Chương 1. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN. Hệ thống bầu cử trực tuyến. Tham khảo các bài báo khoa học liên quan.
So sánh các nghiên cứu. Công nghệ blockchain. Blockchain hoạt động như thế nào ?. Các tính chất của blockchain.
Các cơ chế đồng thuận trong blockchain. Một số loại cơ chế đồng thuận trong blockchain. Blockchain được sử dụng như thế nào?. Các tính năng của Ethereum.
Các loại tài khoản trên Ethereum. Ethereum hoạt động như thế nào ?. Ethereum Virtual Machine. Giải pháp mở rộng blockchain layer 2.
PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT. Bài toán bầu cử. Giải pháp cho hệ thống EVB. Vấn đề bầu cử.
Giải pháp đề xuất. Cách hệ thống EVB hoạt động. Dữ liệu thực nghiệm. Phương pháp thực nghiệm.
Kết quả thực nghiệm. Triển khai hệ thống. Sơ đồ use case của hệ thống. Cấu hình hệ thống.
Giao diện hệ thống. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Kết quả đạt được. Hướng phát triển.
40 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 41 DANH MỤC HÌNH Hình 3-1. Hình ảnh minh họa một mạng blockchain. Ảnh minh họa mạng tập trung (bên trái) và mạng phi tập trung (bên phải).
Mô hình hoạt động của hợp đồng thông minh. Mô hình hoạt động của toàn bộ hệ thống. Màn hình đăng nhập. Màn hình khởi tạo bầu cử.
Màn hình xem danh sách các cuộc bầu cử. Màn hình xem danh sách các đảng. Màn hình xem danh sách đại biểu (admin). Màn hình xem danh sách đại biểu (cử tri).
38 DANH MỤC BẢNG Bảng 2. Bảng so sánh các công trình nghiên cứu liên quan. So sánh các mạng blockchain. Bảng mô tả các trường dữ liệu sử dụng trong hệ thống.
Kết quả thực nghiệm trên hệ thống EVB.1 Bảng kết quả đạt được. 39 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa ZKP Zero-Knowledge Proof BSC Binance Smart Chain PoW Proof of Work PoS Proof of Stake PoB Proof of Burn EOA Externally owned account EVM Ethereum Virtual Machine IPFS InterPlanetary File System UX User Experience Dapp Decentralized application TÓM TẮT KHÓA LUẬN Hiện nay blockchain là một công nghệ khá nổi bật và đã thu hút được nhiều sự quan tâm của nhiều nghiên cứu trong thời gian vừa qua. Hướng nghiên cứu blockchain trong lĩnh vực chính phủ đang ngày càng được đầu tư phát triển, tạo ra một xu hướng mới trong lĩnh vực công. Tác giả đề xuất xây dựng hệ thống bầu cử trực tuyến EVB, sử dụng mạng Ethereum để tạo ra một hợp đồng thông minh trên nền tảng kỹ thuật số.
Hệ thống này đảm bảo độ tin cậy và tính bảo mật cao bằng cách quản lý dữ liệu bầu cử một cách minh bạch và bất biến. Kết quả thử nghiệm chứng minh tiềm năng về khả năng mở rộng của EVB bằng cách so sánh hiệu suất xử lý và chi phí trên các layer blockchain khác nhau, bao gồm layer 1 – Ethereum, layer 2 – Polygon và sidechain – BSC. Việc tích hợp cây Merkle giúp tăng cường bảo mật, kiểm soát số lượng người dùng và giảm chi phí đáng kể. Ngoài ra, với độ phức tạp tính toán của ứng dụng, việc áp dụng Optimistic Rollup cho thấy chuyển sang mạng blockchain lớp 2 là không cần thiết.
Tính năng account abstraction được áp dụng để giúp người sử dụng thanh toán, từ đó tạo điều kiện hỗ trợ phí giao dịch, đặt nền tảng cho việc mở rộng hệ thống bỏ phiếu EVB và trải nghiệm người dùng được cải thiện trên các nền tảng phi tập trung. Lý do chọn đề tài Trong thời gian gần gây, mảng công nghệ thông tin đang trên đà phát triển rất tốt, trong đó bỏ phiếu trực tuyến là đang rất được quan tâm và đầu tư nghiên cứu. Nó có tiềm năng lớn để giảm chi phí tổ chức và giúp gia tăng tỷ lệ tham gia bỏ phiếu. Nó loại bỏ nhu cầu in các lá phiếu hoặc mở các điểm bỏ phiếu, với kết nối internet ở bất cứ nơi đâu người tham gia vẫn có thể bỏ phiếu bầu của mình.
Ngoài các điểm lợi này, các giải pháp bỏ phiếu trực tuyến được xem xét hết sức thận trọng vì chúng đưa ra các mối đe dọa mới. Một lỗ hổng duy nhất có thể dẫn đến thao túng phiếu bầu quy mô lớn. Các hệ thống bỏ phiếu điện tử phải hợp pháp, tiện lợi, chính xác và an toàn khi dùng cho các cuộc bầu cử. Nhưng, kế hoạch áp dụng thực tế thể bị hạn chế bởi những bất cập tiềm ẩn liên quan đến hệ thống bỏ phiếu điện tử.
Công nghệ blockchain ra đời đã đưa ra giải pháp cải thiện được những vấn đề tồn động và nó có các nút phi tập trung cho bỏ phiếu trực tuyến, blockchain giúp tạo ra các hệ thống bỏ phiếu trực tuyến chủ yếu nhờ các lợi thế xác minh từ đầu đến cuối của chúng. Công nghệ là một hướng đi mới để khắc phục những hệ thống bỏ phiếu truyền thống với những lợi ích về mặt bảo mật, minh bạch và phân tán. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu sâu về các mô hình ứng dụng blockchain trong lĩnh vực áp dụng cho chính phủ. Dựa vào đó, tác giả đã dùng blockchain để tạo ra một ứng dụng bầu cử có thể áp dụng vào hệ thống bầu cử ở Hoa Kỳ.
Đối tượng nghiên cứu Các mô hình bầu cử, công nghệ blockchain, khả năng áp dụng, tính mở rộng của công nghệ blockchain và vấn đề về UX đối với những ứng dụng phi tập trung trên blockchain. Phạm vi nghiên cứu Các mô hình, hệ thống và ứng dụng dùng blockchain và các công nghệ trên blockchain để tạo ra một hệ thống bầu cử hoàn chỉnh. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2. Hệ thống bầu cử trực tuyến Các mô hình bầu cử trực tuyến dựa trên nền tảng blockchain đã được nghiên cứu từ rất lâu với mục tiêu tăng lượng cử tri đi bỏ phiếu và giảm thiểu chi phí: - ElectionBlock [7] là một hệ thống bầu cử sử dụng blockchain và tích hợp máy quét sinh trắc học, để duy trì tính toàn vẹn của phiếu bầu và phân biệt các cử tri đã đăng ký và chưa đăng ký.
- Nghiên cứu của Hong-Ning Dai và cộng sự [8] giới thiệu tổng quan về hệ thống bỏ phiếu trực tuyến dựa trên công nghệ block-chain. Nhìn vào những gì nghiên cứu đem lại, thấy được rằng blockchain có thể cải thiện cho các hệ thống bầu cử đang gặp phải các vấn đề là tôn trọng riêng tư và thời gian xử lý của hệ thống. - BCT-Voting [9] là hệ thống bỏ phiếu an toàn và bất biến để giải quyết 5 vấn đề chính của việc bầu cử - đề cử ứng viên, bảo mật danh tính cử tri, giả mạo phiếu bầu, đóng góp cho các đảng cử tri hoặc ứng cử viên, kiểm tra kết quả và nêu tên người chiến thắng. Ngoài những lợi ích đem lại, các nhà nghiên cứu cũng đã đưa ra những bất cập và khó khăn khi áp dụng công nghệ blockchain vào hệ thống bầu cử.
So với các nước đang phát triển, việc áp dụng blockchain vào bầu cử vẫn chỉ là mảng mới và cần được tìm hiểu và nghiên cứu thêm ở Việt Nam. Vì lẽ đó, tác giả xin đưa ra giải pháp mới của mình bằng hệ thống bầu cử EVB sử dụng nền tảng blockchain và chạy trên nhiều thực nghiệm để so sánh hiệu suất và chi phí thực hiện trên các mạng khác nhau và khi áp dụng cây Merkle, Optimism Rollup và account abstraction. Mô hình EVB có khả năng quản lý dữ liệu bầu cử so với các hệ thống tập trung, dựa trên mô hình bầu cử của Mỹ và thiết kế theo kiến trúc của blockchain, cơ sở dữ liệu phân tán và hợp đồng thông minh. Tham khảo các bài báo khoa học liên quan Blockchain for Electronic Voting System—Review and Open Research Challenges: Xây dựng hệ thống bầu cử trực tuyến dựa trên blockchain, có những điểm tốt hơn khi so với các giải pháp bỏ phiếu điện tử truyền thống như phân tán, không bác 3 ` bỏ và tính bảo mật cao.
Nêu ra công nghệ blockchain có thể giúp khắc phục các bất cập và khó khăn của các hệ thống bầu cử hiện tại. Mặt khác, vẫn còn nhiều vấn đề đối với các dapp như tôn trọng quyền riêng tư và tốc độ giao dịch. A Systematic Review of Challenges and Opportunities of Blockchain for E-Voting: Nghiên cứu về các hệ thống bỏ phiếu hiện tại dựa vào blockchain. Phân loại các vấn đề phổ biến chính thành 5 loại: tính chung, tính toàn vẹn, tiền số, sự đồng thuận.
Chỉ ra blockchain đem lại những giải pháp giúp giải quyết một số vấn đề quan trọng trong các hệ thống bầu cử hiện tại. Mặt khác, vẫn chỉ ra mặt hạn chế là tôn trọng sự riêng tư và thời gian xử lý. A Proposal of Blockchain-based Electronic Voting System: Đề xuất một hệ thống bỏ phiếu dựa trên blockchain. Chỉ ra các điểm mạnh của hệ thống được đề xuất như là an toàn và bảo mật cao.
Điểm yếu vẫn là về tốc độ xử lý. Blockchain-Based E-Voting System: Giới thiệu một hệ thống bỏ phiếu trực tuyến dựa trên blockchain áp dụng những lợi ích của nó là hợp đồng thông minh cho phép bảo mật và chi phí hợp lý nhưng vẫn giữ được sự riêng tư của cử tri. Sử dụng mạng Ethereum riêng tư, cho phép gửi hàng trăm giao dịch trên giây tới blockchain, tận dụng mọi khía cạnh của hợp đồng thông minh để giảm tải công việc cho blockchain từ đó làm gia tăng tốc độ xử lý. A Survey of Blockchain Based on E-voting Systems: Khảo sát các hệ thống bỏ phiếu dựa vào blockchain cho đến năm 2019.
Điểm tốt của các hệ thống này là về tính an toàn, sự minh bạch và cũng như là việc quản lý dữ liệu. Vẫn còn thử thách đặt ra cho những hệ thống đã được nêu ra là việc mở rộng, sự chấp thuận của cử tri và sự can thiệp của chính quyền vào cuộc bầu cử. So sánh các nghiên cứu Bảng 2. Bảng so sánh các công trình nghiên cứu liên quan.
Công nghệ blockchain 3. Blockchain là gì ? Block-chain giống như một nơi để lưu trữ dữ liệu, nhưng nó phân tán hay còn được gọi là sổ cái được công khai giữa các node trong mạng máy tính. Hiện tại ứng dụng nổi bật nhất của blockchain chính là tiền mã hóa (còn được gọi là tiền điện tử), ngoài ra nó cũng giúp cải thiện sự an toàn và phi tập trung cho hồ sơ giao dịch. Blockchain là thuật ngữ cho sự không thể thay đổi và nó được dùng để làm cho dữ liệu trong bất cứ ngành nào trở nên bất biến.