## Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và viễn thông, việc ứng dụng bỏ phiếu điện tử đã trở thành xu hướng tất yếu nhằm nâng cao hiệu quả và tính minh bạch trong các cuộc bầu cử và biểu quyết. Theo ước tính, khoảng 30% cử tri tại Mỹ đã sử dụng máy bỏ phiếu điện tử trong các cuộc bầu cử gần đây, cho thấy sự phổ biến và tiềm năng của phương thức này. Tuy nhiên, tại Việt Nam, bỏ phiếu điện tử vẫn còn nhiều hạn chế, chủ yếu do vấn đề bảo mật, chi phí đầu tư và nhận thức của người dân.

Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng hệ thống bỏ phiếu điện tử sử dụng mật mã nhằm giải quyết hai bài toán phổ biến: bỏ phiếu có/không đồng ý và bỏ phiếu chọn L trong K. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc thiết kế kiến trúc phần cứng dựa trên vi điều khiển Arduino UNO và phát triển phần mềm ứng dụng các thuật toán mật mã như Elgamal và sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 2019 đến 2020 tại Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.

Mục tiêu của nghiên cứu là đảm bảo tính kiểm tra được, tính tự do trong lựa chọn và bảo mật cao cho hệ thống bỏ phiếu điện tử, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ trong các hoạt động dân chủ, giảm thiểu sai sót và gian lận trong bầu cử.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Mật mã học hiện đại**: Nghiên cứu các hệ mật mã khóa công khai, đặc biệt là hệ mã hóa Elgamal với tính chất đồng cấu, cho phép thực hiện các phép toán trên bản mã mà không cần giải mã từng lá phiếu.
- **Sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir**: Phương pháp phân chia khóa bí mật thành nhiều phần, chỉ khi đủ số lượng thành viên hợp tác mới có thể khôi phục khóa, đảm bảo tính phân quyền trong kiểm phiếu.
- **Các khái niệm chính**:
  - *Tính đồng cấu (Homomorphic encryption)*: Cho phép tổng hợp các phiếu bầu đã mã hóa mà không cần giải mã từng phiếu.
  - *Tính ẩn danh và bảo mật*: Đảm bảo không ai biết được nội dung phiếu bầu của từng cử tri.
  - *Chứng minh không tiết lộ tri thức (Zero-knowledge proof)*: Giúp cử tri xác nhận phiếu bầu được xử lý đúng mà không tiết lộ nội dung.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu**: Tổng hợp tài liệu chuyên ngành về mật mã, bỏ phiếu điện tử, và các hệ thống bỏ phiếu hiện đại; khảo sát thực tế các hệ thống bỏ phiếu điện tử tại Mỹ và một số nước phát triển.
- **Phương pháp phân tích**: Phân tích lý thuyết về các thuật toán mật mã, mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab, thiết kế và thi công mô hình thử nghiệm với phần cứng Arduino UNO.
- **Timeline nghiên cứu**: 
  - Năm 2019: Nghiên cứu lý thuyết, khảo sát thực trạng.
  - Đầu năm 2020: Thiết kế hệ thống, phát triển phần mềm.
  - Giữa năm 2020: Mô phỏng và thử nghiệm thực tế.
  - Cuối năm 2020: Đánh giá kết quả và hoàn thiện luận văn.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Tính đồng cấu của hệ mã Elgamal** cho phép tổng hợp các phiếu bầu đã mã hóa mà không cần giải mã từng phiếu, giúp bảo vệ tính ẩn danh và tăng tốc độ kiểm phiếu. Ví dụ, trong bài toán bỏ phiếu đồng ý/không đồng ý, tổng số phiếu đồng ý được tính trực tiếp từ các bản mã với độ chính xác trên 99%.
- **Sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir kết hợp với Elgamal** giải quyết hiệu quả bài toán bỏ phiếu chọn L trong K, đảm bảo chỉ khi đủ số thành viên ban kiểm phiếu hợp tác mới có thể giải mã kết quả, tăng cường tính phân quyền và bảo mật.
- **Mô hình thử nghiệm với Arduino UNO** cho thấy hệ thống có khả năng thu thập và xử lý phiếu bầu mã hóa qua thiết bị di động và website, đáp ứng yêu cầu về tính toàn vẹn và xác thực của lá phiếu.
- **Tính ẩn danh và chống bán phiếu** được đảm bảo nhờ mã hóa xác suất và chứng minh không tiết lộ tri thức, ngăn cản cử tri chứng minh được nội dung phiếu bầu của mình.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của hệ thống là sự kết hợp hiệu quả giữa các thuật toán mật mã hiện đại và thiết kế phần cứng phù hợp. So với các nghiên cứu trước đây chỉ dừng lại ở đề xuất lý thuyết, luận văn đã triển khai mô hình thực nghiệm cụ thể, chứng minh tính khả thi và hiệu quả. Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh thời gian xử lý phiếu bầu truyền thống và phiếu bầu điện tử, cũng như bảng thống kê tỷ lệ sai sót và gian lận giảm đáng kể.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao tính bảo mật và minh bạch trong bầu cử mà còn góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ viễn thông trong quản lý nhà nước và xã hội dân sự.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Triển khai hệ thống bỏ phiếu điện tử trên quy mô rộng** nhằm tăng tỷ lệ cử tri tham gia, đặc biệt tại các vùng sâu vùng xa, với mục tiêu tăng 20% số cử tri tham gia trong vòng 2 năm tới.
- **Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ và cử tri** về lợi ích và cách sử dụng hệ thống bỏ phiếu điện tử, đảm bảo 100% cán bộ liên quan được huấn luyện trong 12 tháng.
- **Tăng cường đầu tư hạ tầng công nghệ thông tin** để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, an toàn, với ngân sách dự kiến tăng khoảng 30% so với hiện tại trong 3 năm tới.
- **Phát triển các ứng dụng di động và web thân thiện** để người dùng dễ dàng tiếp cận và sử dụng, hướng tới mục tiêu 90% cử tri có thể bỏ phiếu qua thiết bị di động trong 1 năm.
- **Xây dựng chính sách pháp lý và quy trình kiểm soát chặt chẽ** nhằm bảo vệ quyền riêng tư và ngăn ngừa gian lận, hoàn thiện trong vòng 18 tháng.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức bầu cử**: Áp dụng hệ thống để nâng cao hiệu quả và minh bạch trong các cuộc bầu cử chính thức.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông, an toàn thông tin**: Tham khảo mô hình mật mã ứng dụng thực tiễn trong bỏ phiếu điện tử.
- **Doanh nghiệp phát triển phần mềm và thiết bị công nghệ**: Phát triển sản phẩm dựa trên nền tảng mật mã và vi điều khiển Arduino.
- **Tổ chức phi chính phủ và các tổ chức xã hội dân sự**: Nâng cao nhận thức và hỗ trợ triển khai các hình thức bỏ phiếu điện tử trong các hoạt động dân chủ.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Bỏ phiếu điện tử có đảm bảo tính bảo mật không?**  
   Hệ thống sử dụng mã hóa đồng cấu Elgamal và sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir, đảm bảo tính ẩn danh và phân quyền kiểm phiếu, ngăn ngừa gian lận và bảo vệ quyền riêng tư của cử tri.

2. **Làm thế nào để kiểm tra tính đúng đắn của phiếu bầu?**  
   Mỗi cử tri có thể kiểm tra phiếu của mình đã được tính thông qua bảng niêm yết công khai và các chứng minh không tiết lộ tri thức, đảm bảo tính kiểm tra được.

3. **Hệ thống có phù hợp với các cuộc bầu cử quy mô lớn không?**  
   Mô hình đã được mô phỏng và thử nghiệm với số lượng cử tri lớn, có khả năng mở rộng và tích hợp với các thiết bị di động và website.

4. **Có thể sử dụng hệ thống này cho các loại bỏ phiếu khác nhau không?**  
   Hệ thống hỗ trợ cả bài toán bỏ phiếu có/không đồng ý và bỏ phiếu chọn L trong K, phù hợp với nhiều hình thức bầu cử và biểu quyết.

5. **Chi phí triển khai hệ thống có cao không?**  
   Sử dụng phần cứng vi điều khiển Arduino UNO và phần mềm mã nguồn mở giúp giảm chi phí đầu tư, đồng thời tiết kiệm nhân lực và thời gian so với phương pháp truyền thống.

## Kết luận

- Hệ thống bỏ phiếu điện tử sử dụng mật mã Elgamal và sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir đảm bảo tính bảo mật, ẩn danh và phân quyền kiểm phiếu.  
- Mô hình thử nghiệm với Arduino UNO và phần mềm đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong thực tế.  
- Nghiên cứu góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ trong các hoạt động dân chủ và quản lý nhà nước.  
- Đề xuất triển khai rộng rãi, đào tạo và hoàn thiện hạ tầng công nghệ để nâng cao tỷ lệ cử tri tham gia.  
- Khuyến khích các cơ quan, tổ chức và doanh nghiệp liên quan nghiên cứu và áp dụng để phát triển hệ thống bỏ phiếu điện tử hiện đại, an toàn.

Hãy hành động ngay hôm nay để xây dựng một hệ thống bầu cử minh bạch, an toàn và hiệu quả cho tương lai!