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Individual verifiability in electronic voting
Get PDFThis PhD Thesis is the fruit of the job of the author as a researcher at Scytl Secure Electronic Voting, as well as the collaboration with Paz Morillo, from the Department of Applied Mathematics at UPC and Alex Escala, PhD student.
In her job at Scytl, the author has participated in several electronic voting projects for national-level binding elections in different countries. The participation of the author covered from the protocol design phase, to the implementation phase by providing support to the development teams.
The thesis focuses on studying the mechanisms that can be provided to the voters, in order to examine and verify the processes executed in a remote electronic voting system. This work has been done as part of the tasks of the author at the electronic voting company Scytl. Although this thesis does not talk about system implementations, which are interesting by themselves, it is indeed focused on protocols which have had, or may have, an application in the real world. Therefore, it may surprise the reader by not using state of the art cryptography such as pairings or lattices, which still, although providing very interesting properties, cannot be efficiently implemented and used in a real system. Otherwise, the protocols presented in this thesis use standard and well-known cryptographic primitives, while providing new functionalities that can be applied in nowadays electronic voting systems.
The thesis has the following contents: A survey on electronic voting systems which provide voter verification functionalities. Among these systems we can find the one used in the Municipal and Parliamentary Norwegian elections of 2011 and 2013, and the system used in the Australian State of New South Wales for the General State Elections in 2015, in which the author has had an active participation in the design of their electronic voting protocols. A syntax which can be used for modeling electronic voting systems providing voter verifiability. This syntax is focused on systems characterized by the voter confirming the casting of her vote, after verifying some evidences provided by the protocol. Along with this syntax, definitions for the security properties required for such schemes are provided. A description of the electronic voting protocol and system which has been used in 2014 and 2015 elections in the Swiss Canton of Neuchâtel, which has individual verification functionalities, is also provided in this thesis, together with a formal analysis of the security properties of the scheme and further extensions of the protocol. Finally, two new protocols which provide new functionalities respect to those from the state of the art are proposed: A new protocol providing individual verifiability which allows voters to defend against coertion by generating fake proofs, and a protocol which makes a twist to individual verifiability by ensuring that all the processes executed by the voting device and the remote server are correct, without requiring an active verification from the voter. A formal analysis of the security properties of both protocols is provided, together with examples of implementation in real systems.Aquesta tesi és fruit de la feina de l'autora com a personal de recerca a la empresa Scytl Secure Electtronic Voting, així com de la col·laboració amb la Paz Morillo, del departament de matemàtica aplicada a la UPC, i el Alex Escala, estudiant de doctorat. A la feina a Scytl, l'autora ha participat a varis projectes de vot electrònic per a eleccions vinculants a nivell nacional, que s'han efectuat a varis països. La participació de la autora ha cobert tant la fase de disseny del protocol, com la fase de implementació, on ha proveït suport als equips de desenvolupament. La tesi estudia els mecanismes que es poden proporcionar als votants per a poder examinar i verificar els processos que s'executen en sistemes de vot electrònic. Tot i que la tesi no parla de la implementació dels sistemes de vot electrònic, sí que s'enfoca en protocols que han tingut, o poden tenir, una aplicació pràctica actualment. La tesi té els continguts següents: Un estudi en sistemes de vot electrònic que proporcionen funcionalitats per a que els votants verifiquin els processos. Entre aquests sistemes, trobem el que es va utilitzar a les eleccions municipals i parlamentàries a Noruega als anys 2011 i 2013, així com el sistema utilitzat a l'estat Australià de New South Wales, per a les eleccions generals de 2015, sistemes en els que l'autora ha participat directament en el diseny dels seus protocols criptogràfics. La tesi també conté una sintaxi que es pot utilizar per modelar sistemes de vot electrònic que proporcionen verificabilitat individual (on verifica el votant). Aquesta sintaxi s'enfoca en sistemes caracteritzats pel fet de que el votant confirma la emissió del seu vot un cop ha verificat unes evidències sobre ell, proporcionades pel protocol. A més de la sintaxi, es proporcionen definicions de les propietats de seguretat d'aquestts sistemes. La tesi també conté una descripció del sistema i protocol de vot electrònic que s'utilitza al cantó Suís de Neuchâtel a partir del 2014, el qual té funcionalitats per a que els votants verifiquin certs processos del sistema. La tesi a més conté un anàlisi de la seguretat de l'esquema, així com possibles extensions del protocol. Finalment, la tesi inclou dos protocols nous que proporcionen noves característiques i funcionalitats respecte als existents a l'estat de l'art de la tècnica. El primer permet a un votant defendre's de un coaccionador generant proves falses, i el segon fa un canvi de paradigma de la verificabilitat individual, de forma que el votant no ha de verificar certs processos per a saber que s'han efectuant correctament. La tesi inclou un anàlisi formal de les propietats de seguretat dels dos protocols, així com exemples de com podrien ser implementats en un escenari real.Postprint (published version
Protocolos para la seguridad de la información en eHealth: Criptografía en entornos mHeath
Get PDFAbstract.
The advance of technology has brought with it the evolution of tools in various fields,
among which the medical field stands out. Today’s medicine has tools that 30 years
ago were unthinkable making its functioning completely different. Thanks to this fusion
of medicine and technology new terms concerning this symbiosis, such as eHealth or
mHealth, may be found in our daily lives. Both users and all the areas that work in
the protection and performance of health and safety benefit from it. In this doctoral
thesis we have worked in several lines with the aim of improving information security in
several mHealth systems trying to make the proposed solutions extrapolable to other
environments. Firstly, a tool, supported by an expert system and using identity-based
encryption for the protection of patient information, for the diagnosis, treatment and
monitoring of children with attention deficit disorder is proposed. Second, a solution
focused on geared towards enhancing solutions for two of the fundamental problems
of medical data information security: the secure management of patient information
and the identification of patients within the hospital environment, is included. The
solution proposed for the identification problem is based on the use of NFC bracelets
that store an identifier associated with the patient and is generated through an HMAC
function. In the third work, the problem of identification is again analyzed, but this time
in emergency environments where no stable communication networks are present. It
also proposes a system for the classification of victims whose objective is to improve the
management of health resources in these scenarios. The fourth contribution is a system
for improving the traceability and management of small emergencies and everyday
events based on the use of blockchains. To conclude with the contributions of this
thesis, a cryptographic scheme which improves security in healthcare devices with little
computing capacity is presented.
The general aim of this thesis is providing improvements in current medicine through
mHealth systems, paying special attention to information security. Specifically,
measures for the protection of data integrity, identification, authentication and nonrepudiation
of information are included.
The completion of this doctoral thesis has been funded through a pre-doctoral FPI
grant from the Canary Islands Government.El avance de la tecnología ha traído consigo la evolución de herramientas en diversos ámbitos, entre ellos destaca el de la medicina. La medicina actual posee unas herramientas que hace 30 años eran impensables, lo que hace que su funcionamiento sea completamente diferente. Gracias a esta fusión de medicina y tecnología encontramos en nuestro día a día nuevos términos, como eHealth o mHealth, que hacen referencia a esta simbiosis, en la que se benefician tanto los usuarios, como todas las áreas que trabajan en la protección y actuación de la salud y seguridad de las mismas. En esta tesis doctoral se ha trabajado en varias líneas con el objetivo de mejorar la seguridad de la información en varios sistemas mHealth intentando que las soluciones propuestas sean extrapolables a otros entornos. En primer lugar se propone una herramienta destinada al diagnóstico, tratamiento y monitorización de niños con trastorno de déficit de atención que se apoya en un sistema experto y usa cifrado basado en identidad para la protección de la información de los pacientes. En segundo lugar, se incluye una solución centrada en aportar mejoras en dos de los problemas fundamentales de la seguridad de la información de los datos médicos: la gestión segura de la información de los pacientes y la identificación de los mismos dentro del entorno hospitalario. La solución planteada para el problema de identificación se basa en la utilización de pulseras NFC que almacenan un identificador asociado al paciente y que es generado a través de una función HMAC. En el tercer trabajo se analiza de nuevo el problema de identificación de las personas pero esta vez en entornos de emergencia en los que no se cuenta con redes de comunicaciones estables. Además se propone un sistema de clasificación de víctimas en dichos entornos cuyo objetivo es mejorar la gestión de recursos sanitarios en estos escenarios. Como cuarta aportación se presenta un sistema de mejora de la trazabilidad y de la gestión de pequeñas emergencias y eventos cotidianos basada en el uso de blockchain. Para terminar con las aportaciones de esta tesis, se presenta un esquema criptográfico que mejora los esquemas actuales de seguridad utilizados para dispositivos del entorno sanitario que poseen poca capacidad computacional.
La finalidad general perseguida en esta tesis es aportar mejoras al uso de la medicina actual a través de sistemas mHealth en los que se presta especial atención a la seguridad de la información. Concretamente se incluyen medidas para la protección de la integridad de los datos, identificación de personas, autenticación y no repudio
de la información.
La realización de esta tesis doctoral ha contando con financiación del Gobierno de Canarias a través de una beca predoctoral FPI
