电子投票背后的密码学及其局限：纸质选票为何仍不可替代

Fredrik Dahlgren 2026年11月3日 密码学、隐私、零知识证明 页面内容 电子投票面临的挑战 电子投票系统的设计与密码学防护机制解析：保护选民隐私 防范投票客户端被攻破 防范后端被攻破 密码学能解决纸质选票无法独自解决的问题：端到端可验证性 我们短期内不会取代纸质选票 在今天的美国中期选举中，数百万美国人将参与投票，其中大多数人会使用纸质选票。纸质选票受到严格的监管链协议保护，某些情况下还会接受统计审计。你可能会想：既然银行、报税和文件签署等事务都已告别纸质的遗留系统、全面实现电子化，为什么我们的选举和投票系统还在用纸？简短的回答是：安全。

这对一些人来说可能出乎意料。毕竟，密码学和其他安全技术的进步已经让许多应用拥有了安全的电子系统。事实上，密码学可以在选举中提供两项至关重要的保障：（1）对每一张选票保密，同时（2）让最终计票结果可以被独立验证。Helios 和 ElectionGuard 等密码学协议正是采用这一思路。不过，Helios 有意面向风险较低、胁迫较少的场景，而非高风险的公共选举。相比之下，ElectionGuard 面向公共选举，但它并不是要取代纸质系统，而是作为密码学层与传统的投票基础设施相结合。

在这篇博文中，我们将解释密码学技术如何帮助保护选票保密性、防止电子投票系统被操纵，并探讨这些系统的局限性。尽管密码学可以增强选举的可验证性，并具备其他强有力的安全属性，但在大选中，它无法完全取代现有纸质选票系统的安全性与信任基础。

美国国家科学院 2018 年那份关于选举安全的出色报告得出结论：电子选票返还（也称为在线投票或互联网投票）不应用于大选，因为“目前没有任何已知技术能够保证通过互联网传输的已标记选票的保密性、安全性和可验证性。”

只要想一想任何选举系统都需要的强安全保障，就能理解这个问题有多难：

必须维护选民隐私，即使某位选民有经济动机向第三方披露自己的投票选择。 必须维护选票完整性。这在电子环境中尤其困难，因为选民通常不持有密码学身份，无法对选票进行密码学签名。哦对了，投票客户端和服务器还可能已经被攻破。 选民不应能够重复投票，但如果不把选票与选民关联起来，这一点就很难验证。在电子环境中这就更难了，因为选民往往同样缺少数字密码学身份。 每个人都应当能够信任（最好还能验证）选举结果正确反映了选民的意愿。 纸质投票系统也必须解决这些问题。前三条要求通常通过纸质选票投票站里的标准物理安全措施来满足：选民向投票站工作人员表明身份（防止一人多投），拿到一张不写自己名字的选票，并在安全的地点填写（保护选民隐私），然后亲自把选票交给工作人员，并看着自己的选票被送去计票（选票完整性）。与任何安全控制措施一样，这些保护也可能被某些威胁攻破；但在全国范围内攻破它们代价极其高昂、难度极大，而且动静很大（也就是会被选举观察者发现），因此这些控制措施对于大型全国性选举尤为有效。最后一条要求对纸质系统而言最难实现，选民通常只能信任计票工作人员会诚实地计算最终票数，并且相信监管链控制加上选后审计能够发现任何企图破坏选举结果的举动。密码学可以与纸质系统结合使用，借助所谓的端到端可验证性来帮助增强人们对这最后一条要求的信任，我们将在后文探讨这一点。

电子系统引入了一种在现代、合理的纸质系统中不存在的、具有生存性危险的失效模式：一个供应链漏洞或 0-day 漏洞可能波及许多投票机和司法辖区，使一个人就能单枪匹马地控制和影响选举结果（而且取决于系统和具体漏洞，可能还能逃避检测）。在传统的纸质系统中，这种风险被独立的物理记录和物理安全控制严格限制。在这种系统里，单个人要想在逃避检测的同时实质性地改变选举结果，要困难得多。

不过，仅有软件安全并不足以保障电子投票系统的安全；关键的设计原则不仅是实施稳健的安全控制，还要把系统设计成这些控制措施的任何失效都能被检测到。这个问题不能只靠其正确性必须被信任的软件来解决。这一属性被称为软件独立性：由投票软件的更改或错误（或漏洞）导致的选举结果变化必须能够被检测到。在实践中，这通常通过可独立于投票软件进行验证的证据来实现，例如纸质选票审计轨迹。

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）