エンドツーエンドの監査可能な投票

エンドツーエンド監査可能またはエンドツーエンド投票者検証可能（E2E）システムは、厳格な整合性特性と強力な改ざん耐性を備えた投票システムです。E2Eシステムは暗号化技術を使用して、投票者がどの候補者を支持したかを外部に明らかにすることなく、投票が投じられた通りにカウントされたことを検証できる領収書を投票者に提供します。そのため、これらのシステムは領収書ベースのシステムと呼ばれることもあります。^[1]

電子投票システムは、一連の手順で最終的な投票総数を算出します。

1. 有権者は電子的または手動で投票する。
2. 投票記録を集計して合計を算出し、
3. 選挙区や郡レベルなど、地方レベルで選挙が行われる場合、各レベルの結果が統合されて最終集計が行われます。

選挙の完全性に対する従来のアプローチは、投票者の意図から最終的な合計に至るまで、各ステップのセキュリティを個別に確保することに重点を置いています。このようなアプローチは、ローカルに焦点を当てているため、一部の脆弱性を見逃し、他の脆弱性を過度に保護する可能性があるため、分散システムの設計者には一般的に好まれていません。代替案は、チェーン全体の完全性を証明するように設計されたエンドツーエンドの対策を使用することです。 ^[2]

選挙の公正性を包括的にカバーするには、多くの場合、複数の段階が必要です。有権者は、投票用紙に意図したとおりに記入したことを確認することが求められ、記入した投票用紙から投票箱の合計数までのステップを保護するために再集計または監査が行われ、すべての小計を公表することで、全体の合計が投票箱の合計数を正しく合計していることを公に検証できます。^[3]従来の投票制度はこの基準を満たしておらず、結果として、どの時点でも投票が改ざんされていないことを決定的に証明することはできません。代わりに、有権者と監査人は、個々のステップが完全に安全であることを確認する必要がありますが、これは困難な場合があり、多くの障害点をもたらします。^[4]

投票者による紙の監査証跡や手作業による再集計などの手段は、いくつかの手順の有効性を測るものであるが、物理的な投票箱や電子投票箱の整合性を測るには弱い手段にすぎない。投票用紙は、検出されることなく削除、差し替え、またはマークの追加が行われる可能性がある（つまり、投票数の少ない選挙戦を望ましい候補者の票で埋めたり、望ましくない候補者の票を過剰に投票して無効にしたりする）。この欠点が、ここで説明するエンドツーエンドの監査可能な投票システム（E2E投票システムと呼ばれることもある）の開発の動機となった。これらは、投票者の投票から選挙結果までの経路全体を、わずか2つの手段でカバーしようとするものである。

• 個人の検証可能性。これにより、どの有権者も自分の投票用紙が電子投票箱に正しく記入されているかどうかを確認できる。
• 普遍的な検証可能性。これにより、投票箱内のすべての投票が正しく数えられたことを誰でも確認することができます。

秘密投票の権利の重要性のため、ほとんどの E2E 投票制度では、受領書不要という 3 番目の要件も満たそうとします。

• いかなる有権者も、自分が第三者にどのように投票したかを証明することはできません。

当初、両方の特性を組み合わせることは不可能であると考えられていました。^[5]しかし、その後のさらなる研究により、これらの特性は共存可能であることが示されました。^[6]選挙支援委員会が公布した2005年の自主投票システムガイドラインでは、両方の特性が組み合わされています。^[7]この定義は、学術文献でも主流です。^{[8] [9] [10] [11]}

投票の水増しに対処するために、以下の措置を講じることができます。

• 資格の検証可能性。これにより、集計されたすべての投票が登録有権者によって投じられたものであることを誰でも確認できる。^{[引用が必要]}

あるいは、投票用紙の水増しに関する主張は、手元にある投票用紙の数と投票したと記録された登録有権者の数を比較し、登録および投票用紙配布システムの他の側面を監査することによって外部的に検証することができます。

E2E監査可能性のサポートは、対面選挙で使用した過去の経験に基づいており、多くの専門家はインターネット経由の遠隔投票の要件としても見ています。 ^[12]

2004年、デイビッド・ショームは視覚的暗号法を使用して、各有権者が自分の投票が適切に行われ、正確に集計されたことを確認できるソリューションを提案した。^[13]有権者が候補者を選択すると、投票機が2枚の透明フィルムに特別にフォーマットされた投票用紙を印刷する。層を重ねると、人間が読める形の投票が表示される。ただし、各透明フィルムは視覚的暗号法の一種で暗号化されているため、復号化しない限り、透明フィルムだけでは情報は明らかにならない。有権者は投票所で破棄する層を1つ選択する。投票機はもう一方の層の電子コピーを保持し、物理的なコピーを領収書として渡し、電子投票が後で変更されていないことを有権者が確認できるようにする。システムは有権者の投票用紙の変更を検出し、ミックスネット復号法^[14]を使用して各投票が正確に数えられているかどうかをチェックする。サストリー、カーロフ、ワグナーは、ショームとVoteHereの暗号化ソリューションの両方に問題があると指摘した。^[15]

チャウムのチームはその後、より強力なセキュリティ特性を持ち、よりシンプルな紙の投票用紙を使用するパンチスキャンを開発した。 ^[16]紙の投票用紙に投票が行われ、その後、プライバシーを保護する投票用紙の部分が光学スキャナーでスキャンされる。

ピーター・ライアンが考案したプレタ・ヴォーター方式は、候補者の順序をシャッフルし、従来の混合ネットワークを使用する。パンチスキャン方式と同様に、投票は紙の投票用紙で行われ、投票用紙の一部がスキャンされる。

ベン・アディダが発明したスクラッチ・アンド・ボート・システムは、スクラッチ面を使用して、投票用紙の印刷が正しいかどうかを確認するために使用できる暗号化情報を隠します。^[17]

Ron Rivestによって発明されたThreeBallot投票プロトコルは、暗号化を使用せずに暗号化投票システムの利点の一部を提供するように設計されています。提示されたバージョンでは電子検証が必要ですが、原理的には紙に実装できます。

ScantegrityおよびScantegrity IIシステムは E2E プロパティを提供します。これまでのすべての例のように投票システム全体を置き換えるのではなく、既存の光学スキャン投票システムのアドオンとして機能し、リスク制限監査に適した従来の投票者検証可能な紙の投票用紙を作成します。Scantegrity II は目に見えないインクを採用しており、Chaum、Rivest、Ryan を含むチームによって開発されました。

STAR-Voteシステム^[18]は、テキサス州で5番目に人口が多く、州都オースティンがあるトラビス郡のために定義されました。^[19]これは、E2Eシステムと従来の監査可能な紙の投票用紙（この場合は投票マーキングデバイスによって作成）を組み合わせる別の方法を示しました。^[20]プロジェクトは2016年に詳細な仕様と提案依頼書を作成し、すべてのコンポーネントの入札を受けましたが、EAC認定の投票を持つ既存の請負業者は、RFPで要求されているように、新しい暗号化オープンソースコンポーネントで動作するようにシステムを適応させることを望んでいませんでした。^{[21] [22]}

STAR-Vote の経験を基に、Microsoftの Josh Benaloh は、既存の投票システムと組み合わせて E2E サポートを追加できるソフトウェア開発キットであるElectionGuard の設計と開発を主導しました。投票システムは、投票者の選択を解釈し、さらに処理するために保存してから、ElectionGuard を呼び出して、これらの解釈を暗号化し、投票者用の領収書を印刷します。領収書には、暗号化された解釈に対応する番号があります。投票者は、投票を否認 (無効にする) して、再度投票することができます。その後、政党などの独立した情報源が、番号が付けられた暗号化された投票用紙のファイルを入手し、暗号化されたファイル上のさまざまな選挙を合計して、選挙の合計と一致するかどうかを確認できます。投票者は、それらの独立した情報源に、投票者の領収書の番号がファイルにあるかどうかを尋ねることができます。十分な数の投票者が、自分の番号がファイルにあることを確認した場合、投票用紙が省略されているかどうかがわかります。有権者は無効投票の暗号解読された内容を入手し、投票者がその投票用紙に記載されていたと記憶している内容と正確に一致するかどうかを判断できる。投票者は投票済み投票の暗号解読されたコピーを入手できないため、票の売買は防止される。十分な数の有権者が無効投票をチェックすれば、暗号の誤りが明らかになる。^{[23] [24]} ElectionGuard は、従来の記録で検出しなければならない投票用紙の不正操作を検出しない。投票用紙が紛失した、または誤って解釈されたと主張して領収書を偽造する人も検出しない。選挙管理官は、主張された誤りをどのように追跡するか、調査を開始するのに何件必要か、調査方法、誤りからの回復方法を決定する必要があるが、州法では職員に措置を講じる権限を与えない可能性がある。^[24] ElectionGuard は、区別のない合計を除き、記名投票を集計しない。過剰投票とは互換性がない。^{[23] [24] [25]}

メリーランド州タコマパーク市は2009年と2011年の市選挙でスキャンテグリティIIを使用した。 ^{[26] [27]}

ヘリオスは2009年以来、いくつかの組織や大学で総選挙、役員選挙、生徒会選挙に使用されています。^{[28] [29]}

ウォンバット投票は、2011年と2012年に私立研究大学であるインターディシプリナリーセンターヘルツリーヤの学生会選挙で使用されたほか、^{[30] [31]} 、 2012年にはイスラエルの政党メレツの予備選挙でも使用されました。 ^[32]

Prêt à Voterの改良版は、オーストラリアの2014年ビクトリア州選挙でvVote投票所電子投票システムの一部として使用されました。^[33]

ElectionGuardはVotingWorksの投票システムと統合され、 2020年2月18日に行われたウィスコンシン州フルトンの春の予備選挙で使用されました。^[34]

DRE -ipシステムは、2019年5月2日にイギリス地方選挙の一環としてゲーツヘッドの投票所で試験的に導入された。^{[35] [36]}

• アダー^[37]
• ヘリオス^[38]
• 投票者
• パンチスキャン
• スキャンテグリティー
• ウォンバット投票^[39]
• スリーバロット
• ビンゴ投票
• 準同型秘密分散
• DRE-i ^[40]（事前計算に基づく集計権限のないE2E検証可能電子投票）
• DRE-ip ^[41]（リアルタイム計算に基づく集計権限のないE2E検証可能電子投票）
• 議会投票X ^{[42] [43] [44]}

• 暗号による選挙の検証 — Ben Adida の 90 分間の技術講演のビデオ
• Helios: Web ベースのオープン監査投票 — Ben Adida の Helios Web サイトを説明する PDF
• Helios 投票システム Web サイト
• シンプルで監査可能な匿名投票制度
• 投票所での投票および検証システムの研究 — 監視環境における既存の電子投票システムとその検証システムのレビュー。

• 2020年のMITメディアラボのエンドツーエンドの検証可能な投票システムに関する記事にはブロックチェーンについての議論も含まれている
• 完全に秘密の投票 — エコノミストの記事