基于区块链的安全电子投票系统，采用双锂认证与零知识证明验证技术

《Scientific Reports》：Secure electronic voting system based on blockchain with dilithium authentication and zero-knowledge proof verification

　　

摘要

电子投票已成为远程选举、机构决策、股东投票、公众咨询以及大规模基于互联网的民主参与中重要的数字治理机制。尽管其重要性日益凸显，但要实现安全的电子投票仍面临诸多挑战，因为一个实用的系统必须同时确保选民匿名性、验证选民资格、防止重复投票、保障选票完整性、支持公开审计，并维持可接受的交易处理速度。为应对这些挑战，本研究提出了一种基于区块链的后量子安全且能保护隐私的电子投票框架，该框架整合了Dilithium数字签名、零知识证明、基于无效化器的重复投票预防机制、加密选票提交功能、基于智能合约的选举规则执行机制，以及具备拜占庭容错能力的共识机制。在所提出的架构中，Dilithium签名用于对选民交易和验证者消息进行后量子认证，而零知识证明层则用于独立验证选民资格、候选人有效性、凭证所有权以及有效无效化器的生成，同时不会暴露选民身份或选票选择信息。Dilithium验证在交易认证层外部进行，而零知识电路则负责处理能够保护隐私的投票逻辑。每位选民在注册时只需本地生成私密凭证并提交公共承诺，从而降低基于权威的冒名顶替或身份与投票关联的风险。智能合约则负责验证相关证明、拒绝重复使用的无效化器、执行投票规则，并在受控的区块链账本上记录可审计的选举事件。实验评估表明，在压力测试条件下，该原型系统的平均处理速度可达每秒408笔交易，平均区块确认时间约为2.18秒。这些结果说明，该框架能够在受控的电子投票环境中，在后量子安全性、隐私保护、可验证性以及交易效率之间实现良好的平衡。