T1__Full text Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Perancangan dan Analisis PermutationBox Terbaik Berdasarkan Nilai Korelasi dan Avalanche Effect sebagai Pemenuhan Prinsip Confusion dan Diffusion T1 Full text
Perancangan dan Analisis Permutation-Box Terbaik
Berdasarkan Nilai Korelasi dan Avalanche Effect
Sebagai Pemenuhan Prinsip Confusion dan diffusion
Artikel Ilmiah
Peneliti :
Victor Aglisias Saptenno (672012066)
Alz Danny Wowor, S.Si., M.Cs.
Program Studi Teknik Informatika
Fakultas Teknologi Informasi
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Februari 2017
1. Pendahuluan
Keamanaan data adalah suatu hal yang diinginkan semua orang untuk menjaga privasi,
agar pesan yang dikirim atau diterima aman dari gangguan pihak ketiga atau orang yang tidak
bertanggung jawab, dalam hal ini untuk menjaga keamanaan data tersebut akan disembunyikan
menggunakan algoritma kriptografi.
Konfusi (confusion) yaitu Mengaburkan hubungan antara plaintext dan ciphertext. Cara
paling mudah untuk melakukan konfusi adalah menggunakan substitusi. Konfusi menimbulkan
kesulitan dalam usaha musuh untuk mencari keteraturan dan pola statistik antara plaintext dan
ciphertext.
Difusi (diffusion) yaitu menyebarkan redudansi plaintext dengan menyebarkan masukan
ke seluruh ciphertext. Cara yang paling mudah untuk dapat melakukan difusi adalah dengan
menggunakan metode transposisi. Jika menggunakan difusi, akan dibutuhkan waktu yang lebih
lama untk memecahkan sandi rahasia ini.
Sehingga dapat digunakan untuk mengamankan informasi. Pada implementasinya sebuah
algoritma sandi harus memperhatikan kualitas layanan dari keseluruhan sistem dimana dia
diimplementasikan. Algoritma sandi yang handal adalah algoritma sandi yang kekuatannya
terletak pada kunci, bukan pada kerahasiaan algoritma itu sendiri. Teknik dan metode untuk
menguji kehandalan algoritma sandi adalah kriptanalisa[1].
Kemudian untuk memenuhi prinsip konfusi dan difusi maka dilakukan penilitian
mengenai Perancangan Dan Analisis Permutation-Box Terbaik Berdasarkan Nilai Korelasi Dan
Avalanche Effect dengan pendekatan pada block cipher berbasis 128 bit. Pada algoritma yang
dirancang menggunakan AES yang merupakan algoritma block chiper dengan menggunakan
sistem permutasi dan subtitusi (P-Box dan S-Box) bukan dengan jaringan feistel sebagaimana
block chiper pada umumnya. AES memiliki ukuran block yang tetap sepanjang 128 bit dan 256
bit. Terdapat juga skema transposisi dengan beberapa pola yang berbeda pada plainteks dan
kunci, dan juga dikombinasi dengan pola horizontal dan vertikal sebagai alur pemasukan dan
pengambilan bit pada sebuah kotak transposisi.
2. Tinjauan Pustaka
Penelitian terdahulu yang terkait dengan penelitian ini berjudul, “Analisis Ketahanan
Algoritma Enkripsi Standar Pervasive Computing (CLEFIA) Terhadap Serangan Linear Dan
Differential Cryptanalisis Dengan Metode LAT, Tabel XOR Dan Nonlinearity”. Pervasive
computing memiliki konsep bahwa komputasi bisa dimunculkan dimana saja, menyatu dalam
aktifitas manusia dan dikembangkan dalam sumber daya ringan. Salah satu isu penting dalam
pervasive computing adalah keamanan, yaitu bagaimana menerapkan fitur keamanan meskipun
dengan sumber daya terbatas. CLEFIA merupakan algoritma block cipher yang menjadi standar
dalam ISO/IEC 29192-2 untuk penerapan enkripsi simetrik pada perangkat dengan sumber daya
ringan. Karakteristik tersebut sangat cocok untuk diimplementasikan pada teknologi berbasis
pervasive computing. Sebagai algoritma kriptografis dalam mendukung keamanan, tentu harus
memenuhi aspek kekuatan yang memadai. Salah satu kriteria penting pada algoritma kriptografi
berbasis simetrik saat ini yaitu ketahanan terhadap linear dan differential cryptanalysis. Pada
penelitian ini, penulis melakukan analisis terhadap salah satu komponen utama dalam algoritma
CLEFIA, yaitu s-box. Beberapa metode yang digunakan yaitu LAT, XOR Table dan
nonlinearity. Analisis ini digunakan untuk mengetahui ketahanan s-box yang digunakan terhadap
linear dan differential cryptanalysis. Dari hasil analisis didapatkan s-box S0 memiliki nilai LAT
1
maksimal sebesar 24, nilai differential uniformity sebesar 10 dan nilai nonlinearity 100. S-box
S1 memiliki nilai LAT maksimal sebesar 16, nilai differential uniformity sebesar 4 dan nilai
nonlinearity 112. Nilai tersebut menghasilkan probabilitas sukses yang sangat kecil untuk
diberlakukan serangan linear dan differential cryptanalysis sehingga disimpulkan bahwa S-box
CLEFIA tahan terhadap linear dan differential cryptanalysis[2].
Pada penelitian yang ke 2 ini mengenai Pemenuhan Prinsip Shannon (Confussoin dan
Diffusion) pada Block Cipher dengan Pola Anyaman Rambut Papua (ARAP) menggunakan
Constanta Bilangan Prima. Berdasarkan hasil dari penelitian maka dapat disimpulkan modifikasi
kriptografi ARAP diperoleh rata-rata nilai AE sebanyak 46,875%. Modifikasi yang dilakukan
dapat berhasil melampaui nilai AE dari kriptografi modern seperti Blowfish yang menggunakan
lima proses block cipher . Modifikasi ARAP juga dapat memenuhi prinsip shannon difusi-konfusi
dengan peningkatan nilai avalance effect dan juga prinsip iterated cipher berdasarkan
peningkatan nilai avalanche effect[3].
Kemudian pada penelitian tentang “Algoritma Kriptografi AES Rijndael”
dimana Algoritma kriptografi AES Rijndael adalah algoritma kriptografi yang cukup handal
hingga saat ini. Pada tahun 2006, National Security Agency (NSA) pernah menyatakan bahwa
AES cukup aman digunakan untuk mengamankan data-data pemerintah Amerika Serikat yang
bukan tergolong sangat rahasia. Hingga tahun 2006 serangan terbaik terhadap algoritma Rijndael
hanya berhasil menembus putaran ke-7 untuk kunci 128 bit, putaran ke-8 untuk kunci 192 bit,
dan putaran ke-9 untuk kunci 256 bit. Dengan melihat jumlah putaran yang berhasil ditembus,
tidaklah tidak mungkin suatu hari algoritma ini dapat dengan mudah ditembus. Namun demikian
algoritma Rijndael masih dipandang algoritma yang cukup handal[4].
Berdasarkan penelitian-penelitian terkait kriptografi sebelumnya, maka akan dilakukan
penelitian tentang Perancangan Dan Analisis Permutation-Box Terbaik Berdasarkan Nilai
Korelasi Dan Avalanche Effect Sebagai Pemenuhan Prinsip Konfusi Dan Difusi. Perbedaan
penelitian ini dengan yang sebelumnya dimana jumlah data yang diproses sebanyak 128 bit
dalam 4 proses sebanyak 15 putaran, dan pada dua plainteks dikombinasikan dengan tabel
subtitusi S-Box. Dengan jumlah data yang diacak dan dikombinasikan dengan tabel subtitusi SBox maka kriptografi yang dirancang mampu lebih menyamarkan hasil enkripsi (cipher text)
dibandingkan dengan penilitian sebelumnya.
Kriptografi adalah terkait erat dengan disiplin ilmu kriptologi dan pembacaan sandi.
Kriptografi termasuk teknik seperti microdots, penggabungan kata-kata dengan gambar, dan
cara-cara lain untuk menyembunyikan informasi dalam penyimpanan atau berpindah. Namun,
dalam dunia komputer sekarang ini, kriptografi yang paling sering dikaitkan dengan plaintext
(teks biasa, kadang-kadang disebut sebagai teks yang jelas) menjadi ciphertext (suatu proses
yang disebut enkripsi), kemudian kembali lagi (dikenal sebagai dekripsi)[5].
Pada bagian ini juga akan membahas teori pendukung yang digunakan dalam perancangan
dan analisis kriptografi block cipher 128 bit menggunakan beberapa pola yang berbeda, yang
dapat mengacak bit lebih baik agar tidak dapat diketahui oleh pihak ketiga.
Selanjutnya akan dibahas dasar-dasar teori yang digunakan sebagai dasar untuk
merancang kriptografi dalam penelitian ini. Kriptografi adalah ilmu yang mempelajari teknikteknik yang berhubungan dengan aspek keamanan informasi seperti kerahasiaan, integritas data,
dan otentikasi.
Block cipher atau cipher block digolongkan sebagai kriptografi moderen. Input dan output
dari algoritma block cipher berupa blok dan setiap blok terdiri dari beberapa bit (1 blok terdiri
2
dari 64-bit atau 128-bit). Block cipher juga merupakan algoritma kunci simetri atau kriptografi
kunci privat, dimana kunci untuk enkripsi sama dengan kunci untuk dekripsi[6]. Secara umum
block cipher dapat ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema Proses Enkripsi-Dekripsi Pada Block Cipher [6]
Misalkan blok plainteks (P) yang berukuran n bit
P p1 , p 2 ,, p n
Blok cipherteks (C) maka blok C adalah
C c1 , c 2 ,, c n
Kunci (K) maka kunci adalah
K k1 , k2 ,, kn
Sehingga proses Enkripsi adalah
E k P C
(1)
(2)
(3)
(4)
Dk C P (C) = P
(5)
Enkripsi dilakukan terhadap blok bit plainteks menggunakan bit-bit kunci (yang
ukurannya sama dengan ukuran blok plainteks). Algoritma enkripsi menghasilkan blok
cipherteks yang sama dengan blok plainteks. Dekripsi dilakukan dengan cara yang serupa seperti
enkripsi [6].
Proses dekripsi adalah
�=
nΣ
– Σ
Σ
(6)
√{nΣ ² – Σ ²} {nΣ ² – Σ ²}
Dimana:
n
=
Σx = Total
Σy = Total
Banyaknya
jumlah
jumlah
pasangan
data
dari
dari
3
X
variabel
variabel
dan
Y
X
Y
Σx2 = Kuadrat
dari
total
jumlah
2
Σy = Kuadrat
dari
total
jumlah
Σxy = Hasil perkalian dari total jumlah variabel X dan variabelY
variabel
variabel
X
Y
Panduan umum dalam menentukan kriteria kolerasi ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Kriteria Korelasi
Nilai Korelasi
0
0.00–0.19
0.20–0.39
0.40–0.59
0.6– 0.79
0.8–1
Kriteria Korelasi
Tidak ada korelasi
Korelasi sangat lemah
Korelasi lemah
Korelasi sedang
Korelasi kuat/erat
Korelasi sempurna
3. Metode dan Perancangan Algoritma
Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini, terdiri dari 5 (lima) tahapan, yaitu: (1)
Identifikasi Masalah, (2) Kajian Pustaka, (3) Perancangan Algoritma, (4) Pengujian Kriptografi,
dan (5) Penulisan Laporan.
Identifikasi Masalah
Kajian Pustaka
Perancangan Algoritma
4
Pengujian Kriptografi
PenulisanLaporan
Gambar 2 Tahapan Penelitian
Tahap penelitian dari Gambar 2. dapat dijelaskan sebagai berikut : Tahap pertama :
Identifikasi Masalah dilakukan dengan mengidentifikasi masalah yang kaitannya dengan
kriptografi AES. Selain itu, menentukan batasan masalah dalam penelitian ini yaitu ; Plaintext
dan kunci dibatasi maksimal 16 karakter pada Block Cipher 128 bit, Block-block menggunakan
16x8 (128-bit), serta perancangan kriptografi menggunakan beberapa pola yang berbeda. Tahap
kedua : Kajian pustaka dilakukan dengan mengumpulkan referensi dari buku, jurnal, atau sumber
lain yang berkaitan dengan penelitian ini. Tahap ketiga : Merancang algoritma kriptografi Block
Cipher 128 bit berbasis pada beberapa pola yang berbeda, yang dikombinasikan dengan XOR
dan menggunakan tabel subtitusi s-box untuk subtitusi byte. Tahap keempat: Setelah rancangan
kriptografi dibuat dibutuhkan pengujian algoritma pada block chiper 128 bit. Pengujian
dilakukan dengan cara manual dimana plaintext diubah kedalam bit untuk melakukan proses
enkripsi; Tahap kelima : menulisan laporan dari hasil penelitian yang dilakukan mengenai proses
perancangan kriptografi Block Cipher 128 Bit Berbasis pada beberapa pola yang berbeda.
Dalam perancangan Kriptografi Block Cipher 128 Bit Berbasis pada beberapa pola yang
berbeda, dilakukan dalam 1 (satu) proses yaitu proses enkripsi. Proses enkripsi dilakukan dengan
menggunakan putaran sebanyak 15 kali dan setiap putaran terdapat 4 proses, yang akan
ditunjukkan dalam Gambar 3.
5
Gambar 3 Rancangan Alur Proses Enkripsi
Gambar 3. merupakan rancangan alur proses enkripsi. Langkah-langkah alur proses
enkripsi dapat dijabarkan sebagai berikut: a) Menyiapkan plaintext dan kunci; b) Mengubah
plaintext dan kunci menjadi nilai Desimal sesuai dalam tabel ASCII; c) Mengubah desimal ke
biner. Dalam rancangan enkripsi plaintext dan kunci setiap proses pada setiap putaran: 1)
Putaran pertama Plaintext 1 (P1) akan melakukan transposisi dengan bintang delapan sudut
kemudian akan ditransformasi dengan tabel subtitusi S-Box sebelum melewati proses XOR
dengan Kunci 1 (K1) menghasilkan Plaintext 2 (P2) akan melakukan transposisi dengan bintang
delapan sudut kemudian akan ditransformasi dengan tabel subtitusi S-Box sebelum melewati
proses XOR dengan Kunci 2 (K2) menghasilkan Plaintext 3 (P3) setelah sebelumnya diproses
pada S-Box; 3) kunci 2 (K2) akan di transformasi dengan pola lotre, Plaintext 3 (P3) di XOR
dengan Kunci 3 (K3) menghasilkan Plaintext 4 (P4); 4) kunci 3 (K3) akan melakukan
transformasi dengan pola lotre, Plaintext 4 (P4) di XOR dengan Kunci 4 (K4) menghasilkan
Plaintext 5 (P5); 5) Plaintext 5 (P5) masuk pada putaran ke n dengan alur proses yang sama
dengan putaran pertama, dan tahapan tersebut akan berlanjut sampai putaran ke n yang
menghasilkan Ciphertext (C).
4. Hasil dan Pembahasan
Bagian ini akan membahas secara rinci mengenai perancangan algoritma kriptografi Block
Cipher 128 bit. Yang dimana dilakukan pengujian terhadap pola yang dipakai dengan 4 proses
yang dilakukan berdasarkan nilai korelasi dan
avalanche effect terbaik. Dengan menggunakan teknik transposisi pada kotak permutasi.
Gambar 5 Pola Alur Pemasukkan bit pada Matriks Plaintext proses 4
Gambar 5 merupakan pola pemasukan bit pada matriks plaintext. Pola Gambar 5
6
merupakan gambaran alur pemasukan bit proses 4. Cara pemasukan bit pada proses 4 ini
dimulai dari kanan paling bawah dari indeks 1 dilakukan secara vertikal hingga berakhir kanan
paling atas pada indeks 128.
Gambar 6 Pola Alur pengambilan bit pada Matriks Plaintext proses 4
Gambar 6 merupakan pola pengambilan bit pada matriks plaintext. Dimana Gambar 6
merupakan gambaran alur pengambilan bit plaintext proses ke 4. Cara pengambilan bit pada
proses 4 ini diambil mengikuti indeks 1,2,3,...128 sesuai pada pola bintang delapan sudut.
Gambar 7 Hasil pengambilan plaintext pada proses 4
7
Gambar 7 merupakan hasil pengambilan bit pada matriks plainteks proses ke 4. Hasil
diurutkan ke kanan dari baris paling atas hingga baris paling bawah.
Selanjutnya proses yang akan dilakukan pada plainteks dan kunci sama dengan proses
yang telah ditunjukkan pada gambar 5, 6, 7 di atas, hanya saja proses yang akan dilakukan
menggunakan pola yang berbeda dan otomatis indeksnya juga ikut berubah sesuai pola yang
dipakai.
Tabel 2 hasil tabel nilai korelasi pada pola plainteks 1
Tabel 2 adalah tabel pengujian dari tiap pola plainteks yang dirancang. Pengujian
dilakukan dengan melakukan perhitungan korelasi pada input plainteks yang berbeda, kemudian
dihitung nilai rata-rata tiap pola dari keempat plainteks yang berbeda tanpa melakukan proses
XOR dengan kunci. Hasilnya dapat dilihat
pada tabel 2 pada kolom rata-rata yang berwarna biru, kemudian diurutkan sesuai nilai korelasi
yang baik berdasarkan indeks dibawah kolom nilai rata-rata korelasi.
Tabel 3 hasil tabel nilai korelasi pada pola plainteks 24 kombinasi
Tabel 3 adalah tabel pengujian dari kombinasi empat pola yang dirancang. Pengujian
8
dilakukan dengan melakukan perhitungan korelasi pada input plainteks yang berbeda, kemudian
dihitung nilai rata-rata tiap kombinasi pola. dan nilai korelasi yang baik dapat dilihat pada kolom
yang berwarna biru kombinasi pola DBAC.
Tabel 4 hasil nilai korelasi pola
Berdasarkan tabel 4 dilakukan pengujian terhadap semua pola yang dipakai pada
perancangan untuk menentukan pola yang baik pada P-Box berdasarkan nilai korelasi yang
didapat dengan inputan lima plainteks yang berbeda. berdasarkan nilai rata – rata pengujian pada
tabel 4 pola bintang delapan sudut, pola hexagon, dan pola lotre didapatkan nilai rata – rata
korelasi yang baik pada pola lotre.
PLAINTEKS
1
2
AAAAAAAA
BAAAAAAA
DISASTER
DISCSTER
VICTOR07
V1CTOR07
A&7#$#?R
M&7#$#?R
KDRMAOCA
KDRBAOCA
RATA - RATA
1
1,5625
0,78125
2,34375
1,5625
3,125
1,875
2
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
3
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
POLA
4
5
1,5625
1,5625
0,78125 0,78125
3,125
3,125
1,5625
1,5625
3,125
3,125
2,03125 2,03125
6
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
7
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
8
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
Tabel 5 Hasil Nilai avalanche effect pola
Berdasarkan tabel 5 dilakukan pengujian terhadap semua pola yang dipakai pada
perancangan untuk menentukan pola yang baik pada P-Box berdasarkan nilai Avalanche effect
yang didapat dengan inputan lima pasang plainteks yang berbeda. berdasarkan nilai rata – rata
pengujian pada tabel 5 pola bintang delapan sudut, pola hexagon, dan pola lotre memiliki tingkat
kekuatan yang sama dalam perhitungan nilai Avalanche effect.
Tabel 6 Hasil Nilai avalanche effect 15 putaran
Pada tabel 6 merupakan hasil dari perhitungan avalanche effect 15 putaran yang
menggunakan S-box, dan diuji menggunakan 5 macam plainteks yang berbeda. dan nilai
tertingginya terdapat pada putaran ke 3 yaitu 61,71875 dengan menggunakan plainteks
A&7#$#?R dan M&7#$#?R.
9
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Gambar 8 Diagram Avalanche Effect
Berdasarkan gambar 8 indeks 1 sampai 15 menunjukkan jumlah putaran pada
perancangan, indeks 0 sampai 100 menunujukkan nilai Avalanche effect, untuk menguji
Avalanche effect ini menggunakan 5 plainteks yang berbeda dapat dilihat di tabel 6 pada kolom
plainteks. Diagram Avalanche effect diatas merupakan hasil dari setelah menggunakan
kombinasi pola terbaik dan menggabungkan S-Box maka didapati hasil seperti gambar 8.
Percobaan dilakukan sebanyak 15 putaran, tetapi angka Avalanche effect terlihat menunjukkan
titik jenuh pada putaran 8 dan 9. Sehingga pada penelitian ini ditentukan jumlah putaran
sebanyak 9 putaran.
Tabel 7 Perbandingan avalanche effect
Encryption Technique
Playfair Cipher
Vigenere Cipher
Caesar Cipher
DES
Blowfish
Proposed Technique
P-box Hexagon&Lotre
No. of bits flipped
4
2
1
35
19
45
79
%
6.25
3.13
1.56
54.68
28.71
70.31
61.71
Pada tabel diatas menunjukkan perbandingan avalanche effect berdasarkan teknik
enkripsi yang dipakai. Dan teknik P-box Lotre 128 bit hasilnya berada lebih dari DES dan
Blowfish.
5. Simpulan
Berdasarkan penelitian dan pengujian terhadap Perancangan dan analisis permutation-box
terbaik berdasarkan nilai korelasi dan Avalanche effect Sebagai Pemenuhan Prinsip Confusion
Dan Diffusion dapat disimpulkan bahwa: 1. Berdasarkan rata-rata nilai korelasi pada 15 putaran
yaitu 0,14316 dilihat dari tabel kategori korelasi maka termasuk dalam kategori korelasi sangat
10
lemah, maka dari itu plainteks dan cipherteks tidak saling berhubungan dikatakan secara statistik.
pengujian terhadap pola terbaik yang dipakai pada penelitian ini antara pola bintang delapan
sudut, hexagon, lotre berdasarkan nilai korelasi pada tiap pola terdapat pada pola lotre yang
memiliki nilai korelasi yaitu 0,01% pada tabel korelasi nilai ini termasuk dalam kategori korelasi
sangat lemah. 2. berdasarkan kombinasi pola terbaik dan menggabungkan S-Box nilai Avalanche
effect naik sebanyak 61% pada putaran ke 3 melebihi avalanche effect pada metode enkripsi DES
dan blowfish. Pada penelitian perancangan ini juga terdapat 9 putaran yang dilakukan
berdasarkan pengujian avalanche effect. Penelitian ini telah memenuhi prinsip confusion dan
diffusion berdasarkan nilai korelasi dan Avalanche effect. Dan dapat dijadikan sebagai alternatif
keamanaan data yang baik.
6. Daftar Pustaka
[1] Kertopati R., Mei 2009. Tutorial Pemrograman Kriptografi C++ dan Java.
[2] Amas., November 2015. Analisis Ketahanan Algoritma Enkripsi Standar Pervasive
Computing (CLEFIA) Terhadap Serangan Linear Dan Differential Cryptanalisis Dengan
Metode LAT, XOR Table Dan Nonlinearity
[3] Jober F. R., Wowor A. D., April 2016. Pemenuhan Prinsip Shannon
(Confussoin dan
Diffusion) pada Block Cipher dengan Pola Anyaman Rambut Papua (ARAP) menggunakan
Constanta Bilangan Prima.
[4] Didi., Oktober 2009. Algoritma Kriptografi AES RIJNDAEL
[5] Rouse M., Agustus 2014. cryptography
[6] Santoso, H. Y., Wowor, A. D., Pakereng, M. A. I., Mei 2015. Perancangan Kriptografi Block
Cipher Berbasis pada Alur Clamshell’s Growth Ri
11
Berdasarkan Nilai Korelasi dan Avalanche Effect
Sebagai Pemenuhan Prinsip Confusion dan diffusion
Artikel Ilmiah
Peneliti :
Victor Aglisias Saptenno (672012066)
Alz Danny Wowor, S.Si., M.Cs.
Program Studi Teknik Informatika
Fakultas Teknologi Informasi
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Februari 2017
1. Pendahuluan
Keamanaan data adalah suatu hal yang diinginkan semua orang untuk menjaga privasi,
agar pesan yang dikirim atau diterima aman dari gangguan pihak ketiga atau orang yang tidak
bertanggung jawab, dalam hal ini untuk menjaga keamanaan data tersebut akan disembunyikan
menggunakan algoritma kriptografi.
Konfusi (confusion) yaitu Mengaburkan hubungan antara plaintext dan ciphertext. Cara
paling mudah untuk melakukan konfusi adalah menggunakan substitusi. Konfusi menimbulkan
kesulitan dalam usaha musuh untuk mencari keteraturan dan pola statistik antara plaintext dan
ciphertext.
Difusi (diffusion) yaitu menyebarkan redudansi plaintext dengan menyebarkan masukan
ke seluruh ciphertext. Cara yang paling mudah untuk dapat melakukan difusi adalah dengan
menggunakan metode transposisi. Jika menggunakan difusi, akan dibutuhkan waktu yang lebih
lama untk memecahkan sandi rahasia ini.
Sehingga dapat digunakan untuk mengamankan informasi. Pada implementasinya sebuah
algoritma sandi harus memperhatikan kualitas layanan dari keseluruhan sistem dimana dia
diimplementasikan. Algoritma sandi yang handal adalah algoritma sandi yang kekuatannya
terletak pada kunci, bukan pada kerahasiaan algoritma itu sendiri. Teknik dan metode untuk
menguji kehandalan algoritma sandi adalah kriptanalisa[1].
Kemudian untuk memenuhi prinsip konfusi dan difusi maka dilakukan penilitian
mengenai Perancangan Dan Analisis Permutation-Box Terbaik Berdasarkan Nilai Korelasi Dan
Avalanche Effect dengan pendekatan pada block cipher berbasis 128 bit. Pada algoritma yang
dirancang menggunakan AES yang merupakan algoritma block chiper dengan menggunakan
sistem permutasi dan subtitusi (P-Box dan S-Box) bukan dengan jaringan feistel sebagaimana
block chiper pada umumnya. AES memiliki ukuran block yang tetap sepanjang 128 bit dan 256
bit. Terdapat juga skema transposisi dengan beberapa pola yang berbeda pada plainteks dan
kunci, dan juga dikombinasi dengan pola horizontal dan vertikal sebagai alur pemasukan dan
pengambilan bit pada sebuah kotak transposisi.
2. Tinjauan Pustaka
Penelitian terdahulu yang terkait dengan penelitian ini berjudul, “Analisis Ketahanan
Algoritma Enkripsi Standar Pervasive Computing (CLEFIA) Terhadap Serangan Linear Dan
Differential Cryptanalisis Dengan Metode LAT, Tabel XOR Dan Nonlinearity”. Pervasive
computing memiliki konsep bahwa komputasi bisa dimunculkan dimana saja, menyatu dalam
aktifitas manusia dan dikembangkan dalam sumber daya ringan. Salah satu isu penting dalam
pervasive computing adalah keamanan, yaitu bagaimana menerapkan fitur keamanan meskipun
dengan sumber daya terbatas. CLEFIA merupakan algoritma block cipher yang menjadi standar
dalam ISO/IEC 29192-2 untuk penerapan enkripsi simetrik pada perangkat dengan sumber daya
ringan. Karakteristik tersebut sangat cocok untuk diimplementasikan pada teknologi berbasis
pervasive computing. Sebagai algoritma kriptografis dalam mendukung keamanan, tentu harus
memenuhi aspek kekuatan yang memadai. Salah satu kriteria penting pada algoritma kriptografi
berbasis simetrik saat ini yaitu ketahanan terhadap linear dan differential cryptanalysis. Pada
penelitian ini, penulis melakukan analisis terhadap salah satu komponen utama dalam algoritma
CLEFIA, yaitu s-box. Beberapa metode yang digunakan yaitu LAT, XOR Table dan
nonlinearity. Analisis ini digunakan untuk mengetahui ketahanan s-box yang digunakan terhadap
linear dan differential cryptanalysis. Dari hasil analisis didapatkan s-box S0 memiliki nilai LAT
1
maksimal sebesar 24, nilai differential uniformity sebesar 10 dan nilai nonlinearity 100. S-box
S1 memiliki nilai LAT maksimal sebesar 16, nilai differential uniformity sebesar 4 dan nilai
nonlinearity 112. Nilai tersebut menghasilkan probabilitas sukses yang sangat kecil untuk
diberlakukan serangan linear dan differential cryptanalysis sehingga disimpulkan bahwa S-box
CLEFIA tahan terhadap linear dan differential cryptanalysis[2].
Pada penelitian yang ke 2 ini mengenai Pemenuhan Prinsip Shannon (Confussoin dan
Diffusion) pada Block Cipher dengan Pola Anyaman Rambut Papua (ARAP) menggunakan
Constanta Bilangan Prima. Berdasarkan hasil dari penelitian maka dapat disimpulkan modifikasi
kriptografi ARAP diperoleh rata-rata nilai AE sebanyak 46,875%. Modifikasi yang dilakukan
dapat berhasil melampaui nilai AE dari kriptografi modern seperti Blowfish yang menggunakan
lima proses block cipher . Modifikasi ARAP juga dapat memenuhi prinsip shannon difusi-konfusi
dengan peningkatan nilai avalance effect dan juga prinsip iterated cipher berdasarkan
peningkatan nilai avalanche effect[3].
Kemudian pada penelitian tentang “Algoritma Kriptografi AES Rijndael”
dimana Algoritma kriptografi AES Rijndael adalah algoritma kriptografi yang cukup handal
hingga saat ini. Pada tahun 2006, National Security Agency (NSA) pernah menyatakan bahwa
AES cukup aman digunakan untuk mengamankan data-data pemerintah Amerika Serikat yang
bukan tergolong sangat rahasia. Hingga tahun 2006 serangan terbaik terhadap algoritma Rijndael
hanya berhasil menembus putaran ke-7 untuk kunci 128 bit, putaran ke-8 untuk kunci 192 bit,
dan putaran ke-9 untuk kunci 256 bit. Dengan melihat jumlah putaran yang berhasil ditembus,
tidaklah tidak mungkin suatu hari algoritma ini dapat dengan mudah ditembus. Namun demikian
algoritma Rijndael masih dipandang algoritma yang cukup handal[4].
Berdasarkan penelitian-penelitian terkait kriptografi sebelumnya, maka akan dilakukan
penelitian tentang Perancangan Dan Analisis Permutation-Box Terbaik Berdasarkan Nilai
Korelasi Dan Avalanche Effect Sebagai Pemenuhan Prinsip Konfusi Dan Difusi. Perbedaan
penelitian ini dengan yang sebelumnya dimana jumlah data yang diproses sebanyak 128 bit
dalam 4 proses sebanyak 15 putaran, dan pada dua plainteks dikombinasikan dengan tabel
subtitusi S-Box. Dengan jumlah data yang diacak dan dikombinasikan dengan tabel subtitusi SBox maka kriptografi yang dirancang mampu lebih menyamarkan hasil enkripsi (cipher text)
dibandingkan dengan penilitian sebelumnya.
Kriptografi adalah terkait erat dengan disiplin ilmu kriptologi dan pembacaan sandi.
Kriptografi termasuk teknik seperti microdots, penggabungan kata-kata dengan gambar, dan
cara-cara lain untuk menyembunyikan informasi dalam penyimpanan atau berpindah. Namun,
dalam dunia komputer sekarang ini, kriptografi yang paling sering dikaitkan dengan plaintext
(teks biasa, kadang-kadang disebut sebagai teks yang jelas) menjadi ciphertext (suatu proses
yang disebut enkripsi), kemudian kembali lagi (dikenal sebagai dekripsi)[5].
Pada bagian ini juga akan membahas teori pendukung yang digunakan dalam perancangan
dan analisis kriptografi block cipher 128 bit menggunakan beberapa pola yang berbeda, yang
dapat mengacak bit lebih baik agar tidak dapat diketahui oleh pihak ketiga.
Selanjutnya akan dibahas dasar-dasar teori yang digunakan sebagai dasar untuk
merancang kriptografi dalam penelitian ini. Kriptografi adalah ilmu yang mempelajari teknikteknik yang berhubungan dengan aspek keamanan informasi seperti kerahasiaan, integritas data,
dan otentikasi.
Block cipher atau cipher block digolongkan sebagai kriptografi moderen. Input dan output
dari algoritma block cipher berupa blok dan setiap blok terdiri dari beberapa bit (1 blok terdiri
2
dari 64-bit atau 128-bit). Block cipher juga merupakan algoritma kunci simetri atau kriptografi
kunci privat, dimana kunci untuk enkripsi sama dengan kunci untuk dekripsi[6]. Secara umum
block cipher dapat ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema Proses Enkripsi-Dekripsi Pada Block Cipher [6]
Misalkan blok plainteks (P) yang berukuran n bit
P p1 , p 2 ,, p n
Blok cipherteks (C) maka blok C adalah
C c1 , c 2 ,, c n
Kunci (K) maka kunci adalah
K k1 , k2 ,, kn
Sehingga proses Enkripsi adalah
E k P C
(1)
(2)
(3)
(4)
Dk C P (C) = P
(5)
Enkripsi dilakukan terhadap blok bit plainteks menggunakan bit-bit kunci (yang
ukurannya sama dengan ukuran blok plainteks). Algoritma enkripsi menghasilkan blok
cipherteks yang sama dengan blok plainteks. Dekripsi dilakukan dengan cara yang serupa seperti
enkripsi [6].
Proses dekripsi adalah
�=
nΣ
– Σ
Σ
(6)
√{nΣ ² – Σ ²} {nΣ ² – Σ ²}
Dimana:
n
=
Σx = Total
Σy = Total
Banyaknya
jumlah
jumlah
pasangan
data
dari
dari
3
X
variabel
variabel
dan
Y
X
Y
Σx2 = Kuadrat
dari
total
jumlah
2
Σy = Kuadrat
dari
total
jumlah
Σxy = Hasil perkalian dari total jumlah variabel X dan variabelY
variabel
variabel
X
Y
Panduan umum dalam menentukan kriteria kolerasi ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Kriteria Korelasi
Nilai Korelasi
0
0.00–0.19
0.20–0.39
0.40–0.59
0.6– 0.79
0.8–1
Kriteria Korelasi
Tidak ada korelasi
Korelasi sangat lemah
Korelasi lemah
Korelasi sedang
Korelasi kuat/erat
Korelasi sempurna
3. Metode dan Perancangan Algoritma
Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini, terdiri dari 5 (lima) tahapan, yaitu: (1)
Identifikasi Masalah, (2) Kajian Pustaka, (3) Perancangan Algoritma, (4) Pengujian Kriptografi,
dan (5) Penulisan Laporan.
Identifikasi Masalah
Kajian Pustaka
Perancangan Algoritma
4
Pengujian Kriptografi
PenulisanLaporan
Gambar 2 Tahapan Penelitian
Tahap penelitian dari Gambar 2. dapat dijelaskan sebagai berikut : Tahap pertama :
Identifikasi Masalah dilakukan dengan mengidentifikasi masalah yang kaitannya dengan
kriptografi AES. Selain itu, menentukan batasan masalah dalam penelitian ini yaitu ; Plaintext
dan kunci dibatasi maksimal 16 karakter pada Block Cipher 128 bit, Block-block menggunakan
16x8 (128-bit), serta perancangan kriptografi menggunakan beberapa pola yang berbeda. Tahap
kedua : Kajian pustaka dilakukan dengan mengumpulkan referensi dari buku, jurnal, atau sumber
lain yang berkaitan dengan penelitian ini. Tahap ketiga : Merancang algoritma kriptografi Block
Cipher 128 bit berbasis pada beberapa pola yang berbeda, yang dikombinasikan dengan XOR
dan menggunakan tabel subtitusi s-box untuk subtitusi byte. Tahap keempat: Setelah rancangan
kriptografi dibuat dibutuhkan pengujian algoritma pada block chiper 128 bit. Pengujian
dilakukan dengan cara manual dimana plaintext diubah kedalam bit untuk melakukan proses
enkripsi; Tahap kelima : menulisan laporan dari hasil penelitian yang dilakukan mengenai proses
perancangan kriptografi Block Cipher 128 Bit Berbasis pada beberapa pola yang berbeda.
Dalam perancangan Kriptografi Block Cipher 128 Bit Berbasis pada beberapa pola yang
berbeda, dilakukan dalam 1 (satu) proses yaitu proses enkripsi. Proses enkripsi dilakukan dengan
menggunakan putaran sebanyak 15 kali dan setiap putaran terdapat 4 proses, yang akan
ditunjukkan dalam Gambar 3.
5
Gambar 3 Rancangan Alur Proses Enkripsi
Gambar 3. merupakan rancangan alur proses enkripsi. Langkah-langkah alur proses
enkripsi dapat dijabarkan sebagai berikut: a) Menyiapkan plaintext dan kunci; b) Mengubah
plaintext dan kunci menjadi nilai Desimal sesuai dalam tabel ASCII; c) Mengubah desimal ke
biner. Dalam rancangan enkripsi plaintext dan kunci setiap proses pada setiap putaran: 1)
Putaran pertama Plaintext 1 (P1) akan melakukan transposisi dengan bintang delapan sudut
kemudian akan ditransformasi dengan tabel subtitusi S-Box sebelum melewati proses XOR
dengan Kunci 1 (K1) menghasilkan Plaintext 2 (P2) akan melakukan transposisi dengan bintang
delapan sudut kemudian akan ditransformasi dengan tabel subtitusi S-Box sebelum melewati
proses XOR dengan Kunci 2 (K2) menghasilkan Plaintext 3 (P3) setelah sebelumnya diproses
pada S-Box; 3) kunci 2 (K2) akan di transformasi dengan pola lotre, Plaintext 3 (P3) di XOR
dengan Kunci 3 (K3) menghasilkan Plaintext 4 (P4); 4) kunci 3 (K3) akan melakukan
transformasi dengan pola lotre, Plaintext 4 (P4) di XOR dengan Kunci 4 (K4) menghasilkan
Plaintext 5 (P5); 5) Plaintext 5 (P5) masuk pada putaran ke n dengan alur proses yang sama
dengan putaran pertama, dan tahapan tersebut akan berlanjut sampai putaran ke n yang
menghasilkan Ciphertext (C).
4. Hasil dan Pembahasan
Bagian ini akan membahas secara rinci mengenai perancangan algoritma kriptografi Block
Cipher 128 bit. Yang dimana dilakukan pengujian terhadap pola yang dipakai dengan 4 proses
yang dilakukan berdasarkan nilai korelasi dan
avalanche effect terbaik. Dengan menggunakan teknik transposisi pada kotak permutasi.
Gambar 5 Pola Alur Pemasukkan bit pada Matriks Plaintext proses 4
Gambar 5 merupakan pola pemasukan bit pada matriks plaintext. Pola Gambar 5
6
merupakan gambaran alur pemasukan bit proses 4. Cara pemasukan bit pada proses 4 ini
dimulai dari kanan paling bawah dari indeks 1 dilakukan secara vertikal hingga berakhir kanan
paling atas pada indeks 128.
Gambar 6 Pola Alur pengambilan bit pada Matriks Plaintext proses 4
Gambar 6 merupakan pola pengambilan bit pada matriks plaintext. Dimana Gambar 6
merupakan gambaran alur pengambilan bit plaintext proses ke 4. Cara pengambilan bit pada
proses 4 ini diambil mengikuti indeks 1,2,3,...128 sesuai pada pola bintang delapan sudut.
Gambar 7 Hasil pengambilan plaintext pada proses 4
7
Gambar 7 merupakan hasil pengambilan bit pada matriks plainteks proses ke 4. Hasil
diurutkan ke kanan dari baris paling atas hingga baris paling bawah.
Selanjutnya proses yang akan dilakukan pada plainteks dan kunci sama dengan proses
yang telah ditunjukkan pada gambar 5, 6, 7 di atas, hanya saja proses yang akan dilakukan
menggunakan pola yang berbeda dan otomatis indeksnya juga ikut berubah sesuai pola yang
dipakai.
Tabel 2 hasil tabel nilai korelasi pada pola plainteks 1
Tabel 2 adalah tabel pengujian dari tiap pola plainteks yang dirancang. Pengujian
dilakukan dengan melakukan perhitungan korelasi pada input plainteks yang berbeda, kemudian
dihitung nilai rata-rata tiap pola dari keempat plainteks yang berbeda tanpa melakukan proses
XOR dengan kunci. Hasilnya dapat dilihat
pada tabel 2 pada kolom rata-rata yang berwarna biru, kemudian diurutkan sesuai nilai korelasi
yang baik berdasarkan indeks dibawah kolom nilai rata-rata korelasi.
Tabel 3 hasil tabel nilai korelasi pada pola plainteks 24 kombinasi
Tabel 3 adalah tabel pengujian dari kombinasi empat pola yang dirancang. Pengujian
8
dilakukan dengan melakukan perhitungan korelasi pada input plainteks yang berbeda, kemudian
dihitung nilai rata-rata tiap kombinasi pola. dan nilai korelasi yang baik dapat dilihat pada kolom
yang berwarna biru kombinasi pola DBAC.
Tabel 4 hasil nilai korelasi pola
Berdasarkan tabel 4 dilakukan pengujian terhadap semua pola yang dipakai pada
perancangan untuk menentukan pola yang baik pada P-Box berdasarkan nilai korelasi yang
didapat dengan inputan lima plainteks yang berbeda. berdasarkan nilai rata – rata pengujian pada
tabel 4 pola bintang delapan sudut, pola hexagon, dan pola lotre didapatkan nilai rata – rata
korelasi yang baik pada pola lotre.
PLAINTEKS
1
2
AAAAAAAA
BAAAAAAA
DISASTER
DISCSTER
VICTOR07
V1CTOR07
A&7#$#?R
M&7#$#?R
KDRMAOCA
KDRBAOCA
RATA - RATA
1
1,5625
0,78125
2,34375
1,5625
3,125
1,875
2
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
3
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
POLA
4
5
1,5625
1,5625
0,78125 0,78125
3,125
3,125
1,5625
1,5625
3,125
3,125
2,03125 2,03125
6
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
7
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
8
1,5625
0,78125
3,125
1,5625
3,125
2,03125
Tabel 5 Hasil Nilai avalanche effect pola
Berdasarkan tabel 5 dilakukan pengujian terhadap semua pola yang dipakai pada
perancangan untuk menentukan pola yang baik pada P-Box berdasarkan nilai Avalanche effect
yang didapat dengan inputan lima pasang plainteks yang berbeda. berdasarkan nilai rata – rata
pengujian pada tabel 5 pola bintang delapan sudut, pola hexagon, dan pola lotre memiliki tingkat
kekuatan yang sama dalam perhitungan nilai Avalanche effect.
Tabel 6 Hasil Nilai avalanche effect 15 putaran
Pada tabel 6 merupakan hasil dari perhitungan avalanche effect 15 putaran yang
menggunakan S-box, dan diuji menggunakan 5 macam plainteks yang berbeda. dan nilai
tertingginya terdapat pada putaran ke 3 yaitu 61,71875 dengan menggunakan plainteks
A&7#$#?R dan M&7#$#?R.
9
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Gambar 8 Diagram Avalanche Effect
Berdasarkan gambar 8 indeks 1 sampai 15 menunjukkan jumlah putaran pada
perancangan, indeks 0 sampai 100 menunujukkan nilai Avalanche effect, untuk menguji
Avalanche effect ini menggunakan 5 plainteks yang berbeda dapat dilihat di tabel 6 pada kolom
plainteks. Diagram Avalanche effect diatas merupakan hasil dari setelah menggunakan
kombinasi pola terbaik dan menggabungkan S-Box maka didapati hasil seperti gambar 8.
Percobaan dilakukan sebanyak 15 putaran, tetapi angka Avalanche effect terlihat menunjukkan
titik jenuh pada putaran 8 dan 9. Sehingga pada penelitian ini ditentukan jumlah putaran
sebanyak 9 putaran.
Tabel 7 Perbandingan avalanche effect
Encryption Technique
Playfair Cipher
Vigenere Cipher
Caesar Cipher
DES
Blowfish
Proposed Technique
P-box Hexagon&Lotre
No. of bits flipped
4
2
1
35
19
45
79
%
6.25
3.13
1.56
54.68
28.71
70.31
61.71
Pada tabel diatas menunjukkan perbandingan avalanche effect berdasarkan teknik
enkripsi yang dipakai. Dan teknik P-box Lotre 128 bit hasilnya berada lebih dari DES dan
Blowfish.
5. Simpulan
Berdasarkan penelitian dan pengujian terhadap Perancangan dan analisis permutation-box
terbaik berdasarkan nilai korelasi dan Avalanche effect Sebagai Pemenuhan Prinsip Confusion
Dan Diffusion dapat disimpulkan bahwa: 1. Berdasarkan rata-rata nilai korelasi pada 15 putaran
yaitu 0,14316 dilihat dari tabel kategori korelasi maka termasuk dalam kategori korelasi sangat
10
lemah, maka dari itu plainteks dan cipherteks tidak saling berhubungan dikatakan secara statistik.
pengujian terhadap pola terbaik yang dipakai pada penelitian ini antara pola bintang delapan
sudut, hexagon, lotre berdasarkan nilai korelasi pada tiap pola terdapat pada pola lotre yang
memiliki nilai korelasi yaitu 0,01% pada tabel korelasi nilai ini termasuk dalam kategori korelasi
sangat lemah. 2. berdasarkan kombinasi pola terbaik dan menggabungkan S-Box nilai Avalanche
effect naik sebanyak 61% pada putaran ke 3 melebihi avalanche effect pada metode enkripsi DES
dan blowfish. Pada penelitian perancangan ini juga terdapat 9 putaran yang dilakukan
berdasarkan pengujian avalanche effect. Penelitian ini telah memenuhi prinsip confusion dan
diffusion berdasarkan nilai korelasi dan Avalanche effect. Dan dapat dijadikan sebagai alternatif
keamanaan data yang baik.
6. Daftar Pustaka
[1] Kertopati R., Mei 2009. Tutorial Pemrograman Kriptografi C++ dan Java.
[2] Amas., November 2015. Analisis Ketahanan Algoritma Enkripsi Standar Pervasive
Computing (CLEFIA) Terhadap Serangan Linear Dan Differential Cryptanalisis Dengan
Metode LAT, XOR Table Dan Nonlinearity
[3] Jober F. R., Wowor A. D., April 2016. Pemenuhan Prinsip Shannon
(Confussoin dan
Diffusion) pada Block Cipher dengan Pola Anyaman Rambut Papua (ARAP) menggunakan
Constanta Bilangan Prima.
[4] Didi., Oktober 2009. Algoritma Kriptografi AES RIJNDAEL
[5] Rouse M., Agustus 2014. cryptography
[6] Santoso, H. Y., Wowor, A. D., Pakereng, M. A. I., Mei 2015. Perancangan Kriptografi Block
Cipher Berbasis pada Alur Clamshell’s Growth Ri
11