Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Công Nghệ Blockchain Cho Bầu Cử Điện Tử

• Tác giả: Nguyễn Văn Quyết
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Minh Tuấn
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Công Nghệ Blockchain Trong Bầu Cử Điện Tử
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẦU CỬ VÀ BẦU CỬ ĐIỆN TỬ
• 1.1. Giới thiệu chung về bầu cử và bầu cử tại Việt Nam
• 1.2. Giới thiệu về bầu cử truyền thống
• 1.2.1. Mô hình triển khai
• 1.2.2. Ưu nhược điểm của mô hình bầu cử truyền thống
• 1.3. Giới thiệu về bầu cử điện tử
• 1.3.1. Mô hình triển khai
• 1.3.2. Ưu nhược điểm của mô hình bầu cử điện tử
• 1.4. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: BLOCKCHAIN VÀ BẦU CỬ ĐIỆN TỬ
• 2.1. Giới thiệu về công nghệ blockchain
• 2.2. Cơ cở lý thuyết và nguyên tắc hoạt động của blockchain
• 2.2.1. Cơ sở lý thuyết
• 2.2.1.1. Hàm băm (Hash function)
• 2.3. Ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử
• 2.4. Yêu cầu của hệ thống bầu cử điện tử, mô hình an toàn và các khả năng tấn công vào hệ thống bầu cử điện tử
• 2.5. Giới thiệu mô hình ứng dụng blockchain cho bầu cử điện tử
• 2.6. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. Phân tích thiết kế hệ thống
• 3.2. Lựa chọn công nghệ và triển khai hệ thống
• 3.3. Xây dựng mô hình và kịch bản thử nghiệm
• 3.4. Một số kết quả, nhận xét và đánh giá
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Bầu Cử Điện Tử và Công Nghệ Blockchain

Bầu cử công khai là nền tảng của một quốc gia dân chủ, công bằng và minh bạch. Các phương pháp bầu cử truyền thống, như bỏ phiếu bằng giấy, đối mặt với nhiều hạn chế. Bầu cử điện tử (e-voting) đã giải quyết một số vấn đề này, nhưng vẫn tồn tại rủi ro về an ninh và gian lận. Công nghệ Blockchain nổi lên như một giải pháp tiềm năng để tăng cường tính bảo mật và minh bạch cho bầu cử điện tử. Đề tài "Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Blockchain cho bầu cử điện tử" nhằm giải quyết các vấn đề này, tập trung vào việc ngăn chặn sai lệch dữ liệu và các cuộc tấn công phá hoại kết quả bầu cử. Luận văn này sẽ đi sâu vào việc ứng dụng Blockchain để cải thiện quy trình bầu cử điện tử hiện tại.

1.1. Thực Trạng Bầu Cử Truyền Thống và Những Hạn Chế

Bầu cử bằng giấy, mặc dù phổ biến, gặp nhiều hạn chế như lãng phí tài nguyên, khó khăn trong triển khai ở vùng sâu vùng xa, và rủi ro về an ninh trong quá trình vận chuyển và kiểm phiếu. Bằng chứng là cuộc bầu cử ngày 17/04/2019 tại Indonesia, đã có ít nhất 92 nhân viên phục vụ bầu cử tử vong do làm việc quá tải và 374 người ngã bệnh vì mệt mỏi [1]. Những hạn chế này đặt ra thách thức lớn cho hệ thống bầu cử truyền thống. Việc sử dụng công nghệ Blockchain có thể giải quyết các vấn đề này.

1.2. Ưu Điểm và Nhược Điểm của Bầu Cử Điện Tử Hiện Tại

Bầu cử điện tử giải quyết được nhiều hạn chế của bầu cử truyền thống, cho phép cử tri bỏ phiếu từ xa và giảm thiểu nhân lực. Tuy nhiên, hệ thống máy chủ có thể bị tấn công và kết quả phiếu bầu có thể bị can thiệp. Vài năm trở lại đây, công nghệ Blockchain (khối chuỗi) nổi lên như một hiện tượng công nghệ với các tính năng ưu việt được dự đoán có thể làm thay đổi cuộc sống của chúng ta. Do đó, việc tích hợp Blockchain vào hệ thống bỏ phiếu điện tử là một hướng đi đầy hứa hẹn.

II. Công Nghệ Blockchain Giải Pháp Cho Bầu Cử An Toàn

Blockchain là một cơ sở dữ liệu phân cấp lưu trữ thông tin trong các khối, liên kết với nhau bằng mã băm. Nó được thiết kế để chống lại việc thay đổi dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn và minh bạch. Blockchain phù hợp để ghi lại các sự kiện, xử lý giao dịch, và xác minh danh tính. Việc này có tiềm năng giúp xóa bỏ các hậu quả lớn khi dữ liệu bị thay đổi trong bối cảnh thương mại toàn cầu [4]. Công nghệ Blockchain có thể được ứng dụng để tạo ra một hệ thống bầu cử điện tử an toàn, minh bạch và không thể gian lận.

2.1. Cơ Sở Lý Thuyết và Nguyên Tắc Hoạt Động Của Blockchain

Blockchain hoạt động dựa trên các nguyên tắc mã hóa, phân cấp và đồng thuận. Mỗi khối chứa thông tin về thời gian khởi tạo và liên kết tới khối trước đó. Hàm băm (hash function) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Hàm băm (hash function) là một giải thuật dùng để ánh xạ dữ liệu từ một kích thước bất kỳ sang một giá trị băm có kích thước cố định. Hàm băm là hàm một chiều (one way function), theo đó với mỗi giá trị đầu vào có thể dễ dàng tính ra giá trị băm nhưng không thể làm theo chiều ngược lại [8]. Việc sử dụng sổ cái phân tán và mã hóa giúp ngăn chặn các cuộc tấn công và đảm bảo tính bảo mật của hệ thống.

2.2. Các Loại Blockchain và Ứng Dụng Trong Bầu Cử Điện Tử

Có ba loại Blockchain chính: Public, Private và Consortium. Trong bầu cử điện tử, Blockchain riêng tư (Private) hoặc Consortium có thể phù hợp hơn để kiểm soát quyền truy cập và đảm bảo tuân thủ các quy định pháp luật. Với kiểu public, bất kỳ ai cũng có thể đọc và ghi dữ liệu trên blockchain, ví dụ về các ứng dụng đồng tiền ảo Bitcoin, Ethereum. Với kiểu private, người dùng chỉ có quyền đọc không có quyền ghi dữ liệu vào blockchain, chỉ có một bên thứ ba tin cậy được quyền ghi, ví dụ Ripple. Còn với kiểu Consortium bổ sung thêm sự kết hợp giữa bên thứ ba khi tham gia vào public hay private, ví dụ như các ngân hàng hay tổ chức tài chính liên doanh sử dụng blockchain cho riêng mình [6].

2.3. Hợp Đồng Thông Minh Smart Contracts Trong Bầu Cử

Hợp đồng thông minh là các đoạn mã tự động thực thi khi đáp ứng các điều kiện nhất định. Trong bầu cử, hợp đồng thông minh có thể được sử dụng để tự động kiểm phiếu, xác minh danh tính cử tri và đảm bảo tính minh bạch của quy trình. Hợp đồng thông minh thực ra chỉ là một chương trình nhỏ được lưu trữ trong một blockchain, Hợp đồng này được lập cho những người hỗ trợ (supporters) chuyển tiền cho nhóm dự án tạo sản phẩm họ kỳ vọng. Họ sẽ chuyển tiền vào dự án qua hợp đồng thông minh và hợp đồng này tự động chuyển tiền đến những người thực hiện. Khi dự án đến đích, tức kết thúc thì tiền sẽ tự động chuyển trở lại cho các người hỗ trợ.

III. Ứng Dụng Blockchain Mô Hình Bầu Cử Điện Tử An Toàn

Mô hình bầu cử điện tử sử dụng Blockchain bao gồm các giai đoạn: đăng ký cử tri, bỏ phiếu, kiểm phiếu và công bố kết quả. Mỗi giai đoạn đều được bảo vệ bởi các cơ chế bảo mật của Blockchain, đảm bảo tính toàn vẹn và minh bạch của dữ liệu. Việc sử dụng xác thực danh tính điện tử và mã hóa giúp ngăn chặn gian lận và bảo vệ quyền riêng tư của cử tri. Hệ thống này hứa hẹn mang lại một quy trình bầu cử công bằng và đáng tin cậy.

3.1. Thiết Kế Hệ Thống Bầu Cử Điện Tử Ứng Dụng Blockchain

Thiết kế hệ thống cần đảm bảo tính bảo mật, khả năng mở rộng và dễ sử dụng. Các thành phần chính bao gồm: ứng dụng cho cử tri, nền tảng Blockchain, và hệ thống quản lý bầu cử. Việc lựa chọn nền tảng Blockchain phù hợp là rất quan trọng, cần xem xét các yếu tố như hiệu suất, chi phí và khả năng tùy chỉnh. Hình 3.1: Thiết kế hệ thống mô hình bầu cử điện tử ứng dụng blockchain.

3.2. Quy Trình Đăng Ký Cử Tri và Xác Thực Danh Tính Điện Tử

Quy trình đăng ký cử tri cần đảm bảo tính chính xác và duy nhất của thông tin. Xác thực danh tính điện tử có thể được thực hiện thông qua nhiều phương pháp, như sử dụng chứng minh thư điện tử hoặc hệ thống sinh trắc học. Việc tích hợp với cơ sở dữ liệu quốc gia về dân cư có thể giúp tăng cường tính chính xác của thông tin cử tri.

3.3. Cơ Chế Bỏ Phiếu và Kiểm Phiếu An Toàn Trên Blockchain

Cơ chế bỏ phiếu cần đảm bảo tính ẩn danh của cử tri và tính toàn vẹn của phiếu bầu. Mỗi phiếu bầu được mã hóa và lưu trữ trên Blockchain. Quá trình kiểm phiếu được thực hiện tự động bởi hợp đồng thông minh, đảm bảo tính minh bạch và không thể gian lận. Cử tri có thể kiểm tra được phiếu bầu của họ đã thành công hay chưa

IV. Thử Nghiệm và Đánh Giá Hiệu Quả Mô Hình Bầu Cử Blockchain

Chương 3 của luận văn trình bày kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của mô hình bầu cử điện tử sử dụng Blockchain. Các thử nghiệm tập trung vào hiệu suất, tính bảo mật và khả năng mở rộng của hệ thống. Kết quả cho thấy Blockchain có tiềm năng lớn trong việc cải thiện quy trình bầu cử, nhưng cũng cần giải quyết một số thách thức về hiệu suất và chi phí.

4.1. Phân Tích Thiết Kế Hệ Thống và Lựa Chọn Công Nghệ

Việc lựa chọn công nghệ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tính bảo mật của hệ thống. Các công nghệ được sử dụng trong thử nghiệm bao gồm JavaEE và Multichain. Hình 3.2: Mô hình thiết kế hệ thống sử dụng JavaEE và Multichain. Cấu trúc mã nguồn của ứng dụng được trình bày trong Hình 3.3.

4.2. Xây Dựng Mô Hình và Kịch Bản Thử Nghiệm Bầu Cử

Mô hình thử nghiệm bao gồm các thành phần: cử tri, ứng viên, và hệ thống quản lý bầu cử. Kịch bản thử nghiệm bao gồm các giai đoạn: đăng ký cử tri, bỏ phiếu, kiểm phiếu và công bố kết quả. Các thử nghiệm được thực hiện với số lượng cử tri và ứng viên khác nhau để đánh giá khả năng mở rộng của hệ thống.

4.3. Kết Quả Thử Nghiệm và Đánh Giá Ưu Nhược Điểm

Kết quả thử nghiệm cho thấy Blockchain có thể đảm bảo tính toàn vẹn và minh bạch của dữ liệu bầu cử. Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống có thể bị ảnh hưởng bởi số lượng giao dịch lớn. Cần có các giải pháp tối ưu hóa để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí. Bảng 2.9: So sánh các hình thức bầu cử.

V. Thách Thức và Triển Vọng Ứng Dụng Blockchain Trong Bầu Cử

Việc triển khai Blockchain trong bầu cử đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm: quy định pháp luật, nhận thức của công chúng, và khả năng mở rộng của hệ thống. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ Blockchain và sự gia tăng nhận thức về tầm quan trọng của tính minh bạch và bảo mật, Blockchain có tiềm năng lớn trong việc thay đổi cách chúng ta thực hiện bầu cử.

5.1. Các Rào Cản Pháp Lý và Quy Định Liên Quan Đến Blockchain

Hiện tại, chưa có nhiều quy định pháp luật rõ ràng về việc sử dụng Blockchain trong bầu cử. Cần có sự hợp tác giữa các nhà lập pháp, các chuyên gia công nghệ và các tổ chức xã hội để xây dựng các quy định phù hợp, đảm bảo tính hợp pháp và an toàn của hệ thống.

5.2. Nâng Cao Nhận Thức Của Công Chúng Về Blockchain

Nhiều người vẫn chưa hiểu rõ về công nghệ Blockchain và tiềm năng của nó. Cần có các chương trình giáo dục và truyền thông để nâng cao nhận thức của công chúng về Blockchain và lợi ích của nó trong bầu cử.

5.3. Nghiên Cứu và Phát Triển Các Giải Pháp Blockchain Tối Ưu

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp Blockchain tối ưu cho bầu cử, tập trung vào việc cải thiện hiệu suất, giảm chi phí và tăng cường tính bảo mật. Việc hợp tác giữa các trường đại học, các viện nghiên cứu và các công ty công nghệ là rất quan trọng để đạt được mục tiêu này.

VI. Kết Luận Blockchain Cho Tương Lai Bầu Cử Minh Bạch Hơn

Blockchain mang lại nhiều tiềm năng cho việc cải thiện quy trình bầu cử, tăng cường tính minh bạch, bảo mật và công bằng. Mặc dù vẫn còn nhiều thách thức, nhưng với sự phát triển của công nghệ và sự hợp tác của các bên liên quan, Blockchain có thể đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một tương lai bầu cử đáng tin cậy hơn.

6.1. Tóm Tắt Các Ưu Điểm Của Blockchain Trong Bầu Cử

Blockchain giúp tăng cường tính minh bạch, bảo mật, và không thể gian lận của bầu cử. Nó cũng giúp giảm chi phí và tăng cường khả năng tiếp cận của cử tri. Việc sử dụng Blockchain có thể khôi phục niềm tin của công chúng vào hệ thống bầu cử.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ứng Dụng Blockchain

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống Blockchain, phát triển các giải pháp xác thực danh tính điện tử an toàn và tiện lợi, và xây dựng các quy định pháp luật phù hợp. Nghiên cứu về tính riêng tư trong bầu cử Blockchain cũng rất quan trọng.