Kriptografi Visual Berbasis Model CMY Menggunakan Mask Hitam Putih untuk Hasil Digital Watermarking Menggunakan Teknik Penggabungan DWT dan DCT - Visual Cryptography Based on CMY Model using Black and White Mask for Outcome of Digital Watermarking using C

Kriptografi Visual Berbasis Model CMY Menggunakan Mask
Hitam Putih Untuk Hasil Digital Watermarking Menggunakan
Teknik Penggabungan DWT Dan DCT
Mahesa Dwi Putra (0622052)
Email: mahesa.dputra@gmail.com
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia

ABSTRAK
Kerahasiaan informasi multimedia pada era internet merupakan hal yang

sangat penting untuk diperhatikan. Banyak lembaga/instansi atau bahkan
individu-individu yang tidak ingin informasi yang disampaikannya diketahui oleh
orang lain. Oleh karena itu dikembangkanlah cabang ilmu yang mempelajari

tentang cara-cara pengamanan data atau dikenal dengan istilah Watermarking dan

Kriptografi.

Pada Tugas Akhir ini, citra asli akan disisipkan oleh citra watermark (berupa

citra hitam putih yang berukuran seperempat ukuran citra asli) dengan
menggunakan teknik penggabungan DWT dan DCT. Setelah itu dilakukan proses

enkripsi (yang mengacak piksel citra yang telah disisipkan watermark menjadi 3

citra share dan mask) dan dekripsi kriptografi visual (penggabungan 3 citra share

dan mask menggunakan XOR). Kemudian citra yang telah didekripsi dilakukan
perbaikan ukuran agar ukurannya kembali sama dengan citra asli. Dan proses
berikutnya adalah ekstraksi citra watermark.

Pengujian dilakukan pada berbagai nilai alfa yang berbeda. PSNR citra

berwatermark dan citra hasil dekripsi yang sudah dilakukan perbaikan ukuran

dihitung untuk setiap nilai alfa. Hasil pengujian menunjukkan nilai PSNR yang
lebih besar dari 40 dB (kualitas cukup bagus). Citra hasil enkripsi sama sekali

tidak dapat dikenali sehingga informasi tetap terjaga. Sedangkan untuk citra

watermark hasil ekstraksi mempunyai nilai NCC yang semakin mendekati satu

(kualitas semakin bagus) jika nilai alfa juga semakin besar. Penurunan nilai NCC
i

citra watermark yang diekstrak sesudah dilakukan proses kriptografi visual

dibandingkan dengan citra watermark yang diekstrak sebelum dilakukan proses

kriptografi visual menunjukkan proses ekstraksi dipengaruhi oleh proses
kriptografi visual.

Kata Kunci: Watermarking, Kriptografi visual, share, mask, DWT, DCT,
alfa, PSNR, NCC.

ii

VISUAL CRYPTOGRAPHY BASED ON CMY MODEL
USING BLACK AND WHITE MASK FOR OUTCOME OF

DIGITAL WATERMARKING USING COMBINATION
TECHNIQUE OF DWT AND DCT
Mahesa Dwi Putra (0622052)
Email: mahesa.dputra@gmail.com
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering
Maranatha Christian University
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia

ABSTRACT
The confidentiality of multimedia information by this era of internet is

important thing to be undertaken. Organizations or even individuals want the
information that they submitted not known by others. Therefore study that
research about securing the data was developed or known as term watermarking
and cryptography.

In this final project, host image will be embedded by watermark image (in the

form of black and white image that a quarter sized of host image) using
combination technique of DWT and DCT. Afterward performed encryption

process (scrambling image pixels that have been embedded by watermark into 3
share images and mask) and visual cryptography decryption (stack 3 share images

and mask using XOR). Then decrypted image performed size improvement to get
size even with host image. Later process is watermark extraction.

The testing is conducted to various alpha. PSNR of watermarked image and

size improvement decrypted image calculated for each alpha. The results indicate

PSNR greater than 40 dB (fair quality). Encrypted images utterly unrecognizeable
so that information confidentiality remains kept. Whereas extracted watermarked

image have greater NCC value approaching to one (better quality) when alpha is

also greater. Reduction NCC value of extracted watermarked image after been
performed visual cryptography process compared to watermarked image that

iii

extracted before visual cryptography process performed, indicates that extraction
process is affected by visual cryptography.

Keywords: Watermarking, visual cryptography, share, mask, DWT, DCT, alpha,
PSNR, NCC.

iv

DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR
ABSTRAK ..... .................................................................................................... i
ABSTRACT ... .................................................................................................. iii
KATA PENGANTAR........................................................................................ v
DAFTAR ISI .. ................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii
BAB I ............. ................................................................................................... 1
PENDAHULUAN.............................................................................................. 1

I.1

Latar Belakang .................................................................................. 1

I.2

Rumusan Masalah ............................................................................. 2

I.3

Tujuan ............................................................................................... 3

I.4

Pembatasan Masalah ......................................................................... 3

I.5

Sistematika Pembahasan ................................................................... 3

BAB II ............ ................................................................................................... 5
LANDASAN TEORI ......................................................................................... 5
II.1

Citra Digital[7].................................................................................... 5

II.1.1

Pembentukan Citra Digital[7] ..................................................... 5

II.1.2

Elemen-Elemen Citra Digital[7] ................................................. 6

II.2

Warna dan Ruang Warna[6] ............................................................... 7

II.2.1

Model Warna RGB (Red Green Blue)[6].................................... 9
vii

II.2.2

Model Warna CMY dan CMYK[6] .......................................... 10

II.3

Watermarking[7] .............................................................................. 11

II.4

Digital Watermarking[7] .................................................................. 12

II.4.1

Karakteristik Digital Watermarking[7]..................................... 12

II.4.2

Klasifikasi Teknik Digital Watermarking[7] ............................ 13

II.4.3

Jenis-Jenis Digital Watermarking[7] ........................................ 14

II.4.4

Framework Digital Watermarking[7] ....................................... 14

II.5

Discrete Cosine Transform (DCT)[7] .............................................. 15

II.6

Discrete Wavelet Transform (DWT)[7]............................................ 15

II.7

Penyisipan Watermark[7] ................................................................. 17

II.8

Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)[7] ............................................. 18

II.9

Normalized Cross Corelation[1] ...................................................... 19

II.10

Kriptografi[5] ................................................................................ 20

II.11

Terminologi Kriptografi[4] ........................................................... 20

II.12

Tujuan Kriptografi[4].................................................................... 26

II.13

Pengenalan Kriptografi Visual[5][8] .............................................. 28

BAB III........... ................................................................................................. 31
PERANCANGAN DAN REALISASI............................................................. 31
III.1

Perancangan Perangkat Lunak ........................................................ 32

III.1.1

Proses Penyisipan Watermark[7] .............................................. 33

III.1.2

Proses Kriptografi Visual (Enkripsi) ....................................... 35

III.1.3

Proses Kriptografi Visual (Dekripsi) ....................................... 42

III.1.4

Proses Ekstraksi Watermark[7]................................................. 45

BAB IV .......... ................................................................................................. 47
DATA PENGAMATAN DAN ANALISA DATA ......................................... 47
viii

IV.1

Data Pengamatan............................................................................. 48

IV.2

Analisa Data .................................................................................... 62

BAB V............ ................................................................................................. 68
KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ 68
V.1

Kesimpulan ..................................................................................... 68

V.2

Saran................................................................................................ 68

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 69
LAMPIRAN A ...................................................................................................A
LAMPIRAN B ...................................................................................................B

ix

DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Citra Digital............................................................................... 6
Gambar II.2 (a) Sistem warna additive (warna cahaya), (b) Sistem warna subtractive (warna pigmen).................................................. 8
Gambar II.3 Ruang warna RGB .................................................................. 10
Gambar II.4 Pesan Plainteks menjadi Cipherteks ....................................... 21
Gambar II.5 (a) Skema enkripsi dan dekripsi (b) contoh ilustrasi enkripsi
dan dekripsi ............................................................................. 23
Gambar II.6 Codebreaker ............................................................................ 24
Gambar II.7 Kriptografi dan kriptanalisis adalah cabang bidang
ilmu kriptologi......................................................................... 26
Gambar II.8 Cara kerja kriptografi visual.................................................... 28
Gambar II.9 Contoh penggunaan skema k dari n (k=2, n=3) ...................... 29
Gambar II.10 Contoh kriptografi visual berwarna dengan 4 citra hasil
enkripsi (share) (a) share 1 (b) share 2 (c) share 3
(d) masking (e) citra hasil dekripsi dari 4 share ..................... 30
Gambar III.1 Blok diagram sistem................................................................ 31
Gambar III.2 Diagram alir watermarking dan kriptografi visual.................. 32
Gambar III.3 Diagram alir proses penyisipan watermark............................. 33
Gambar III.4 Diagram alir proses kriptografi visual (enkripsi) .................... 35
Gambar III.5 Diagram alir proses kriptografi visual (dekripsi) .................... 42
Gambar III.6 Diagram alir proses ekstraksi watermark................................ 45
Gambar IV.2 Koefisien korelasi (NCC) citra hasil ekstraksi........................ 65
Gambar IV.3 Grafik perbandingan nilai NCC hasil ekstraksi pada
x

channel red sebelum dan sesudah dilakukan proses
kriptografi visual ..................................................................... 66
Gambar IV.4 Grafik perbandingan nilai NCC hasil ekstraksi pada
channel green sebelum dan sesudah dilakukan proses
kriptografi visual ..................................................................... 66
Gambar IV.5 Grafik perbandingan nilai NCC hasil ekstraksi pada
channel blue sebelum dan sesudah dilakukan proses
kriptografi visual ..................................................................... 67

xi

DAFTAR TABEL

Tabel III.1 6 pola 2x2 piksel hitam putih dan perancangan share.................. 36
Tabel IV.1 Urutan hasil citra dari setiap proses .............................................. 47
Tabel IV.2 Karakteristik host image dan watermark ...................................... 48
Tabel IV.3 Hasil pengujian dari perangkat lunak untuk proses penyisipan watermark ...................................................................... 49
Tabel IV.4 Mask dan 3 share hasil enkripsi .................................................... 53
Tabel IV.4 Citra hasil dekripsi dan citra setelah dilakukan perbaikan ukuran 56
Tabel IV.5 Hasil ekstraksi ............................................................................... 59
Tabel IV.6 NCC untuk ekstraksi sebelum dilakukan proses kriptografi
visual ....................................................................................... 62
Tabel IV.7 Parameter penilaian MOS ............................................................. 63
Tabel IV.8 Hasil Pengujian MOS.................................................................... 64

xii

BAB I

PENDAHULUAN
Pada bab ini dibahas mengenai latar belakang, identifikasi masalah, tujuan,

pembatasan masalah, spesifikasi alat dan sistematika pembahasan Tugas Akhir.
I.1

Latar Belakang
Pada zaman ini mengirimkan suatu informasi multimedia dengan jarak

yang jauh melalui internet merupakan hal yang sudah umum. Pesatnya

perkembangan teknologi menuntut sekuritas (keamanan) terhadap kerahasiaan

informasi yang dikirimkan menjadi hal yang sangat penting untuk diperhatikan.
Banyak pengguna seperti departemen pertahanan, suatu perusahaan, atau bahkan

individu-individu yang tidak ingin informasi yang disampaikannya diketahui oleh
orang lain. Oleh karena itu dikembangkanlah cabang ilmu yang mempelajari

tentang cara-cara pengamanan data atau dikenal dengan istilah Watermarking dan
Kriptografi.

Watermarking (pemberian tanda air) adalah proses menyisipkan data pada

suatu elemen multimedia seperti image, audio, video. Penyisipan data ini

kemudian bisa diekstraksi, atau dideteksi dari multimedia untuk tujuan keamanan.
Sebuah algoritma watermarking terdiri dari struktur watermark, algoritma

penyisipan, dan algoritma ekstraksi. Watermark dapat disisipkan dalam domain

spasial atau domain transformasi. Dalam aplikasi multimedia, penyisipan

watermark harus memenuhi standar dasar watermark : Fidelity/Invisibility,
Robustness, Recovery dan Capacity. Fidelity/Invisibility, mutu citra yang

ditampung tidak jauh berubah sehingga pengamat tidak mengetahui kalau di

dalam citra tersebut terdapat data rahasia. Robustness, data yang disisipkan harus

tahan terhadap berbagai operasi manipulasi yang dilakukan pada citra penampung

seperti pemberian noise, filtering (blurring, sharpening, dll), resampling, scaling,
rotation, cropping dan kompresi. Recovery, data yang disembunyikan harus dapat

1

2

diekstraksi kembali. Capacity, berapa banyak data yang dapat direpresentasikan
ke dalam sebuah watermark.

Kriptografi visual digunakan untuk menjaga kerahasiaan dan sekuritas

(keamanan) ketika data dikirimkan ke kanal yang tidak aman. Dalam kriptografi

terdapat dua konsep utama yakni enkripsi dan dekripsi. Enkripsi adalah proses
dimana informasi/data yang hendak dikirim diubah menjadi bentuk yang hampir
tidak dikenali dengan istilah sebagai informasi awalnya dengan menggunakan
algoritma tertentu. Dekripsi adalah kebalikan dari enkripsi yaitu mengubah

kembali bentuk tersamar tersebut menjadi informasi/data awal. Keuntungan dari
kriptografi visual ini adalah cukup dengan menggunakan mata manusia untuk

mendekripsi tanpa perhitungan kriptografi yang rumit. Untuk keamanan

informasi, teknologi ini memastikan hacker tidak mengetahui petunjuk mengenai

citra rahasia sama sekali dengan hanya mendapatkan satu citra yang dienkripsi.

Pada Tugas Akhir ini akan digunakan penggabungan proses watermarking

dan proses kriptografi visual yang berbasis model CMY (Cyan, Magenta, dan
Yellow). Citra yang menjadi input yaitu citra hasil digital watermarking

menggunakan teknik penggabungan Discrete Wavelet Transform (DWT) dan

Discrete Cosine Transform (DCT) akan dibagi menjadi tiga citra yang masing-

masing mempunyai pixel acak C, M, dan Y. Selanjutnya mask hitam-putih yang
telah didesain akan digunakan untuk menutupi warna yang tidak diinginkan pada
citra yang telah didekripsi sehingga hanya warna yang diinginkan yang keluar.

Metode ini diharapkan dapat mencegah hacker mendapat petunjuk tentang citra

rahasia dengan hanya memiliki satu citra bayangan.
I.2

Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah:

Bagaimana pembuatan perangkat lunak kriptografi visual untuk hasil digital

watermarking yang menggunakan teknik penggabungan DWT dan DCT serta cara
kerjanya dari perangkat lunak tersebut?

3

I.3

Tujuan
1. Mendesain dan merealisasikan perangkat lunak kriptografi visual berbasis
model CMY hasil dari digital watermarking yang dienkripsi menjadi tiga

citra bayang dan hanya dapat didekripsi menggunakan mask atau kunci
yang benar.

2. Membandingkan citra yang sudah dilakukan proses penyisipan (sebelum

dilakukan proses enkripsi) dengan citra hasil dekripsi yang sudah
dilakukan perbaikan ukuran.

3. Membandingkan citra watermark sebelum dilakukan proses penyisipan
dengan sesudah dilakukan proses ektraksi.

I.4

Pembatasan Masalah
Agar permasalahan yang dibahas terfokus dan tidak melebar, maka Tugas

Akhir dengan judul “Kriptografi Visual Berbasis Model CMY Menggunakan

Mask Hitam Putih Untuk Hasil Digital Watermarking Menggunakan Teknik

Penggabungan DWT Dan DCT” mengambil batasan masalah sebagai berikut:
1. Pembuatan program menggunakan Matlab.

2. Pola Mask dirancang dengan mengacak 6 pola 2x2 piksel hitam putih.
3. Host image adalah citra berwarna berukuran 512x512 piksel.

4. Watermark yang akan disisipkan adalah berupa citra hitam putih.

5. Citra watermark yang akan disisipkan berukuran seperempat dari citra
host (128x128 piksel).

6. Citra hasil dekripsi merupakan citra berwarna 3 byte.
I.5

Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan Tugas Akhir ini disusun menjadi lima bab, yaitu

sebagai berikut:


Bab I Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang masalah, identifikasi masalah, tujuan,

pembatasan masalah, dan sistematika penulisan pada Tugas Akhir ini.

4



Bab II Landasan Teori

Bab ini berisi penjelasan mengenai citra digital, warna dan ruang

warna,

watermarking,

digital

watermarking,

Discrete

Cosine

Transform (DCT), Discrete Wavelet Transform (DWT), Peak Signal to

Noise Ratio (PSNR), Normalized Cross Corelation (NCC), kriptografi,

terminologi kriptografi, tujuan kriptografi, dan pengenalan kriptografi
visual.


Bab III Perancangan dan Realisasi

Bab ini berisi proses perancangan perangkat lunak proses

penyisipan watermark, proses enkripsi dan dekripsi kriptografi visual,

dan proses ekstraksi watermark dari Tugas Akhir ini.


Bab IV Data Pengamatan dan Analisa

Bab ini berisi data pengamatan dari pengujian penyisipan

watermark dan perhitungan PSNR, pengujian enkripsi kriptografi

visual, pengujian dekripsi visual kriptografi dan perbaikan ukurannya
yang dilakukan perhitungan PSNR, serta pengujian ekstraksi

watermark yang dilakukan perhitungan NCC, yang dilakukan pada

nilai alfa yang berbeda.


Bab V Penutup

Bab ini berisi mengenai kesimpulan dari pembahasan yang

dilakukan dan juga saran.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1) Pada Tugas Akhir ini sistem yang dirancang dan direalisasikan berupa

kriptografi visual berbasis model CMY menggunakan mask untuk citra
berwarna hasil digital watermarking menggunakan teknik penggabungan

DWT dan DCT berhasil direalisasikan.

2) Citra share dari proses enkripsi kriptografi visual berhasil dilakukan

dengan melihat citra sama sekali citra acak dan tidak dikenali sehingga
kerahasiaan informasi tetap terjaga.

3) Proses ekstraksi watermark dipengaruhi oleh proses kriptografi visual,

yaitu proses enkripsi yang mengacak piksel citra berwatermark dan pada
proses dekripsi yang telah dilakukan perbaikan ukuran citra, yang diukur

dengan menggunakan nilai koefisien korelasi citra watermark asli dengan

citra watermark hasil ekstraksi.

4) Secara subjektif (penilaian MOS) dapat disimpulkan bahwa adanya

penurunan kualitas citra setelah dilakukan proses kriptografi visual
(dinilai pada alfa yang sama).

V.2 Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk memperbaiki dan mengembangkan

Tugas Akhir ini di masa yang akan datang adalah:

1) Perangkat lunak yang dibuat dapat dikembangkan agar menggunakan
metode watermarking sehingga hasil ekstraksi tidak terpengaruh oleh

proses kriptografi visual.

2) Meningkatkan banyaknya variasi warna agar hasil dekripsi lebih
mendekati citra asli.

68

DAFTAR PUSTAKA
1. Gunjal, Baisa L. 2011. Wavelet Based Color Image Watermarking Scheme
Giving High Robustness And Exact Corelation. India: Amrutvahini
College of Engineering, Sangamner, A’nagar.

2. Hsien, Chu Wu., Hao, Cheng Wang. and Rui, Wen Yu. 2001. “Color

Visual Cryptography Scheme Using Meaningful Shares”. Department of
Computer Science and Information Engineering. National Taichung
Institute of Technology. Taichung City, Taiwan.

3. Hunt, Brian R., Lipsman, Ronald L. and Rosenberg, Jonathan M. 2001. “A
Guide to MATLAB”. United Kingdom: Cambridge University Press.

4. Munir, Rinaldi. 2006. “Kriptografi”. Indonesia: Penerbit Informatika.

5. N.Naor and A.Shamir, Visual Cryptography Advances in Cryptography :
Eurocrypt’94, Springer Verleg, Berlin, ppi-129(1995).

6. Prasetyo, Eko. 2012. “Pengolahan Citra Digital Dan Aplikasinya
Menggunakan Matlab”. Indonesia: Andi Publisher.

7. Tobing, Benny Hamonangan Lumban. 2013. “Digital Watermarking

Menggunakan Teknik Penggabungan DWT (Discrete Wavelet Transform)
dan DCT (Discrete Cosine Transform)”. Universitas Kristen Maranatha.
Bandung, Indonesia.

8. Young-Chang Hou. 2002. Visual cryptography for color images. Taiwan:
Department of Information Management, National Central University.

69