 시스템을 위해 필요한 과제를 제시하였다.
이러한 블록체인 기반 투표가 실제 사용될 경우 투표율 증가와 비용절감 등의 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 블록체인 기술을 활용하여 투표 결과에 대한 검증을 평가하기 위해서 전자투표의 기본적인 요구사항을 만족하는 시스템을 설계하고 구현하였다.

가설 설정

1. genesis 설정으로 초기화 한다. genesis.

제안 방법

웹서버 기능을 제공하는 HttpProvider를 설정하여 사용하였다. 또한 자바스크립트 web3.js 라이브러리를 사용하여 블록체인에 있는 스마트 컨트랙과 통신하였다. 웹기능을 제공하는 HttpProvider는 별다른 설정을 하지 않는 한 상주하는 하드웨어의 Wallet을 사용한다.
예를 들어, 트랜잭션 A, B, C를 머클트리로 구성한다면 각 거래 데이터를 해싱해서 나온 결과 값이 각 노드에 저장된다. 부모 노드를 만들기 위해서 자식노드의 32바이트 크기의 트랜잭션 A와 B의 해시 값을 서로 연결해서 64바이트 문자열을 만들고 문자열은 이중 해시 처리되어 부모 노드의 해시를 생성한다. 이러한 방식으로 상위에 노드가 하나 남을 때까지 계속 계산하고, 각각의 트랜잭션을 이진트리 형태로 만들 경우 가장 최종적으로 남는 해시 값이 머클 해시 값이 된다.
- 네트워크: 실제 시스템에는 Public 블록체인을 적용해서 모든 투표자가 참여할 수 있어야 한다. 우리는 Private 블록체인을 사용하였고, 단점을 보완하기 위해 부트노드를 참여시켜 네트워크를 구성했다. 또한 Public 블록체인을 적용하면, 유권자에게 교환 가치가 있는 gas를 지급해야 하므로 연구 목적에 부합하지 않는다.
전자투표 과정을 살펴보면 유권자의 명부를 작성하는 유권자 등록단계, 후보자의 안건을 확인하는 단계, 투표하는 단계, 개표 단계로 구분할 수 있다. 일련의 과정이 안전하고 공정하게 투표되도록 블록체인 기술을 사용하여 시스템을 구축한다. 구축된 시스템은 요구사항을 충족해야 한다.
전자투표 시스템은 스마트 컨트랙으로 구현하여 P2P 네트워크를 통해 서비스를 제공하였다. 클라이언트는 컨트랙이 제공하는 웹 API를 사용하였다.
투표를 하면 그 트랜잭션은 MetaMask를 통하여 유권자가 보유한 자신의 Wallet을 사용하여 개인키로 사인하고 sendRawTransaction() 함수를 사용하여 전송하였다.
기존의 서버 역할을 컨트랙이 대신한다. 후보, 기한 및 유권자 등록을 포함 하여 투표 및 개표결과 조회하는 필요한 기능을 컨트랙으로 구현하고, 필요한 클라이언트 화면은 웹으로 구현하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 개방된 블록체인이 아니라 참여를 제한한 private 블록체인을 사용하였다. 개방된 블록체인 에서 시스템을 구축하면 실제 가상화폐를 소비해야 할뿐만 아니라 연구목적에 맞게 테스트하기에 적합하지 않기 때문이다.
Ethereum은 스마트컨트랙 개발에 필요한 P2P네트워크, 블록체인을 제공하고 있다. 스마트컨트랙은 Solidity, Python, Pact 또는 Liquidity 등 여러 언어 가운데 Solidity 를 사용하였다.

이론/모형

웹기능을 제공하는 HttpProvider는 별다른 설정을 하지 않는 한 상주하는 하드웨어의 Wallet을 사용한다. 본 논문에서는 투표자의 개인키로 사인하기 위해 MetaMask 의 Wallet을 사용하였다.
전자투표시스템은 Ethereum을 사용하여 개발하였다. Ethereum은 스마트컨트랙 개발에 필요한 P2P네트워크, 블록체인을 제공하고 있다.

성능/효과

(1) 완전성 – 투표는 시작부터 종료까지 완전하게 이루어지고 정확 집계되어야 한다.
(3) 이중투표 불가성 - 투표자는 한 번만 투표할 수 있어야 한다.
투표 결과는 msg.sender를 확인하여 선거관리 위원만 결과를 볼 수 있었다. 기한은 modifier 구문으로 구현 하여, 투표가 종료해야 그 결과를 조회할 수 있었다.

후속연구

특히 블록체인의 약점을 알고, 보다 세밀한 기술적 공격에 블록체인이 안전한지 평가하는 보다 체계적인 연구가 필요하겠다. 본 연구에서 얻은 결과를 일반화하기 위해서는 보통의 투표시스템과 비교하여 안전성, 비용, 성능 등을 비교하여 고려해야 한다.
첫째로 블록체인에서의 투표가 인정받을 수 있는 정책적 보완이 필요하다. 투표 권한, 절차 등에 대한 제도가 정비되지 않으면 블록체인이 임의로 구현되어 신뢰성이 훼손될 것이다.
본 논문에서는 소규모 투표로 참여노드를 제한한 연구여서, 실제 대규모 블록체인 투표를 위해서 법적, 기술, 예산 측면의 과제를 도출하였다. 특히 블록체인의 약점을 알고, 보다 세밀한 기술적 공격에 블록체인이 안전한지 평가하는 보다 체계적인 연구가 필요하겠다. 본 연구에서 얻은 결과를 일반화하기 위해서는 보통의 투표시스템과 비교하여 안전성, 비용, 성능 등을 비교하여 고려해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자투표란 무엇인가?	IT는 우리의 일상생활에 많은 변화를 가져오고 있지만, 그 가운데에서도 민주주의에 반드시 필요한 것이 바로 전자투표이다. 전자투표란 전자적인 수단, 보통은 웹을 통해 자신의 집 또는 다른 어느 곳에서나 유권자 등록, 투표, 개표 등이 이루어지는 선거과정으로 정의할 수 있다 [1]. 따라서 전자투표는 유권자가 직접 투표소를 방문 하지 않고 투표할 수 있는 편리성을 제공하고, 투표관련 비용을 절감시켜 주고, 투표율의 향상을 기대할 수 있다.
	전자투표를 도입하였을때의 장점은 무엇인가?	전자투표란 전자적인 수단, 보통은 웹을 통해 자신의 집 또는 다른 어느 곳에서나 유권자 등록, 투표, 개표 등이 이루어지는 선거과정으로 정의할 수 있다 [1]. 따라서 전자투표는 유권자가 직접 투표소를 방문 하지 않고 투표할 수 있는 편리성을 제공하고, 투표관련 비용을 절감시켜 주고, 투표율의 향상을 기대할 수 있다.
	블록체인 기반으로 이더리움 환경에서 전자투표 시스템을 구축하였을때 얻을 수 있는 기대효과는 무엇인가?	또한 보다 안전한 투표를 시행하기 위해 법적, 기술 및 운영에 필요한 과제를 제시하였다. 구축된 시스템은 기존 중앙집중식 시스템과 달리 공격으로 인한 시스템 마비나 중앙서버시스템 장악으로 인한 거래데이터의 위변조와 같은 문제점을 해결하고 시스템 안전성을 보장할 수 있다.

참고문헌 (22)

A. Rubin, "Security considerations for remote electronic voting," Communications of the ACM, vol. 45, no. 12, pp. 39-44, December 2002.

상세보기
M. Burmester, and E. Magkos, "Towards secure and practical e-elections in the new era," Springer, Boston, MA., pp. 63-76, 2003.
P. Brody, V Pureswaran. "Device Democracy: Saving the Future of the Internet of Things, IBM" [Internet]. Availabel: https://public.dhe.ibm.com/common/ssi/ecm/gb/en/gbe03620usen/GBE03620USEN.PDF.
G. Dwyer. "The economics of Bitcoin and similar private digital currencies," Journal of Financial Stability, vol. 17, pp. 81-91, April 2015.

상세보기
R. Bohme, N. Christin, B. Edelman, and T. Moore, "Bitcoin:Economics, Technology, and Governance," Journal of Economic Perspectives, vol. 29, no. 2, pp. 213-38, May 2015.

상세보기
K. S. Kenji, and H. Yamada, "What's So Different about Blockchain? Blockchain is a Probabilistic State Machine," IEEE 36th International Conference on Distributed Computing Systems Workshops(ICDCSW), pp. 168-175, June 2016.
P. W. Oh, S. B. Shin, and M. R. Kim, "Mobile Electronic Voting System for Improving of Election Process Student Representatives," Journal of The Korean Assocaition of Information Ecucation, vol. 10, no. 1, pp. 813-822, 2006.
S. Djanali, B. A. Pratomo, K. P. N. Cipto, A, Koesriputranto, and H. Studiawan, "Design and development of voting data security for electronic voting (E-Voting)," Information and Communication Technology (ICoICT), pp. 1-4, 2016.
P. S. Naidu, R. Kharat, R. Tekade, P. Mendhe, and V. Magade, "E-Voting System Using Visual Cryptography & Secure Multi-party Computation," International Conference on IEEE Computing Communication Control and automation (ICCUBEA), pp. 1-4, 2016.
S. Nakamoto. "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System" [Internet]. Available: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf.
Linke, and Bernhard, "Using the Elliptic Curve Digital Signature Algorithm effective", Embedded.com, 2014.
L. Luu, D. H. Chu, H. Olickel, P. Saxena, and A. Hobor, "Making smart contracts smarter," In Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, pp. 254-269, 2016.
N. Szabo, "The idea of smart contracts," Nick Szabo's Papers and Concise Tutorials, Available: http://szabo.best.vwh.net/smart_contracts_idea.html.
A. Kosba, A. Miller, E. Shi, Z. Wen, C. Papamanthou, "Hawk: The blockchain model of cryptography and privacy-preserving smart contracts," Security and Privacy(SP), 2016 IEEE Symposium on, pp. 839-858, 2016.
D. Shrier, J. Larossi, D. Sharma and A. Pentland. Blockchain & Transactions, Markets and Marketplaces [Internet]. Available: https://cdn.www.getsmarter.com/career-advice/wpcontent/uploads/2016/12/mit_blockchain_transactions_report.pdf.
L. Luu, V. Narayanan, and C. Zheng, "A Secure Sharding Protocol For Open Blockchains," In Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, pp. 17-30, 2016.
F. Tschorsch, and B. Scheuermann, "Bitcoin and beyond:A technical survey on decentralized digital currencies," IEEE Communications Surveys Tutorials, vol. 18, no. 3, pp. 2084-2123, 2016.

상세보기
S. Y. Oh, and C. H. Lee, "Block Chain Application Technology to Improve Reliability of Real Estate Market," The Journal of Society for e-Business Studies, vol. 22, no. 1, pp. 51-54, Feb. 2017.

원문보기 상세보기
H. W. Yoo, "A Study on Performance Improvement and Implementation of Electronic Voting System using, Blockchain," Master's Thesis, Ajou University, Korea, 2016.
A. Bahga, and V. K. Madisetti, "Blockchain platform for industrial Internet of Things," Journal of Software Engineering and Applications, vol. 9, no. 10, pp. 533-546, 2016.

상세보기
V. Buterin, "A next-generation smart contract and decentralized application platform" [Internet]. Available: https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper.
N. Kshetri, and J. Voas, "Blockchain-Enabled E-Voting," IEEE Software, vol. 35, no. 4, pp. 95-99, 2018.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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