E-voting protocol
----electing a University President
lucyh36@gmail.com
July 13id, 2011
Resource
• Person
– D. Chaum (mixnet in 1981)
– J. Benaloh (casting protocol in 1994)
– Ben Adida (Helios) Advances in Cryptographic Voting
• Paper
Systems, MIT, 2006
http://ben.adida.net/presentations/
– Internet voting, security and privacy
– Helios: web-based open audit voting(2009)
– Helios: electing a University President using Open-Audit
voting: Analysis of real-world use of Helios(2010)
– Secure electing voting—a framework(E2E)
– Exploiting the Client Vulnerabilities in Internet E-voting
Systems: Hacking Helios 2.0 as an Example
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Roadmap
• Problem and background
– Internet Voting, Security and Privacy
– Voting Security Overview
• Helios(2008-v1.0,2009-v2.0,2011-v3.1+)
– Web-based open-audit voting
– Electing an University President(March,2009)
– How to install Helios v3.1 in my own server
– Attack and Defense
• A possible end
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Internet voting, Security and
Law
Privacy
•
• Security
– Client
• Bug and OS（网页挂马攻击, PKI证书欺骗）
– Server
• Database(phishing 假冒投票网站)
– Network (redirect)
• DNS(DNS poisoning)
• BGP（路由欺骗）
• Route（放大攻击，IP欺骗，DHCP安全协议问题 ，
SYN洪泛，UDP洪泛，TCP RST攻击，TCP会话劫持，
路由欺骗）
• Privacy
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Background
• E-voting history
– Greece
– Paper ballots
– Voting machine
– Internet and real world voting(March, 2009)
• ?US president(Bush), Diebold, 2000 (KohnoStubblefield-Rubin-Wallach)
• Helios2.0: web-based open audit voting system
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Voting Security Overview
黄蓉心仪：郭靖
欧阳锋(A Coercer)：欧阳克
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Helios: open-audit e-voting system
• Problem
– How to get a result by voting?
– Chain of custody
– Low-coercion (胁迫性)
• Technical concept
– MixNet (Server, protect the relationship by crypt)
– Benaloh casting protocol(audit back-end counting)
• Moving the black box
– Zero-knowledge proof
• Verify operations on encrypted data
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Problem
黄蓉选：黄药师
郭靖选：洪七公
欧阳克选：欧阳锋
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Truly Verifiable Voting
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Keep secret data Open the black box
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•
•
•
•
•
Helios
2.0
Hardware and software
– Linux, MS, MacOS
– Web browser(Safari2/3, Firefox 2.0/3.0, IE6/7/8,
Chrom1.0)+JavaScript (Client)
– Free/open source software stack(v2.0),
python(Django web toolkit for python) Postgre SQL
database
– PHP(v3.1 server)
http://heliosvoting .org (registered by facebook or
google)
Zero-Knowledge Proof
MixNet
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Benaloh Casting
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From Helios 1.0 to 2.0
http://code.google.com/appengine/
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The voting website was successfully tested on Linux,
Mac OSX and Windows with the
Firefox 2 and 3, Internet Explorer 6, 7 and 8, Safari 2
and 3, and Chrome 1 web browsers.
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Helios: electing a university
president in real world
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Helios
--Attacks and Defense
• Estehgari-Desmedt, August 2010
– http://www.cs.ucl.ac.uk/staff/y.desmedt/slides/H
acking-Helios2.pdf
– http://www.usenix.org/event/evtwote10/tech/full
0papers/Estehgari.pdf
• Wikströn and Smyth-Cortier, December 2010
– http://www.di.ens.fr/cryptoSeminaire.html/#Atta
cking_ballot_secrecy_in_Heli
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Helios: Response
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Helios: Response
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Helios: how to install(1)
• How to install Helios v3.1 in my own server
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Helios: how to install(2)
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Helios: how to install(3)
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Helios: how to install(4)
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Helios: how to install(5)
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Helios: how to install(6)
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回顾金庸原著与83版华山论剑
• 第一局
– 洪七公、黄药师、郭靖
– 郭靖胜出
• 第二局
– 欧阳锋、洪七公+黄药师+郭靖
– 欧阳锋胜出
• 结局
– 黄蓉给欧阳锋设的局
– 一个哲学问题 ： “我 是 谁”
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候选人的竞选宣言
• 洪七公（计算机系主任）
– 大学教育
• 黄药师（数学系主任 ）
– 学科建设
• 欧阳锋（化学系主任）
– 千万别出事
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投票系统使用前的对决
• 黄蓉（计算机系网络安全博士）
– 准备了一批基于硬件虚拟化的机器供有意使用
官方机器的投票者使用
• 去掉原有硬盘、关掉无线与远程控制功能
• 修补漏洞与软件更新
– 多个物理独立的服务器分别完成注册、发票与
计票工作
– 投票系统上线测试一个月
• 食堂门前、教室BBS、电梯间内广发宣传册
– 学习相关法律文件，检查隐私权保护及密钥使
用权限
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投票系统使用前的宣传工作
• 校园内宣传选举时间及系统使用演示视频
– 午饭时间（食堂内电视）
– 教室墙壁张贴打印版
– 论坛BBS公开源代码
• 注册时间可选且可试用测试投票系统
• 投票时间机动可选
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投票系统使用前的对决
• 欧阳克在软件测试与投票人注册时可访问
系统间隙的工作
– 邮箱、URL挂马
– 办公软件（文档编辑）漏洞挂马
– cookie
– 网页挂马
– 利用自动更新功能于后台分版分步下载恶意软
件
– 篡改投票内容（引入另一链接）
– 改变候选人的竞选宣言的链接
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故事接龙之投票网站攻与防
• 华筝（来自M大的交流学生）/梅超风（计
算机系研究生）
– 伪装成victim/HoneyPot诱出攻击者
– 跟踪IP地址找到攻击机来源并入侵到攻击者机
器中
– 利用自动更新系统收集rootkit代码数据并转交
郭靖（程序比特位对齐技术已获专利）
• 郭靖的防御（网络管理员）
– 购置并学习使用网络流量实时监控协议分析仪
– 依据攻击代码，修改程序
– 投票系统正式上线前一天晚上完成代码优化工
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作
投票系统上线前的准备工作
• A set of secured client machines for voters
who wished to use an official voting machine
– 供投票者使用的开放实验室机房（基于ZEN的
虚拟机系统 ）
– 紧急调用具有干净系统的备用机器（客户端）
• Implemented its own, high-speed, offline
tallier and verifier
• 密钥产生过程（专家现场监督与断网专用
机）
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故事接龙之投票网站攻与防
• 候选人
– 洪七公、黄药师、欧阳锋
• 投票人
– 全校教师、学生、工作人员、技术人员
• 黄蓉的纠结
– 弃权？
– 一人一票？东邪？洪七公
– 一人三票：郭靖、东邪、洪七公（下一步工作）
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T 大校长选举
• 遴选什么样的校长
– 一流的教育家
• 个人成就
• 门下桃李（黄蓉、郭靖）
• 同辈
– 南帝、东邪、老顽童
– 西毒
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