Lib.rs

Benaloh Challenge

实现了Benaloh Challenge（也称为交互式设备挑战），这是一种密码学技术，用于确保不可信设备的诚实性。虽然最初是在使用电子设备进行投票的背景下提出的，但它对于所有不可信的计算都很有用，除了使用RNG之外的计算。大多数密码学都属于这一类别。

有关该协议的更多详细信息，请在此处查看

• 通过选民发起的投票站审计确保选票投放的保证 by Josh Benaloh，2007 [pdf]
• 基于分布式账本技术的端到端可验证数字投票协议：Proof of Vote by Becker等人，2018 - 第3.2.7节 [pdf]

示例

use benaloh_challenge;
use rand::Rng;
use sha2::Sha256;
use rsa::padding::PaddingScheme;
use rsa::{PublicKey, RSAPrivateKey, RSAPublicKey};

// Untrusted computation that is deterministic with the exception of an RNG
// For this example we encrypt a vote for an election using RSA.
fn untrusted_computation<R: Rng>(rng: &mut R, key: &RSAPublicKey, message: &[u8]) -> Vec<u8> {
    let ciphertext = key.encrypt(rng, PaddingScheme::PKCS1v15, message).unwrap();
    return ciphertext;
};

let mut rng = rand::thread_rng();
let mut hasher = Sha256::new();
let public_key = RSAPrivateKey::new(&mut rng, 512).unwrap().to_public_key();
let vote = b"Barak Obama";

let mut challenge = benaloh_challenge::Challenge::new(&mut rng, |rng: _| {
    untrusted_computation(rng, &public_key, vote)
});

// Get the commitment
let commitment = challenge.commit(&mut hasher);

// Reveal the secret random factors used in the encryption. This also invalidates the results.
let revealed = challenge.challenge();

// Check the commitment on a different (trusted) device.
benaloh_challenge::check_commitment(&mut hasher, &commitment, &revealed, |rng: _| {
    untrusted_computation(rng, &public_key, vote)
})?;

// In a real voting application, the user would be given the choice to change their vote here.

// Get another commitment
challenge.commit(&mut hasher);

// We could challenge here again if we wanted
// but instead we get the results, discarding the random factors.
let ciphertext = challenge.into_results();

协议描述

此协议发生在用户、可信设备和不可信设备之间。在此示例中，用户将是Alice，可信设备将是她的手机，不可信设备将是投票机。投票机需要使用RNG（加密Alice的选票）进行一些不可信的计算，其细节需要保密，以便Alice不能向第三方证明她如何投票。然而，投票机需要向Alice保证它已正确加密选票且未更改她的选票，同时不让她知道它在加密中使用的秘密随机因素。

1. Alice在投票机上标记她的选票。

2. 当Alice完成时，投票机使用RNG的随机因素加密她的标记选票，并向Alice展示加密选票的单一哈希值（例如，通过QR码）。这个单一哈希值被称为承诺。投票机向Alice提供两个选项：她可以选择“投票”或“挑战”。

3. 如果Alice选择“投票”，则投票机将加密的选票写入磁盘，过程结束。

4. 如果Alice希望“挑战”，她将使用手机扫描承诺（加密选票的哈希值），并在投票机上选择“挑战”。

5. 投票机将标记好的选票和随机因素传输到Alice的手机（例如通过视频二维码）。手机通过重新计算承诺（使用标记好的选票和随机因素）来检查承诺，并将其与第4步中扫描的承诺进行比较。如果它们相同，投票机对其投票的加密是诚实的。如果不同，投票机作弊，现在已被抓住。

6. Alice检查手机上显示的标记好的选票与她输入投票机的选票是否相同。

7. Alice对投票机通过挑战感到满意后，返回第1步，（可选）重新标记她的选票。Alice可以重复协议，直到她按照第3步投出选票。

投票机必须在知道是否会受到挑战之前产生承诺。如果投票机试图作弊（更改选票），它不知道是否会受到挑战，或者选票是否会在它必须对加密选票的密文做出承诺之前被投出。这意味着投票机任何作弊尝试都将有可能被抓住。

在选举的背景下，Benaloh挑战确保系统性地作弊的投票机将以非常高的概率被发现。虽然更改极少数选票可能不会被察觉，但每次投票机作弊时，如果它误判用户可能选择何时挑战，它就有被抓住的风险。

贡献者

1. Patrick Hayes (linkedin) (github) - 可雇佣。