T1__Full text Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Desain Permutation Box dengan Pola Vertikal dan Horizontal sebagai Proses Transposisi pada Kriptografi Block Cipher T1 Full text
Desain Permutation Box dengan Pola Vertikal dan Horizontal
Sebagai Proses Transposisi pada Kriptografi Block Cipher
Artikel Ilmiah
Peneliti :
Stefanus Kurniawan Uripto (672012019)
Alz Danny Wowor, S.Si., M.Cs.
Program Studi Teknik Informatika
Fakultas Teknologi Informasi
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
November 2016
1.
menggunakan pola vertikal dan
horizontal
yang
di
dalamnya
dikombinasikan dengan tabel subtitusi
S-Box. Block Cipher sendiri adalah
algoritma enkripsi yang membagi-bagi
plaintext yang akan dikirimkan dengan
jumlah bit tertentu (block), dan setiap
block akan dienkripsi dengan proses
yang sama untuk menghasilkan block
ciphertext. Sedangkan pola vertikal
dan horizontal digunakan sebagai
proses masuk bit plaintext pada blok
matriks dimana pola tersebut diambil
sebagai acuan karena memiliki pola
yang cukup sederhana tetapi mampu
menghasilkan bit yang acak pada
matriks. Pada penelitian ini, plaintext
dibagi dalam blok-blok, dimana setiap
blok berjumlah 64 bit dan memiliki 20
putaran dimana setiap putaran terdapat
empat proses untuk plaintext dan juga
kunci (key). Setiap proses plaintext
akan di XOR dengan kunci (key) dan
akan menghasilkan ciphertext yang
akan
digunakan
untuk
proses
berikutnya. Ciphertext dari hasil
proses terakhir setiap byte-nya akan
ditransformasi dengan tabel subtitusi
S-box. Pada penelitian ini, S-box yang
digunakan adalah S-box dari algoritma
kriptografi AES (Advanced Encryption
Standard).
Pendahuluan
Pada jaman sekarang ini sangat
penting untuk menjaga menjaga
keamanan data atau informasi.
Kerahasiaan merupakan aset yang
berharga yang harus di jaga. Seiring
dengan itu tuntutan untuk menjaga
sebuah data atau informasi dengan
aman.
Kriptografi diciptakan sebagai
solusi untuk mengamankan data.
Kriptografi merupakan salah satu
metode pengamanan data yang dapat
digunakan untuk menjaga kerahasian
data, keaslian data, dan keaslian
pengirim. Metode ini bertujuan untuk
mengubah data ke dalam kode-kode
tertentu agar informasi yang disimpan
maupun ditransmisikan tidak dapat
dibaca oleh orang lain dan hanya dapat
dibaca oleh pihak yang berhak.
Kriptografi mempelajari tentang teknik
enkripsi data, dimana data diacak
dengan
sebuah
kunci
yang
menghasilkan
data
yang
telah
dienkripsi dan hanya dapat didekripsi
oleh orang yang memiliki kunci
dekripsi.
Dalam Kriptografi terdapat dua
konsep utama yaitu enkripsi dan
dekripsi. Dimana enkripsi adalah
proses untuk mengubah data yang
dikirim (Plaintext) menjadi sandi
(Ciphertext), dan dekripsi adalah
proses mengembalikan sandi menjadi
data asli yang dikirim.
Algoritma yang digunakan
dalam perancangan kriptografi pada
penilitian ini adalah algoritma berbasis
Block Cipher 64 bit dengan
2.
Tinjauan Pustaka
Penelitian sebelumnya yang
menjadi acuan dalam penelitian yang
dilakukan, dijelaskan sebagai berikut,
yang pertama adalah “Perancangan
Kriptografi Block Cipher Berbasis
Kubus
Rubik”.
Penelitian
ini
6
membahas
tentang
perancangan
kriptografi block cipher berbasis 64bit
dengan permain kubus rubik 4×4×4
merupakan sebuah kriptosistem karena
memenuhi aturan 5-tuple
dari
Stinson.
Penelitian
kedua
berjudul
“Perancangan
Algoritma
pada
Kriptografi Block
Cipher dengan Teknik Langkah Kuda
Dalam Permainan Catur”. Penelitian
ini membahas tetang perancangan
kriptografi block cipher berbasis 64 bit
menggunakan
pendekatan
teknik
langkah kuda dalam permainan catur
sebagai metode pemasukan bit
plaintext pada blok matriks.
Penelitian ketiga
berjudul
”Perancangan
Kriptografi
Block
Cipher Berbasis Teknik Burung
Terbang membahas tentang sebuah
teknik kriptografi yang berteknik
Burung terbang yang melakukan
proses enkripsi dan dekripsi, dan telah
memenuhi (five tuple)..
Berdasarkan
penelitianpenelitian yang pernah dilakukan
terkait perancangan kriptografi block
cipher berbasi pola, maka dirancang
sebuah kriptografi block cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal.
Perbedaan penelitian ini dengan yang
sebelumnya dimana jumlah jumlah
putaran sebanyak 20 kali, dan pada
setiap putaran dikombinasikan dengan
tabel subtitusi S-Box.
Pada bagian ini juga akan
membahas teori pendukung yang
digunakan
dalam
perancangan
algoritma kriptografi block cipher 64
bit berbasis pola tangga nada minor
pada piano. Kriptografi adalah ilmu
mengenai teknik enkripsi dimana data
diacak menggunakan suatu kunci
enkripsi menjadi sesuatu yang sulit
dibaca oleh seseorang yang tidak
memiliki kunci dekripsi.
Salah satu metode dalam
kriptografi modern yaitu block cipher.
Block cipher merupakan algoritma
simetris yang mempunyai input dan
output yang berupa blok dan setiap
bloknya biasanya terdiri dari 64 bit
atau lebih. Pada block cipher, hasil
enkripsi berupa blok ciphertext
biasanya mempunyai ukuran yang
sama dengan blok plaintext. Dekripsi
pada block cipher dilakukan dengan
cara yang sama seperti pada proses
enkripsi. Secara umum dapat dilihat
pada Gambar 1.
Gambar 1 Skema Proses Enkripsi-Dekripsi
Pada Block Cipher
Misalkan block plaintext (P) yang
berukuran n bit
7
P p1 , p2 ,, pn
dan
adalah fungsi
sedemikian hingga
(
)
untuk setiap plaintext
Untuk menguji nilai algoritma
yang dirancang memiliki hasil
ciphertext yang acak dari plaintext
maka digunakan Persamaan 6, dimana
variable X merupakan plaintext dan Y
merupakan ciphertext :
(1)
Blok ciphertext (C) maka blok C
adalah
C c1 , c2 ,, cn
(2)
Kunci (K) maka kunci adalah
K k1 , k 2 ,, k n
(3)
Sehingga proses enkripsi adalah
√
E k P C
(4)
Proses dekripsi adalah
Dk C P (C) = P
–
–
–
6)
Dimana:
n = Banyaknya pasangan data X
dan Y
Σx = Total jumlah dari variabel X
Σy = Total jumlah dari variabel Y
Σx2 = Kuadrat dari total jumlah
variabel X
Σy2 = Kuadrat dari total jumlah
variabel Y
Σxy = Hasil perkalian dari total
jumlah variabel X dan variabel Y
(5)
Sebuah
kriptografi
dapat
dikatakan sebagai suatu teknik
kriptografi,
harus
melalui
uji
kriptosistem terlebih dahulu yaitu diuji
dengan metode Stinson. Sebuah sistem
akan dikatakan sebagai sistem
kriptografi jika memenuhi lima-tuple
(Five tuple):
1. P adalah himpunan berhingga dari
plaintext,
2. C adalah himpunan berhingga dari
ciphertext,
3. K
merupakan
ruang
kunci
(keyspace),
adalah
himpunan
berhingga dari kunci,
4. Untuk setiap
, terdapat aturan
enkripsi
dan
berkorespodensi dengan aturan
dekripsi
Setiap
Panduan
umum
dalam
menentukan
kriteria
kolerasi
ditunjukkan
pada
Tabel
2.
Tabel 2 Kriteria Korelasi
R (/+)
0
0–
0,5
0,5 –
0,8
8
Kriteria
Korelasi
Tidak ada
korelasi
Korelasi lemah
Korelasi sedang
0,8 –
1
1
3.
Metode
Algoritma
dan
akan dibahas pada
Perancangan
Kriptografi Block Cipher 64 Bit
Berbasis Pola Vertikal dan Horizontal,
yaitu: 1) Plaintext dan kunci dibatasi
maksimal 32 karakter; 2) Block-block
menggunakan block 8x8 (64-bit); 3)
dalam
perancangan
kriptografi
menggunakan pola Vertikal dan
Horizontal. Tahap kedua : Kajian
pustaka
dilakukan
dengan
mengumpulkan referensi dari buku,
jurnal, atau sumber lain yang berguna
dalam perancangan kriptografi; Tahap
ketiga
:
Merancang
algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal,
yang dikombinasikan dengan XOR
dan menggunakan tabel subtitusi s-box
untuk
transposisi
byte;
Tahap
keempat: Setelah rancangan kriptografi
dibuat
dibutuhkan
pengujian
algoritma. Pengujian dilakukan dengan
cara manual dimana plaintext diubah
ke dalam bit untuk melakukan proses
enkripsi; Tahap kelima: menulisan
laporan dari hasil penelitian yang
dilakukan
mengenai
proses
perancangan algoritma kriptografi
Block Cipher 64 bit berbasis pola
tangga nada minor pada piano.
Adapun batasan masalah dalam
penelitian ini yaitu: 1)Menggunakan
kriptografi simetris; 2) Pola vertikal
dan horizontal digunakan pada proses
plaintext; 3) Mempunyai proses
putaran terdiri dari 20 putaran; 4)
Panjang block adalah 64-bit.
Dalam perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal,
dilakukan dalam 1 (satu) proses yaitu
proses enkripsi. Proses enkripsi
Korelasi
kuat/erat
Korelasi
sempurna
Perancangan
Tahapan yang dilakukan dalam
penelitian ini, terdiri dari 5 (lima)
tahapan, yaitu: (1) Pengumpulan
Bahan, (2) Analisis Masalah, (3)
Perancangan Kriptografi, (4) Uji
Kriptografi, dan (5) Penulisan
Laporan.
Gambar 2 Tahapan Penelitian
Tahap penelitian dari Gambar
2 dapat dijelaskan sebagai berikut :
Tahap pertama : Identifikasi masalah
merupakan tahapan awal dalam
melakukan penelitian untuk melihat
masalah-masalah keamanan informasi
yang berkaitan dengan kriptografi dan
akan digunakan sebagai perumusan
masalah serta tujuan dari penelitian
ini. Adapun rumusan masalah yang
9
dilakukan
dengan
menggunakan
putaran sebanyak 20 kali dan setiap
putaran terdapat 4 proses, yang akan
ditunjukkan dalam Gambar 3.
PLAINTEKS
PROSES 1
PROSES 2
PROSES n
Gambar 3 Rancangan Alur Proses Enkripsi
Setiap
putaran terdiri dari
proses plaintext ke-n
KUNCI
dan juga proses kunci
ke-n, dengan n = 1,
…, 4. Kedua proses
untuk tiap putaran
KUNCI 1
+
memerlukan
8
karakter
yang
sebanding dengan 64
bit,
kemudian
dirancang
dengan
KUNCI 2
+
pola tertentu untuk
menempati 64 kotak
dan
selanjutnya
bagaimana
mengambil
64 bit
KUNCI n
+
dari kotak tersebut.
Sehingga untuk satu
kotak pada
satu
CIPHERTEKS
proses
akan
memerlukan satu kali
pemasukan bit dan juga satu kali
pengambilan bit.
4.
Hasil dan Pembahasan
Bagian ini akan membahas
mengenai perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal.
Bagian ini juga akan membahas
tentang proses enkripsi.
Pada perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola Vertikal dan Horizontal
ini diambil sebagai metode untuk
membuat pola dalam yang akan
diterapkan dalam plaintext dan
ciphertext. Proses transposisi yang
10
diambil sebagai contoh pada penelitian
ini yaitu proses pada sebuah Pola
Vertikal dan Horizontal, dimana pada
pola tersebut ini tanpa ada angka yang
berulang di satu baris, kolom atau
kotak. Dan pola tersebut ini dapat
dilihat seperti Gambar 4.
.
ini dilakukan dengan menggunakan 20
putaran untuk mendapatkan ciphertext
dan dalam setiap putaran terdapat 4
proses. Proses enkripsi secara umum
dapat dilihat pada Gambar 3. Proses
pertama plaintext dan kunci dikonversi
menjadi ASCII kemudian diubah ke
bilangan biner. Plaintext dan kunci
kemudian dimasukkan ke dalam
kolom matriks 8x8 sesuai dengan pola
vertikal dan horizontal dan biner
tersebut diambil dengan berbeda.
Kemudian hasil XOR dari proses
keempat
antara
plaintext
dan
ciphertext kemudian ditransformasikan
dengan tabel subtitusi S-Box untuk
menghasilkan ciphertext.
Gambar 4 Pola Masuk
Pada Gambar 4 Dapat dilihat
Pola Masuk untuk plaintext dan
ciphertext dengan angka yang berbeda
antara Pola Vertikal dan Horizontal
untuk plaintext dan untuk ciphertext.
Dan dapat dilihat juga pada kedua
kotak tersebut, dimana dalam satu
baris, kolom dan kotak tidak terdapat
angka yang sama atau berulang, dan
angka – angka tersebut yang nantinya
akan dijadikan pola pengambilan bit.
Pada bagian sebelumnya sudah
dibahas bahwa perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola Vertikal dan Horizontal
11
Gambar 6 Proses Masuk bit Plaintext Proses
2, Dengan Pola Vertikal dan Horizomtal
Pada Gambar 6 terdapat 4
(empat) pola yang berbeda antara pola
plaintext dan pola kunci, dimana pada
pola-pola tersebut dapat dijelaskan
bahwa didalam pola vertikal dan
horizontal dapat dilakukan dari
berbagai arah, dapat dimulai dengan
menyilang seperti pada pola A dan
pola B yang terdapat dalam pola
plaintext, dan bisa juga dimulai
dengan kanan, kiri, atas, dan bawah.
Dari pola-pola yang sudah
dirancang,
dilakukan
pengujian
korelasi antara plaintext dan ciphertext
dengan menkombinasikan urutan pola
untuk mendapatkan rata-rata korelasi
terbaik. Pengujian dilakukan dengan
menggunakan
beberapa
contoh
plaintext dan kunci yang berbeda yaitu
:
Gambar 5 Rancangan Proses Enkripsi
Dalam algoritma ini dipakai
untuk proses pengambilan bit didalam
matriks plaintext dan kunci. Pada pola
seperti yang digambarkan dalam
Gambar 6 sebagai berikut :
.
12
PLAINTEKS
KUNCI
PLAINTEKS
PROSES 1
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
PLAINTEKS
PROSES 2
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
PLAINTEKS
PROSES 3
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
Gambar 7 Tabel Nilai Korelasi
Gambar 7 menunjukan bahwa
urutan kombinasi pola dengan rata-rata
korelasi terbaik terdapat pada urutan
pola A-D-B-C. Kombinasi ini pun
akan dilanjutkan proses enkripsinya
sampai
putaran
k
20
untuk
menghasilkan ciphertext.
Sebelumnya sudah dijelaskan
bahwa
perancangan
algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal
ini dilakukan dalam 20 putaran untuk
mendapatkan ciphertext dan dalam
setiap putaran terdapat 4 proses.
PLAINTEKS
PROSES 4
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
CIPHERTEKS
Gambar 8. Rancangan Proses Enkripsi
Untuk menjelaskan secara
detail proses pemasukan bit dalam
13
matriks maka diambil proses 1 dan 2
pada putaran 1 sebagai contoh.
Gambar 10. Pola Proses 1
Pengambilan dan Hasil Bit
Gambar 9. Pola Proses 1 Pemasukan
Bit Plaintext dan Kunci (Key).
Gambar 10 merupakan proses
pengambilan dan pemasukan plaintext
dan kunci. Bit diambil setiap 8 bit
mengikuti urutan angka pada gambar
dengan urutan yang sudah ditentukan.
Kemudian bit tersebut dimasukan
kembali kedalam kolom matriks dari
kiri ke kanan dan mengikuti urutan
angka pada gambar. Dan setelah
pengambilan bit maka dilakukan XOR
yang akan menghasilkan C2 yang
digunakan untuk P2
Gambar 9 menjelaskan proses
pemasukan bit karakter Plaintext dan
Kunci. Untuk pola pemasukan
plaintext pada bagian atas, dan untuk
pola pemasukan kunci pada bagian
bawah. Setiap 8 bit dari setiap karakter
dimasukan sesuai anak panah dan
sesuai dengan mengikuti anak panah.
14
Gambar 12. Pola Proses 2
Pengambilan dan Hasil Bit
Gambar 12 menunjukan P2
yang dihasilkan pada proses 1
mengalami proses pengambilan 8 bit
mengikuti urutan angka pada gambar.
Kemudian
dimasukan
kembali
kedalam kolom matriks dari kiri ke
kanan mengikuti urutan angka hingga
berakhir pada angka 64
Ciphertext dari hasil XOR
kemudian diambil 8 bit sesuai dengan
pola
pemasukan.
Hasil
dari
pengambilan C2 dikonversi ke
bilangan heksadesimal kemudian
ditransposisi ke dalam tabel subtitusi
S-Box. Hasil transposisi kemudian
dikonversi kembali ke bilangan biner
dan dimasukan ke dalam kolom
matriks yang akan dijadikan sebagai
P3 pada proses 3. Hasil dari proses 3
kembali dimasukan kedalam S-Box
sama seperti yang dilakukan pada
proses 2 yang kemudian hasilnya
dijadikan sebagai P4 pada proses 4.
Gambar 11. Pola Proses 2
Pemasukan Bit Plaintext dan Kunci (Key).
Gambar 11 menunjukan pola
pemasukan bit plaintext dan kunci.
Proses 1 dan proses 2 memiliki
persamaan, hanya saja pada proses 2
pemasukan bit dimulai dari atas pada
plaintext dan pemasukan bit dari
bawah pada kunci, dan tetap mengikuti
anak panah.
Gambar 13. Tabel Subtitusi S-Box
AES
15
Gambar 13 merupakan tabel
subtitusi S-box yang digunakan dalam
proses enkripsi. Tahap pertama
sebelum subtitusi yaitu mengkonversi
nilai bit menjadi hexadecimal. Cara
pensubtitusian yaitu: misalkan byte
yang akan disubtitusi adalah S[r,c] =
xy, dimana xy merupakan nilai digit
hexadecimal dari S[r,c], maka hasil
subtitusinya dinyatakan dengan S’[r,c]
yang adalah nilai yang didapat dari
perpotongan baris x dan kolom y
dalam S-box.
Untuk pengujian algoritma di
lakukan dengan mengambil plaintext
adalah DISCSTER dan kunci adalah
SRIRAMSR. Setelah melewati proses
enkripsi yang telah dijabarkan
sebelumnya
maka
mendapatkan
ciphertext yang telah dikonversi ke
dalam nilai hexadecimal.
Gambar 14. Hasil Ciphertext
Gambar 14 merupakan hasil
enkripsi dari setiap putaran. Hasil dari
putaran 20 merupakan final ciphertext.
16
PROSES ENKRIPSI (ADBC)
Masukan plaintext
Plaintetext diubah ke ASCII
ASCII diubah ke BINER
Bit BINER dimasukan ke kolom
P1
menggunakan pola masuk Plaintext
Bit P1 ditransposisikan dengan pola Vertikal
dan Horizontal A
P1 diXOR dengan K1 menghasilkan C1
C1 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
Biner
dimasukkan
kedalam
kolom
P2
menggunakan pola masuk plaintext
Bit P2 ditransposisi menggunakan pola Vertikal
dan HorizontalD
P2 diXOR dengan K2 menghasilkan C2
C2 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
Biner
dimasukkan
kedalam
kolom
P3
menggunakan pola masuk plaintext
Bit P3 ditransposisi menggunakan pola Vertikal
dan HorizontalB
P3 diXOR dengan K3 menghasilkan C3
C3 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
Biner
dimasukkan
kedalam
kolom
P4
menggunakan pola masuk plaintext
Bit P4 ditransposisi menggunakan pola Vertikal
dan Horizontal C
P3 diXOR dengan K3 menghasilkan C3
C3 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER diubah ke ASCII
ASCII diubah ke HEXA
PROSES DEKRPSI
Masukan C4
C4 diubah ke ASCII
ASCII diubah ke BINER
Bit BINER dimasukan ke kolom
menggunakan pola masuk Plaintext
P4
C4 diXOR dengan K4
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Vertikal dan Horizontal C menghasilkan P4
Bit P4 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER dimasukan
kedalam
kolom
C3
menggunakan pola masuk plaintext
C3 diXORd dengan K3
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Tangga Nada Minor B menghasilkan P3
Bit P3 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER dimasukan
kedalam
kolom
C2
menggunakan pola masuk plaintext
C2 diXORd dengan K2
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Vertikal dan Horizontal D menghasilkan P2
Bit P2 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER dimasukan
kedalam
kolom
C1
menggunakan pola masuk plaintext
C1 diXORd dengan K1
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Vertikal dan Horizontal C menghasilkan P1
Bit P1 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER diubah ke ASCII
ASCII diubah ke CHAR
Tabel 2. Algoritma
Proses Enkripsi dan
Dekripsi.
17
P to ASCII
ASCII to BINER
Tabel 2 merupakan algoritma
proses enkripsi dan dekripsi. Proses
enkripsi menghasilkan C4 sedangkan
proses dekripsi menghasilkan P1.
Dari BINER = kolom
matriks P1, masukan BINER
P1
Transposisi mengunakan Pola Vertikal dan
Horizontal A
Algoritma proses Kunci (Key) :
Output P1
1.
2.
3.
4.
Masukan Kunci
Kunci diubah ke ASCII
ASCII diubah ke BINER
Bit BINER dimasukan ke
kolom K1 menggunakan
pola masuk Kunci
5. Bit Kunci ditransposisikan
dengan pola Kunci A
6. Transposisi K1 = K2
7. K2
ditransposisikan
menggunakan pola Kunci B
8. Transposisi K2 = K3
9. K3
ditransposisikan
menggunakan pola Kunci C
10. Transposisi K3 = K4
11. K4
ditransposisikan
menggunakan pola Kunci D
Input K
Read K
K to ASCII
ASCII to BINER
Dari BINER = kolom
matriks K1, masukan BINER
K1
Transposisi mengunakan Pola Vertikal dan
Horizontal A
Output K1
Print C1
Biner S-Box
Sebagai Proses Transposisi pada Kriptografi Block Cipher
Artikel Ilmiah
Peneliti :
Stefanus Kurniawan Uripto (672012019)
Alz Danny Wowor, S.Si., M.Cs.
Program Studi Teknik Informatika
Fakultas Teknologi Informasi
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
November 2016
1.
menggunakan pola vertikal dan
horizontal
yang
di
dalamnya
dikombinasikan dengan tabel subtitusi
S-Box. Block Cipher sendiri adalah
algoritma enkripsi yang membagi-bagi
plaintext yang akan dikirimkan dengan
jumlah bit tertentu (block), dan setiap
block akan dienkripsi dengan proses
yang sama untuk menghasilkan block
ciphertext. Sedangkan pola vertikal
dan horizontal digunakan sebagai
proses masuk bit plaintext pada blok
matriks dimana pola tersebut diambil
sebagai acuan karena memiliki pola
yang cukup sederhana tetapi mampu
menghasilkan bit yang acak pada
matriks. Pada penelitian ini, plaintext
dibagi dalam blok-blok, dimana setiap
blok berjumlah 64 bit dan memiliki 20
putaran dimana setiap putaran terdapat
empat proses untuk plaintext dan juga
kunci (key). Setiap proses plaintext
akan di XOR dengan kunci (key) dan
akan menghasilkan ciphertext yang
akan
digunakan
untuk
proses
berikutnya. Ciphertext dari hasil
proses terakhir setiap byte-nya akan
ditransformasi dengan tabel subtitusi
S-box. Pada penelitian ini, S-box yang
digunakan adalah S-box dari algoritma
kriptografi AES (Advanced Encryption
Standard).
Pendahuluan
Pada jaman sekarang ini sangat
penting untuk menjaga menjaga
keamanan data atau informasi.
Kerahasiaan merupakan aset yang
berharga yang harus di jaga. Seiring
dengan itu tuntutan untuk menjaga
sebuah data atau informasi dengan
aman.
Kriptografi diciptakan sebagai
solusi untuk mengamankan data.
Kriptografi merupakan salah satu
metode pengamanan data yang dapat
digunakan untuk menjaga kerahasian
data, keaslian data, dan keaslian
pengirim. Metode ini bertujuan untuk
mengubah data ke dalam kode-kode
tertentu agar informasi yang disimpan
maupun ditransmisikan tidak dapat
dibaca oleh orang lain dan hanya dapat
dibaca oleh pihak yang berhak.
Kriptografi mempelajari tentang teknik
enkripsi data, dimana data diacak
dengan
sebuah
kunci
yang
menghasilkan
data
yang
telah
dienkripsi dan hanya dapat didekripsi
oleh orang yang memiliki kunci
dekripsi.
Dalam Kriptografi terdapat dua
konsep utama yaitu enkripsi dan
dekripsi. Dimana enkripsi adalah
proses untuk mengubah data yang
dikirim (Plaintext) menjadi sandi
(Ciphertext), dan dekripsi adalah
proses mengembalikan sandi menjadi
data asli yang dikirim.
Algoritma yang digunakan
dalam perancangan kriptografi pada
penilitian ini adalah algoritma berbasis
Block Cipher 64 bit dengan
2.
Tinjauan Pustaka
Penelitian sebelumnya yang
menjadi acuan dalam penelitian yang
dilakukan, dijelaskan sebagai berikut,
yang pertama adalah “Perancangan
Kriptografi Block Cipher Berbasis
Kubus
Rubik”.
Penelitian
ini
6
membahas
tentang
perancangan
kriptografi block cipher berbasis 64bit
dengan permain kubus rubik 4×4×4
merupakan sebuah kriptosistem karena
memenuhi aturan 5-tuple
dari
Stinson.
Penelitian
kedua
berjudul
“Perancangan
Algoritma
pada
Kriptografi Block
Cipher dengan Teknik Langkah Kuda
Dalam Permainan Catur”. Penelitian
ini membahas tetang perancangan
kriptografi block cipher berbasis 64 bit
menggunakan
pendekatan
teknik
langkah kuda dalam permainan catur
sebagai metode pemasukan bit
plaintext pada blok matriks.
Penelitian ketiga
berjudul
”Perancangan
Kriptografi
Block
Cipher Berbasis Teknik Burung
Terbang membahas tentang sebuah
teknik kriptografi yang berteknik
Burung terbang yang melakukan
proses enkripsi dan dekripsi, dan telah
memenuhi (five tuple)..
Berdasarkan
penelitianpenelitian yang pernah dilakukan
terkait perancangan kriptografi block
cipher berbasi pola, maka dirancang
sebuah kriptografi block cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal.
Perbedaan penelitian ini dengan yang
sebelumnya dimana jumlah jumlah
putaran sebanyak 20 kali, dan pada
setiap putaran dikombinasikan dengan
tabel subtitusi S-Box.
Pada bagian ini juga akan
membahas teori pendukung yang
digunakan
dalam
perancangan
algoritma kriptografi block cipher 64
bit berbasis pola tangga nada minor
pada piano. Kriptografi adalah ilmu
mengenai teknik enkripsi dimana data
diacak menggunakan suatu kunci
enkripsi menjadi sesuatu yang sulit
dibaca oleh seseorang yang tidak
memiliki kunci dekripsi.
Salah satu metode dalam
kriptografi modern yaitu block cipher.
Block cipher merupakan algoritma
simetris yang mempunyai input dan
output yang berupa blok dan setiap
bloknya biasanya terdiri dari 64 bit
atau lebih. Pada block cipher, hasil
enkripsi berupa blok ciphertext
biasanya mempunyai ukuran yang
sama dengan blok plaintext. Dekripsi
pada block cipher dilakukan dengan
cara yang sama seperti pada proses
enkripsi. Secara umum dapat dilihat
pada Gambar 1.
Gambar 1 Skema Proses Enkripsi-Dekripsi
Pada Block Cipher
Misalkan block plaintext (P) yang
berukuran n bit
7
P p1 , p2 ,, pn
dan
adalah fungsi
sedemikian hingga
(
)
untuk setiap plaintext
Untuk menguji nilai algoritma
yang dirancang memiliki hasil
ciphertext yang acak dari plaintext
maka digunakan Persamaan 6, dimana
variable X merupakan plaintext dan Y
merupakan ciphertext :
(1)
Blok ciphertext (C) maka blok C
adalah
C c1 , c2 ,, cn
(2)
Kunci (K) maka kunci adalah
K k1 , k 2 ,, k n
(3)
Sehingga proses enkripsi adalah
√
E k P C
(4)
Proses dekripsi adalah
Dk C P (C) = P
–
–
–
6)
Dimana:
n = Banyaknya pasangan data X
dan Y
Σx = Total jumlah dari variabel X
Σy = Total jumlah dari variabel Y
Σx2 = Kuadrat dari total jumlah
variabel X
Σy2 = Kuadrat dari total jumlah
variabel Y
Σxy = Hasil perkalian dari total
jumlah variabel X dan variabel Y
(5)
Sebuah
kriptografi
dapat
dikatakan sebagai suatu teknik
kriptografi,
harus
melalui
uji
kriptosistem terlebih dahulu yaitu diuji
dengan metode Stinson. Sebuah sistem
akan dikatakan sebagai sistem
kriptografi jika memenuhi lima-tuple
(Five tuple):
1. P adalah himpunan berhingga dari
plaintext,
2. C adalah himpunan berhingga dari
ciphertext,
3. K
merupakan
ruang
kunci
(keyspace),
adalah
himpunan
berhingga dari kunci,
4. Untuk setiap
, terdapat aturan
enkripsi
dan
berkorespodensi dengan aturan
dekripsi
Setiap
Panduan
umum
dalam
menentukan
kriteria
kolerasi
ditunjukkan
pada
Tabel
2.
Tabel 2 Kriteria Korelasi
R (/+)
0
0–
0,5
0,5 –
0,8
8
Kriteria
Korelasi
Tidak ada
korelasi
Korelasi lemah
Korelasi sedang
0,8 –
1
1
3.
Metode
Algoritma
dan
akan dibahas pada
Perancangan
Kriptografi Block Cipher 64 Bit
Berbasis Pola Vertikal dan Horizontal,
yaitu: 1) Plaintext dan kunci dibatasi
maksimal 32 karakter; 2) Block-block
menggunakan block 8x8 (64-bit); 3)
dalam
perancangan
kriptografi
menggunakan pola Vertikal dan
Horizontal. Tahap kedua : Kajian
pustaka
dilakukan
dengan
mengumpulkan referensi dari buku,
jurnal, atau sumber lain yang berguna
dalam perancangan kriptografi; Tahap
ketiga
:
Merancang
algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal,
yang dikombinasikan dengan XOR
dan menggunakan tabel subtitusi s-box
untuk
transposisi
byte;
Tahap
keempat: Setelah rancangan kriptografi
dibuat
dibutuhkan
pengujian
algoritma. Pengujian dilakukan dengan
cara manual dimana plaintext diubah
ke dalam bit untuk melakukan proses
enkripsi; Tahap kelima: menulisan
laporan dari hasil penelitian yang
dilakukan
mengenai
proses
perancangan algoritma kriptografi
Block Cipher 64 bit berbasis pola
tangga nada minor pada piano.
Adapun batasan masalah dalam
penelitian ini yaitu: 1)Menggunakan
kriptografi simetris; 2) Pola vertikal
dan horizontal digunakan pada proses
plaintext; 3) Mempunyai proses
putaran terdiri dari 20 putaran; 4)
Panjang block adalah 64-bit.
Dalam perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal,
dilakukan dalam 1 (satu) proses yaitu
proses enkripsi. Proses enkripsi
Korelasi
kuat/erat
Korelasi
sempurna
Perancangan
Tahapan yang dilakukan dalam
penelitian ini, terdiri dari 5 (lima)
tahapan, yaitu: (1) Pengumpulan
Bahan, (2) Analisis Masalah, (3)
Perancangan Kriptografi, (4) Uji
Kriptografi, dan (5) Penulisan
Laporan.
Gambar 2 Tahapan Penelitian
Tahap penelitian dari Gambar
2 dapat dijelaskan sebagai berikut :
Tahap pertama : Identifikasi masalah
merupakan tahapan awal dalam
melakukan penelitian untuk melihat
masalah-masalah keamanan informasi
yang berkaitan dengan kriptografi dan
akan digunakan sebagai perumusan
masalah serta tujuan dari penelitian
ini. Adapun rumusan masalah yang
9
dilakukan
dengan
menggunakan
putaran sebanyak 20 kali dan setiap
putaran terdapat 4 proses, yang akan
ditunjukkan dalam Gambar 3.
PLAINTEKS
PROSES 1
PROSES 2
PROSES n
Gambar 3 Rancangan Alur Proses Enkripsi
Setiap
putaran terdiri dari
proses plaintext ke-n
KUNCI
dan juga proses kunci
ke-n, dengan n = 1,
…, 4. Kedua proses
untuk tiap putaran
KUNCI 1
+
memerlukan
8
karakter
yang
sebanding dengan 64
bit,
kemudian
dirancang
dengan
KUNCI 2
+
pola tertentu untuk
menempati 64 kotak
dan
selanjutnya
bagaimana
mengambil
64 bit
KUNCI n
+
dari kotak tersebut.
Sehingga untuk satu
kotak pada
satu
CIPHERTEKS
proses
akan
memerlukan satu kali
pemasukan bit dan juga satu kali
pengambilan bit.
4.
Hasil dan Pembahasan
Bagian ini akan membahas
mengenai perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal.
Bagian ini juga akan membahas
tentang proses enkripsi.
Pada perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola Vertikal dan Horizontal
ini diambil sebagai metode untuk
membuat pola dalam yang akan
diterapkan dalam plaintext dan
ciphertext. Proses transposisi yang
10
diambil sebagai contoh pada penelitian
ini yaitu proses pada sebuah Pola
Vertikal dan Horizontal, dimana pada
pola tersebut ini tanpa ada angka yang
berulang di satu baris, kolom atau
kotak. Dan pola tersebut ini dapat
dilihat seperti Gambar 4.
.
ini dilakukan dengan menggunakan 20
putaran untuk mendapatkan ciphertext
dan dalam setiap putaran terdapat 4
proses. Proses enkripsi secara umum
dapat dilihat pada Gambar 3. Proses
pertama plaintext dan kunci dikonversi
menjadi ASCII kemudian diubah ke
bilangan biner. Plaintext dan kunci
kemudian dimasukkan ke dalam
kolom matriks 8x8 sesuai dengan pola
vertikal dan horizontal dan biner
tersebut diambil dengan berbeda.
Kemudian hasil XOR dari proses
keempat
antara
plaintext
dan
ciphertext kemudian ditransformasikan
dengan tabel subtitusi S-Box untuk
menghasilkan ciphertext.
Gambar 4 Pola Masuk
Pada Gambar 4 Dapat dilihat
Pola Masuk untuk plaintext dan
ciphertext dengan angka yang berbeda
antara Pola Vertikal dan Horizontal
untuk plaintext dan untuk ciphertext.
Dan dapat dilihat juga pada kedua
kotak tersebut, dimana dalam satu
baris, kolom dan kotak tidak terdapat
angka yang sama atau berulang, dan
angka – angka tersebut yang nantinya
akan dijadikan pola pengambilan bit.
Pada bagian sebelumnya sudah
dibahas bahwa perancangan algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola Vertikal dan Horizontal
11
Gambar 6 Proses Masuk bit Plaintext Proses
2, Dengan Pola Vertikal dan Horizomtal
Pada Gambar 6 terdapat 4
(empat) pola yang berbeda antara pola
plaintext dan pola kunci, dimana pada
pola-pola tersebut dapat dijelaskan
bahwa didalam pola vertikal dan
horizontal dapat dilakukan dari
berbagai arah, dapat dimulai dengan
menyilang seperti pada pola A dan
pola B yang terdapat dalam pola
plaintext, dan bisa juga dimulai
dengan kanan, kiri, atas, dan bawah.
Dari pola-pola yang sudah
dirancang,
dilakukan
pengujian
korelasi antara plaintext dan ciphertext
dengan menkombinasikan urutan pola
untuk mendapatkan rata-rata korelasi
terbaik. Pengujian dilakukan dengan
menggunakan
beberapa
contoh
plaintext dan kunci yang berbeda yaitu
:
Gambar 5 Rancangan Proses Enkripsi
Dalam algoritma ini dipakai
untuk proses pengambilan bit didalam
matriks plaintext dan kunci. Pada pola
seperti yang digambarkan dalam
Gambar 6 sebagai berikut :
.
12
PLAINTEKS
KUNCI
PLAINTEKS
PROSES 1
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
PLAINTEKS
PROSES 2
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
PLAINTEKS
PROSES 3
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
Gambar 7 Tabel Nilai Korelasi
Gambar 7 menunjukan bahwa
urutan kombinasi pola dengan rata-rata
korelasi terbaik terdapat pada urutan
pola A-D-B-C. Kombinasi ini pun
akan dilanjutkan proses enkripsinya
sampai
putaran
k
20
untuk
menghasilkan ciphertext.
Sebelumnya sudah dijelaskan
bahwa
perancangan
algoritma
kriptografi Block Cipher 64 bit
berbasis pola vertikal dan horizontal
ini dilakukan dalam 20 putaran untuk
mendapatkan ciphertext dan dalam
setiap putaran terdapat 4 proses.
PLAINTEKS
PROSES 4
BINER
KONSTANTA
+
MASUK BIT
AMBIL BIT
CIPHERTEKS
Gambar 8. Rancangan Proses Enkripsi
Untuk menjelaskan secara
detail proses pemasukan bit dalam
13
matriks maka diambil proses 1 dan 2
pada putaran 1 sebagai contoh.
Gambar 10. Pola Proses 1
Pengambilan dan Hasil Bit
Gambar 9. Pola Proses 1 Pemasukan
Bit Plaintext dan Kunci (Key).
Gambar 10 merupakan proses
pengambilan dan pemasukan plaintext
dan kunci. Bit diambil setiap 8 bit
mengikuti urutan angka pada gambar
dengan urutan yang sudah ditentukan.
Kemudian bit tersebut dimasukan
kembali kedalam kolom matriks dari
kiri ke kanan dan mengikuti urutan
angka pada gambar. Dan setelah
pengambilan bit maka dilakukan XOR
yang akan menghasilkan C2 yang
digunakan untuk P2
Gambar 9 menjelaskan proses
pemasukan bit karakter Plaintext dan
Kunci. Untuk pola pemasukan
plaintext pada bagian atas, dan untuk
pola pemasukan kunci pada bagian
bawah. Setiap 8 bit dari setiap karakter
dimasukan sesuai anak panah dan
sesuai dengan mengikuti anak panah.
14
Gambar 12. Pola Proses 2
Pengambilan dan Hasil Bit
Gambar 12 menunjukan P2
yang dihasilkan pada proses 1
mengalami proses pengambilan 8 bit
mengikuti urutan angka pada gambar.
Kemudian
dimasukan
kembali
kedalam kolom matriks dari kiri ke
kanan mengikuti urutan angka hingga
berakhir pada angka 64
Ciphertext dari hasil XOR
kemudian diambil 8 bit sesuai dengan
pola
pemasukan.
Hasil
dari
pengambilan C2 dikonversi ke
bilangan heksadesimal kemudian
ditransposisi ke dalam tabel subtitusi
S-Box. Hasil transposisi kemudian
dikonversi kembali ke bilangan biner
dan dimasukan ke dalam kolom
matriks yang akan dijadikan sebagai
P3 pada proses 3. Hasil dari proses 3
kembali dimasukan kedalam S-Box
sama seperti yang dilakukan pada
proses 2 yang kemudian hasilnya
dijadikan sebagai P4 pada proses 4.
Gambar 11. Pola Proses 2
Pemasukan Bit Plaintext dan Kunci (Key).
Gambar 11 menunjukan pola
pemasukan bit plaintext dan kunci.
Proses 1 dan proses 2 memiliki
persamaan, hanya saja pada proses 2
pemasukan bit dimulai dari atas pada
plaintext dan pemasukan bit dari
bawah pada kunci, dan tetap mengikuti
anak panah.
Gambar 13. Tabel Subtitusi S-Box
AES
15
Gambar 13 merupakan tabel
subtitusi S-box yang digunakan dalam
proses enkripsi. Tahap pertama
sebelum subtitusi yaitu mengkonversi
nilai bit menjadi hexadecimal. Cara
pensubtitusian yaitu: misalkan byte
yang akan disubtitusi adalah S[r,c] =
xy, dimana xy merupakan nilai digit
hexadecimal dari S[r,c], maka hasil
subtitusinya dinyatakan dengan S’[r,c]
yang adalah nilai yang didapat dari
perpotongan baris x dan kolom y
dalam S-box.
Untuk pengujian algoritma di
lakukan dengan mengambil plaintext
adalah DISCSTER dan kunci adalah
SRIRAMSR. Setelah melewati proses
enkripsi yang telah dijabarkan
sebelumnya
maka
mendapatkan
ciphertext yang telah dikonversi ke
dalam nilai hexadecimal.
Gambar 14. Hasil Ciphertext
Gambar 14 merupakan hasil
enkripsi dari setiap putaran. Hasil dari
putaran 20 merupakan final ciphertext.
16
PROSES ENKRIPSI (ADBC)
Masukan plaintext
Plaintetext diubah ke ASCII
ASCII diubah ke BINER
Bit BINER dimasukan ke kolom
P1
menggunakan pola masuk Plaintext
Bit P1 ditransposisikan dengan pola Vertikal
dan Horizontal A
P1 diXOR dengan K1 menghasilkan C1
C1 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
Biner
dimasukkan
kedalam
kolom
P2
menggunakan pola masuk plaintext
Bit P2 ditransposisi menggunakan pola Vertikal
dan HorizontalD
P2 diXOR dengan K2 menghasilkan C2
C2 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
Biner
dimasukkan
kedalam
kolom
P3
menggunakan pola masuk plaintext
Bit P3 ditransposisi menggunakan pola Vertikal
dan HorizontalB
P3 diXOR dengan K3 menghasilkan C3
C3 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
Biner
dimasukkan
kedalam
kolom
P4
menggunakan pola masuk plaintext
Bit P4 ditransposisi menggunakan pola Vertikal
dan Horizontal C
P3 diXOR dengan K3 menghasilkan C3
C3 diubah ke Biner
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER diubah ke ASCII
ASCII diubah ke HEXA
PROSES DEKRPSI
Masukan C4
C4 diubah ke ASCII
ASCII diubah ke BINER
Bit BINER dimasukan ke kolom
menggunakan pola masuk Plaintext
P4
C4 diXOR dengan K4
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Vertikal dan Horizontal C menghasilkan P4
Bit P4 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER dimasukan
kedalam
kolom
C3
menggunakan pola masuk plaintext
C3 diXORd dengan K3
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Tangga Nada Minor B menghasilkan P3
Bit P3 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER dimasukan
kedalam
kolom
C2
menggunakan pola masuk plaintext
C2 diXORd dengan K2
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Vertikal dan Horizontal D menghasilkan P2
Bit P2 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER dimasukan
kedalam
kolom
C1
menggunakan pola masuk plaintext
C1 diXORd dengan K1
Hasil XOR ditransposisikan terbalik dengan pola
Vertikal dan Horizontal C menghasilkan P1
Bit P1 diubah ke BINER
BINER diubah ke HEXA
HEXA dimasukan kedalam tabel S-BOX
Hasil HEXA invers diubah ke BINER
BINER diubah ke ASCII
ASCII diubah ke CHAR
Tabel 2. Algoritma
Proses Enkripsi dan
Dekripsi.
17
P to ASCII
ASCII to BINER
Tabel 2 merupakan algoritma
proses enkripsi dan dekripsi. Proses
enkripsi menghasilkan C4 sedangkan
proses dekripsi menghasilkan P1.
Dari BINER = kolom
matriks P1, masukan BINER
P1
Transposisi mengunakan Pola Vertikal dan
Horizontal A
Algoritma proses Kunci (Key) :
Output P1
1.
2.
3.
4.
Masukan Kunci
Kunci diubah ke ASCII
ASCII diubah ke BINER
Bit BINER dimasukan ke
kolom K1 menggunakan
pola masuk Kunci
5. Bit Kunci ditransposisikan
dengan pola Kunci A
6. Transposisi K1 = K2
7. K2
ditransposisikan
menggunakan pola Kunci B
8. Transposisi K2 = K3
9. K3
ditransposisikan
menggunakan pola Kunci C
10. Transposisi K3 = K4
11. K4
ditransposisikan
menggunakan pola Kunci D
Input K
Read K
K to ASCII
ASCII to BINER
Dari BINER = kolom
matriks K1, masukan BINER
K1
Transposisi mengunakan Pola Vertikal dan
Horizontal A
Output K1
Print C1
Biner S-Box