## 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 (e-voting) đã trở thành xu hướng tất yếu nhằm nâng cao hiệu quả và tính minh bạch trong các cuộc bầu cử. 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 thiết kế phần cứng dựa trên vi điều khiển Arduino UNO và phần mềm ứng dụng các thuật toán mật mã như Elgamal và sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir. Mục tiêu chính là đảm bảo tính kiểm tra được, tính tự do trong lựa chọn và bảo mật cao cho hệ thống bỏ phiếu điện tử.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy ứng dụng công nghệ viễn thông vào lĩnh vực bầu cử, góp phần nâng cao tính minh bạch, giảm thiểu sai sót và gian lận trong quá trình bỏ phiếu. Đồng thời, hệ thống còn hướng tới việc giảm thiểu nhân lực và chi phí tổ chức bầu cử, phù hợp với xu thế phát triển Chính phủ điện tử tại Việt Nam.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Mật mã học**: Nghiên cứu các hệ mật mã đối xứng và bất đối xứng, đặc biệt là hệ mã hóa khóa công khai 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 kiểm tra được (Verifiability)
  - Tính tự do trong lựa chọn (Privacy)
  - Mã hóa xác suất (Probabilistic Encryption)
  - Chứng minh tương tác không tiết lộ tri thức (Zero-Knowledge Proof)
  - Hệ thống bỏ phiếu điện tử (E-voting System)

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu**: Tổng hợp tài liệu chuyên ngành về mật mã, kỹ thuật vi điều khiển, và các hệ thống bỏ phiếu điện tử hiện đại; khảo sát thực trạng bỏ phiếu điện tử tại Việt Nam và quốc tế.
- **Phương pháp phân tích**: Phân tích lý thuyết mật mã, mô phỏng thuật toán trên phần mềm Matlab, thiết kế và thi công hệ thống thử nghiệm với vi điều khiển Arduino UNO.
- **Timeline nghiên cứu**: 
  - Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp tài liệu (3 tháng)
  - Giai đoạn 2: Thiết kế mô hình và mô phỏng thuật toán (4 tháng)
  - Giai đoạn 3: Thi công hệ thống phần cứng và phần mềm (3 tháng)
  - Giai đoạn 4: Đánh giá kết quả và hoàn thiện luận văn (2 tháng)

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Tính đồng cấu của hệ mã Elgamal** cho phép tổng hợp các lá phiếu đã mã hóa mà không cần giải mã từng lá, giúp bảo vệ tính ẩn danh của cử tri và tăng tốc độ kiểm phiếu. Ví dụ, với 4 cử tri bỏ phiếu đồng ý/không đồng ý, hệ thống có thể tính tổng phiếu đồng ý mà không biết từng phiếu riêng lẻ.
- **Sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir** kết hợp với Elgamal giúp phân quyền kiểm phiếu, chỉ khi đủ số thành viên ban kiểm phiếu hợp tác mới có thể giải mã kết quả, giảm thiểu nguy cơ gian lận. Ví dụ, trong một cuộc bỏ phiếu chọn 2 trong 3 ứng viên, các mảnh khóa được phân phối cho từng thành viên kiểm phiếu, đảm bảo tính bảo mật và minh bạch.
- **Hệ thống thử nghiệm sử dụng vi điều khiển Arduino UNO** đã thành công trong việc thu thập và xử lý các lá phiếu mã hóa, kết quả kiểm phiếu được hiển thị trên website công khai, tăng tính minh bạch và dễ dàng kiểm tra.
- **Ưu điểm vượt trội của bỏ phiếu điện tử** so với phương pháp truyền thống được khẳng định qua việc giảm thiểu sai sót do thao tác thủ công, tăng tính tiện lợi khi cử tri có thể bỏ phiếu từ xa, và giảm nhân lực tổ chức bầu cử.

### Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng mật mã đồng cấu và sơ đồ chia sẻ bí mật là giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề bảo mật và minh bạch trong bỏ phiếu điện tử. So với các nghiên cứu trước đây chỉ dừng lại ở đề xuất lý thuyết, luận văn đã triển khai thành công mô hình thử nghiệm cụ thể, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của hệ thống.

Việc sử dụng vi điều khiển Arduino UNO giúp giảm chi phí và đơn giản hóa phần cứng, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Kết quả kiểm phiếu được công khai trên website giúp tăng cường sự giám sát của cử tri và các bên liên quan, nâng cao niềm tin vào kết quả bầu cử.

Các dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tổng hợp số phiếu đồng ý/không đồng ý, bảng phân phối mảnh khóa trong sơ đồ Shamir, và giao diện hiển thị kết quả trên website, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của hệ thống.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Triển khai thử nghiệm hệ thống bỏ phiếu điện tử tại các tổ chức, cơ quan nhà nước** nhằm đánh giá thực tế và hoàn thiện hệ thống, mục tiêu tăng tỷ lệ cử tri tham gia bỏ phiếu từ xa lên ít nhất 50% trong vòng 1 năm.
- **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 tính chính xác và an toàn trong quá trình bỏ phiếu, thực hiện trong 6 tháng đầu sau khi triển khai.
- **Phát triển phần mềm và phần cứng mở rộng, tích hợp các công nghệ mới** như blockchain để tăng cường tính minh bạch và bảo mật, hướng tới áp dụng trong các cuộc bầu cử quy mô lớn trong 2-3 năm tới.
- **Xây dựng khung pháp lý và quy định rõ ràng** về việc sử dụng bỏ phiếu điện tử, bảo vệ quyền lợi cử tri và đảm bảo tính hợp pháp của kết quả bầu cử, phối hợp với các cơ quan chức năng trong vòng 1 năm.
- **Tăng cường hợp tác nghiên cứu và trao đổi quốc tế** để cập nhật các công nghệ và phương pháp mới, nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống bỏ phiếu điện tử.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức bầu cử**: Nắm bắt công nghệ mới để áp dụng trong các cuộc bầu cử, nâng cao hiệu quả và tính minh bạch.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông, mật mã học**: Tham khảo mô hình ứng dụng mật mã trong thực tiễn, phát triển các nghiên cứu tiếp theo.
- **Doanh nghiệp công nghệ phát triển phần mềm và phần cứng cho hệ thống bỏ phiếu điện tử**: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và thuật toán mật mã tiên tiến vào sản phẩm.
- **Cử tri và người dân quan tâm đến công nghệ bầu cử**: Hiểu rõ về lợi ích và cách thức hoạt động của bỏ phiếu điện tử, tăng cường sự tin tưởng và tham gia.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Bỏ phiếu điện tử có đảm bảo tính bảo mật không?**  
   Có, hệ thống sử dụng các thuật toán mật mã khóa công khai như Elgamal và sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir để bảo vệ tính ẩn danh và ngăn chặn gian lận.

2. **Làm thế nào để đảm bảo mỗi cử tri chỉ bỏ phiếu một lần?**  
   Hệ thống có cơ chế định danh và xác thực cử tri qua ban đăng ký, đồng thời sử dụng chữ ký số và kiểm tra tính hợp lệ của lá phiếu.

3. **Có thể kiểm tra kết quả bỏ phiếu như thế nào?**  
   Kết quả được tổng hợp và công khai trên website, cử tri có thể kiểm tra lá phiếu của mình đã được tính hay chưa thông qua bảng niêm yết công khai.

4. **Hệ thống có phù hợp với các cuộc bầu cử quy mô lớn không?**  
   Hệ thống được thiết kế mở rộng và có thể tích hợp thêm các công nghệ mới để đáp ứng các cuộc bầu cử quy mô lớn trong tương lai.

5. **Làm sao để ngăn chặn việc bán phiếu bầu?**  
   Hệ thống sử dụng mã hóa xác suất và chứng minh tương tác không tiết lộ tri thức (zero-knowledge proof) để ngăn cử tri chứng minh lá phiếu của mình cho bên thứ ba.

## Kết luận

- Hệ thống bỏ phiếu điện tử sử dụng mật mã Elgamal và sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir đã được thiết kế và thử nghiệm thành công, giải quyết hiệu quả các bài toán bỏ phiếu có/không đồng ý và chọn L trong K.  
- Việc ứng dụng mật mã đồng cấu giúp bảo vệ tính ẩn danh và tăng tốc độ kiểm phiếu, đồng thời sơ đồ chia sẻ bí mật đảm bảo tính phân quyền trong kiểm phiếu.  
- Hệ thống phần cứng dựa trên vi điều khiển Arduino UNO và phần mềm tích hợp đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong thực tế.  
- Đề xuất triển khai thử nghiệm thực tế, hoàn thiện pháp lý và nâng cao nhận thức người dùng để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi.  
- Kêu gọi các cơ quan, tổ chức và nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển và ứng dụng công nghệ bỏ phiếu điện tử nhằm nâng cao chất lượng bầu cử và minh bạch xã hội.