Contenido

• 1. Introducción y objetivos
  • 1.1. Resumen de requisitos
  • 1.2. Metas de calidad
  • 1.3. Parte interesadas
• 2. Restricciones de Arquitectura
  • 2.1. Limitaciones técnicas
  • 2.2. Restricciones organizativas
  • 2.3. Convenciones
• 3. Alcance y Contexto del Sistema
  • 3.1. Contexto empresarial
  • 3.2. Contextos técnicos
• 4. Estrategia de solución
• 5. Vista de bloques de construcción
  • 5.1. Scanning
  • 5.2. Image processing
  • 5.3. Data entry
  • 5.4. BlockChain
  • 5.5. Results Page
• 6. Vista de tiempo de ejecución
  • 6.1. Digitalization
  • 6.2. Verification
  • 6.3. Quality control
• 7. Vista de implementación
• 8. Conceptos
  • 8.1. Dependencias entre módulo
  • 8.2. Modelo de dominio
  • 8.3. Persistencia
  • 8.4. Interface de usuario
  • 8.5. Procesamiento de transacciones
  • 8.6. Manejo de sesiones
  • 8.7. Seguridad
  • 8.8. Comunicación e integración
  • 8.9. Manejo de errores y excepciones
• 9. Decisión de diseño
  • 9.1. Uso de controlador Twain para comunicación con escáner
  • 9.2. Uso de ML.NET para la extracción de votos de la imagen del acta de escrutinio
  • 9.3. Uso de PostgreSQL
  • 9.4. Uso de microservicios
• 10. Escenario de calidad
  • 10.1. Árbol de calidad
• 11. Riesgos técnicos

Arquitectura de Blockchain Voting System

1. Introducción y objetivos

Blockchain voting system es un proyecto para integrar el sistema informático de conteo de votos con la cadena de bloques.

1.1.Resumen de requisitos

En muchos países el conteo de votos luego de un proceso electoral se realiza de manera manual, como un mecanismo de transparencia, con la finalidad de brindar confianza ya que esta actividad se realiza de manera pública y con la presencia de las personas. A este proceso se lo conoce como escrutinio de votos.

Al ser un proceso manual se necesitan algunos pasos para digitalizar la información y poder computarlo.

Principales características:

Digitalización de actas de escrutinio.

Procesamiento de imágenes.

Reconocimiento inteligente de caracteres.

Digitación de votos.

Control de Calidad.

Publicación de resultados.

El acceso al sistema es para usuarios internos quienes deben estar previamente registrados, tener permisos y asignado un rol adecuado; y para usuarios públicos que no requieren registrarse.

El sistema tiene 3 componentes:

El primero es un aplicativo de escritorio que principalmente sirve para escanear las actas de escrutinio, a este componente tienen acceso únicamente usuarios registrados.

El segundo componente es un aplicativo web que se usa para ingresar información (votos que están escritos en las actas de instalación).

El tercer componente es un aplicativo web que muestra los votos obtenidos por cada candidato.

1.2. Metas de calidad

 

No.	Calidad	Motivación
1	Claridad	Los requisitos funcionales son claros y simples para permitir una solución sencilla y comprensible facilitando a los desarrolladores implementar la solución.
2	Seguridad	La arquitectura garantiza que cada componente es seguro.
3	Interoperabilidad	Los componentes del sistema proporcionan una API sencilla que permita “conectarse” a diferentes sistemas de conteo de votos
4	Escalable	La arquitectura es capaz de escalar.
5	Capacidad de prueba	La arquitectura permite probar fácilmente todos los componentes básicos.

1.3. Parte interesadas

Rol	Meta, Intención
Desarrolladores	Seguir los lineamientos de la arquitectura para crear los algoritmos de software.
Organismos Electorales	Analizar la solución propuesta y su arquitectura
Organizaciones políticas	Verificar la arquitectura y demás componentes de la solución. Verificar que el código fuente esté acorde a la arquitectura.
Ciudadanos	Conocer la arquitectura detrás del sistema de conteo de votos,

2. Restricciones deArquitectura

Esta arquitectura ha sido diseñada considerando varias condiciones/restricciones específicas para llegar a la solución final, que se describen a continuación.

2.1. Limitaciones técnicas

	Restricción	Explicación y/o motivación
Restricciones de software y programación.
TC1	.Net	El módulo digitalización debe estar desarrollado con tecnología Microsoft .Net
TC2	Java (typeScript)	Los componentes de ingreso de información y de visualización de resultados debe estar desarrollada en java (React)
TC3	Aiken	Para el componente Blockchain y los contratos inteligentes se utilizará aiken
Restricciones del sistema operativo
	Compatible con Windows	Equipamiento estándar para el componente de digitalización de actas de escrutinio cuentan con sistema operativo Windows (mínimo win 10), por lo que este componente debe correr sobre este sistema operativo
	Servidores	La aplicación (módulos web) debe poder implementarse a través de medios estándar en un servidor basado en Linux / Windows.
Restricciones de Hardware
	Cloud	El despliegue del sistema se realizará en la nube.

2.2.Restricciones organizativas

	Restricción	Explicación y/o motivación
OC1	Licencia	El proyecto es de código abierto.
OC2	Librería de terceros	Los componentes de terceros no requieren licencias.

2.3.Convenciones

           

	Restricción	Explicación y/o motivación
CC1	Código fuente	Control de fuente en GitHub, https://github.com/democracyonchain
CC2	Documentación arquitectónica	Terminología y estructura según la plantilla alemana arc42 en la versión 6.0
CC3	Seguimiento de defectos	Jira / Github
CC4	Documentación	Camel Case convention
CC5	Idioma	Idioma Español (principal). Idioma Inglés.

3. Alcance y Contexto del Sistema

3.1 Contexto empresarial

 

Componente	Descripción
Actas de escrutinio	Son formatos con la información de los votos que recibe cada candidato en una determinada mesa receptora de voto.
Voting system	Sistema informático con el que se contabilizan los votos obtenidos por los candidatos.
Blockchain	Blockchain es un libro de contabilidad distribuido cuya información es pública y no se puede alterar.
Resultados web	En un portal web en el que muestra los votos obtenidos por los candidatos.

 

3.2. Contextos técnicos

 

Componente	Descripción
Escaneo	Sistema de escritorio (Windows) con el cual se escanean las actas de escrutinio, este módulo también se encarga de reconocer de manera automática a que mesa receptora del voto pertenece el acta.
Procesamiento de imágenes	Una vez que se cuenta con las imágenes de las actas de escrutinios, estas imágenes deben cortarse en secciones (cada sección corresponde a la casilla asignada a un candidato), así como también reconocerse o extraerse de las imágenes cuántos votos recibió cada candidato.
Ingreso de votos	Los usuarios que tienen los permisos adecuados deben ingresar los votos que recibió cada candidato. Esto se realiza mirando los cortes de las actas de escrutinio.
Blockchain	Las imágenes se almacenan en un repositorio descentralizado y la información de los votos y trazabilidad de las actas se guardan en la Blockchain
Resultados web	Muestra las imágenes almacenadas en el repositorio descentralizado y también muestra los votos obtenidos por cada candidato.

 

4. Estrategia de solución

La estrategia de la solución arquitectónica presentada se basa en los siguientes ejes:

1. Modular.
2. Microservicios.
3. Arquitectura limpia.
4. Optimización de código fuente.
5. Interoperabilidad, se logrará principalmente mediante el uso de JSON sobre un protocolo http para API.
6. Capacidad de pruebas, se probarán cada componente del sistema incluyendo setters y getters con diferentes parámetros.

 

5. Vista de bloques de construcción

Esta sección describe el desglose de la solución propuesta en módulos, como se refleja en la estructura de componentes funcionales.

5.1. Scanning

Subsistema/método	Breve descripción
Captura de imágenes	Inicia la comunicación con el escáner y posteriormente guarda la imagen capturada en un repositorio local.
Reconocimiento de código de barras	De la imagen capturada por el escáner y almacenada localmente, se extrae la información que contiene el código de barras.
Validación del documento,	Se valida que la información obtenida del código de barras pertenezca a una junta receptora del voto válida.
Procesamiento de imagen	Las imágenes se cortan en segmentos, cada segmento corresponde a la información de un candidato y los votos obtenidos.
Procesamiento de datos	Se extrae la información de los votos obtenidos por cada candidato desde la imagen del acta de escrutinio.
Blockchain	Las imágenes se almacenan en un repositorio descentralizado y la información de los votos y trazabilidad de las actas se guardan en la Blockchain.

5.2. Image processing

 

Subsistema/método	Breve descripción
Cortar de imágenes	Las imágenes de las actas de escrutinio se cortan en segmentos, los cuales corresponden a los espacios asignados a cada candidato dentro del acta de escrutinio.
Data recognizer	De las cortes (secciones) se extraen los votos asignados a cada candidato.
Process Image	Las imágenes (acta y secciones) se envían a la red IPFS-Blockchain.
Process Data	Los datos extraídos de las imágenes se encapsulan y se envían a la Blockchain.

5.3. Data entry

 

Subsistema/método	Breve descripción
Distribución para verificación	Se asigna una acta a un usuario del sistema para que éste digite los votos que están en la imagen.
Digitación de los votos.	El usuario ingresa en el sistema los votos que constan en la imagen del acta de escrutinio, el usuario solo debe mirar los votos y no debe saber a qué candidato pertenecen esos votos para evitar fraude.
Control de calidad	Aquí se muestra la información de los votos que no coinciden entre el reconocimiento inteligente y la digitación, para que un nuevo usuario ingrese el valor dirimente y que será el valor final.

5.4. BlockChain

                       

 

Subsistema/método	Breve descripción
API image	Interface para enviar las imágenes capturadas por el módulo de escaneo hacia la red IPFS.
API data	Interface para enviar a la Blockchain la información de los votos obtenidos por cada candidato.
IPFS	Almacenamiento distribuido en donde se guardarán las imágenes capturadas por el escáner.
Smart Contract	Condiciones establecidas en la red para validar y almacenar la información de los votos de cada candidato.
Nodo	Representa al punto de entrada a la Blockchain.

5.5. Results Page

 

Subsistema/método	Breve descripción
Visor de resultados	Portal web que muestra los votos obtenidos por los candidatos
Visor de documentos	Portal web que muestra la imagen vs los datos ingresos correspondiente a una acta de escrutinios
API para acceso a datos	Interface para acceder a la información de una base de datos sql
Blockchain	Acceso a datos de la blockchain e imágenes existentes en la red IPFS

6. Vista de tiempo de ejecución

La interacción del usuario con el sistema y sus módulos se describe en los siguientes casos de uso.

6.1. Digitalization

 

6.2. Verification

6.3. Quality control

7. Vista de implementación.

 

 

 

Subsistema/artefacto	Descripción
Aplicación de escritorio	Software de escritorio con el que se escanean las actas de instalación.
Aplicación web	Software web para digitar votos y hacer control de calidad de la información (votos) ingresados.
Microservicios de actas	Artefacto de software para gestionar (validar / almacenar) las imágenes.
Microservicio de verificación	Artefacto de software para registrar los votos digitados por un usuario en el sistema web.
Microservicio de control de calidad	Artefacto de software para registrar los votos digitados por un usuario en modo de control de calidad para garantizar la consistencia de la información.

8. Conceptos.

Esta sección describe estructuras y aspectos generales que se aplican en todo el sistema. También presenta diversos conceptos de soluciones técnicas.

8.1. Dependencias entre módulo.

Blockchain Voting system tiene como objetivo integrar un sistema de conteo de votos basado en papeletas (sistema de escrutinios manual) con la Blockchain. Por esta razón los módulos son dependientes entré sí, PERO ALTAMENTE INTEROPERABLES, es decir que se pueden acoplar o desacoplar a nuevos módulos, la solución aquí propuesta no utiliza un marco de referencia especial. Los módulos están integrados en el código fuente mediante interfaces (API).

8.2. Modelo de dominio.

A continuación se muestran los principales elementos de la solución propuesta.

 

 

 

Objeto/artefacto	Descripción
Junta	Contiene la información de una junta receptora del voto, entendiendo que una junta debe tener una jurisdicción la misma que está determinada por la provincia, cantón, parroquia y zona.
Acta	Se refiere al documento (formato preimpreso) en el que se escribe los votos que obtuvieron los diferentes candidatos. Por cada dignidad que se elija, debe existir una acta.
ImagenActa	Es la imagen de una hoja del acta.
Partido	Organización política que auspicia a un candidato.
Candidatura	Corresponde al conjunto de candidatos que pertenecen a una dignidad, pudiendo ser de uno o varios escaños.
Candidato	Corresponde a un candidato y contiene información de los votos obtenidos en cada fase.
ImagenSegmento	Es la imagen de la sección donde se escriben los votos que obtuvo un candidato.

8.3. Persistencia.

Blockchain voting system utiliza el gestor de bases de datos relacionales PostgreSql y un sistema de archivos para almacenar las imágenes.

8.4. Interface de usuario.

a. Escaneo

b. Digitación

c. Control de calidad

d. Resultados

8.5. Procesamiento de transacciones.

Para la interacción con la base de datos se ocupa type orm tanto para consultas como mutaciones, al usar Craphql las interacciones con base de datos se dividen en Querys (select, collection, list) mutations (create, update, delete).

Por la naturaleza del proyecto y a fin de mantener la integridad de la información, las transacciones son únicamente actualizaciones de registros, excepto auditorías e imágenes.

Por otra parte y debido a la gran cantidad de información y transacciones en cada fase del proceso, se ejecutarán procedimientos almacenados del lado del servidor de base de datos.

 

8.6. Manejo de sesiones.

Generación de Tokens JWT en el servidor: Cuando un usuario inicia sesión, el servidor generará un token JWT que contendrá información de identificación del usuario, como su ID de usuario y roles. Este token se firma digitalmente utilizando una clave secreta en el servidor.

 

Almacenamiento del Token en Cookies: Una vez que se genera el token JWT en el servidor, se enviará de vuelta al cliente (navegador) como una cookie HTTP. La cookie tendrá una duración específica y se enviará automáticamente con cada solicitud al servidor.

 

Manejo del Token en el Cliente (React): En el cliente (aplicación React), mediante métodos JavaScript se lee el token JWT de la cookie y se almacena en el estado de la aplicación. El token se enviará con cada solicitud al servidor para autenticar al usuario.

 

Validación del Token en el Servidor: Cuando el servidor recibe una solicitud con un token JWT adjunto, lo validará verificando su firma digital utilizando la clave secreta del servidor. Si el token es válido y no ha caducado, el servidor permitirá la solicitud y tratará al usuario como autenticado.

 

Renovación de Sesión: Cuando el token JWT está a punto de expirar, el cliente solicitará un nuevo token al servidor antes de que expire el token actual. Esto se hará automáticamente en segundo plano para mantener la sesión del usuario activa

 

8.7. Seguridad.

Autorización y autenticación:  Manejo de sesiones basadas en JWT.

Despliegue: Instalación y acceso al sistema en una red privada.

Blockchain: Información inmutable.

8.8. Comunicación e integración.

La integración de cada módulo es un lo realiza mediante servicios web

8.9. Manejo de errores y excepciones.

Los errores se manejan con pino-logger y orm-logs.

 

9. Decisión de diseño.

 

9.1. Uso de controlador Twain para comunicación con escáner.

 

Problema:

Necesidad de establecer comunicación entre el sistema y un escáner para digitalizar documentos.

Restricciones:

Limitaciones de compatibilidad con ciertos modelos de escáner, dependencia del sistema operativo y recursos de hardware.

Alternativas:

Uso de API /Componente /DLL de escaneo nativa del sistema operativo, integración de bibliotecas de terceros para el control de escáneres.

Decisión:

Se opta por utilizar un controlador Twain debido a su amplia compatibilidad con diferentes modelos de escáner y su estabilidad en entornos de producción.

9.2. Uso de ML.NET para la extracción de votos de la imagen del acta de escrutinio.

Problema:

Extracción de datos de votos de imágenes de actas de escrutinio de manera precisa y eficiente.

Restricciones:

Disponibilidad de datos de entrenamiento, capacidad de procesamiento y precisión del modelo de aprendizaje automático.

Alternativas:

Utilización de otras bibliotecas de aprendizaje automático, desarrollo de algoritmos personalizados para el reconocimiento de patrones.

Decisión:

Se decide utilizar ML.NET debido a su integración con el ecosistema .NET, su facilidad de uso y la disponibilidad de recursos de aprendizaje automático pre-entrenados.

9.3. Uso de PostgreSQL.

Problema:

Selección de un sistema de gestión de bases de datos adecuado para almacenar y gestionar los datos de manera eficiente y segura.

Restricciones:

Costos de licencia, requisitos de escalabilidad, compatibilidad con el sistema operativo y recursos de hardware disponibles.

Alternativas:

Otros sistemas de gestión de bases de datos como MySQL, SQL Server, Oracle, etc.

Decisión:

Se elige PostgreSQL debido a su amplia funcionalidad, licencia de código abierto, rendimiento y capacidad de escalabilidad.

9.4. Uso de microservicios.

Problema:

Diseño de la arquitectura para permitir la modularidad, escalabilidad y flexibilidad del sistema.

Restricciones:

Complejidad de implementación, coordinación entre microservicios, sobrecarga de comunicación entre componentes.

Alternativas:

Monolito, arquitectura orientada a servicios, arquitectura de eventos, etc.

Decisión:

Se opta por utilizar microservicios debido a su capacidad para desacoplar componentes, permitir el desarrollo y despliegue independiente, y facilitar la escalabilidad horizontal del sistema.

10. Escenario de calidad.

10.1. Árbol de calidad.

 

11. Riesgos técnicos.

Indisponibilidad de servicios.

Encolamiento de peticiones a la base de datos.

Tiempo de respuesta en las transacciones en la Blockchain.

 

Observaciones y Contacto

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