perancangan kriptografi block cipher berbasis pada garis...

Perancangan Kriptografi Block Cipher Berbasis pada

Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan

Cangkang Kerang

Artikel Ilmiah

Peneliti :

Handri Yonatan Santoso (672009089)

Hindriyanto Dwi Purnomo, S.T., MIT., Ph.D.

Alz Danny Wowor, S.Si., M.Cs.

Program Studi Teknik Informatika

Fakultas Teknologi Informasi

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Mei 2015

i


Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan

Cangkang Kerang

Artikel Ilmiah

Diajukan kepada


Untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer

Peneliti :

Handri Yonatan Santoso (672009089)

Hindriyanto Dwi Purnomo, S.T., MIT., Ph.D.

Alz Danny Wowor, S.Si., M.Cs.

Program Studi Teknik Informatika



Salatiga

Mei 2015

viii


Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang

1Handri Yonatan Santoso, 2Hindriyanto Dwi Purnomo, 3Alz Danny Wowor



Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50771, Indonesia

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract

Block cipher algorithm, a modern cryptography that many of it have made, but some of its

has broken by cryptanalysis attacks. It is important to make new block cipher algorithms

to change the old algorithms also to improve the message’s security. As new block cipher

design, Garis Pertumbuhan and Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang (Clamshell’s

Growth Lines and Bands) or GPCK has a Swap Box—the swap rules of blocks key. GPCK

is a symmetric key algorithm of a 64-bit block that have good random value on encryption

process. The result of the research showed that GPCK’s design can successfully be a

cryptosystem and can used as methodology reference to design new symmetric key

cryptography.

Keywords: Block Cipher, Garis and Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang, Cryptography,

Swap Box, Symmetric Key.

Abstrak

Algoritma cipher blok, sebuah kriptografi moderen yang sudah banyak dibuat tetapi

beberapa di antaranya sudah terpecahkan oleh serangan kriptanalisis. Membuat algoritma

cipher blok adalah penting untuk menggantikan algoritma yang lama juga untuk

memperbaiki keamanan pesan. Sebagai desain cipher blok baru, Garis Pertumbuhan dan

Pita Petumbuhan Cangkang Kerang (GPCK) mempunyai Swap Box, yaitu aturan

pertukaran blok kunci. GPCK adalah 64-bit blok algoritma kunci simetris yang mempunyai

nilai keacakan yang baik pada proses enkripsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa desain

GPCK berhasil menjadi sebuah kriptosistem dan dapat digunakan sebagai acuan

metodologi dalam merancang kriptografi kunci simetris.

Kata Kunci : Cipher Blok, Garis dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang, Kriptografi,

Swap Box, Kunci Simetris.

1 Mahasiswa Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen

Satya Wacana, Salatiga. 2 Staff pengajar Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga. 3 Staff pengajar Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga.

1

1. Pendahuluan

Seiring dengan perkembangan perangkat elektronik dan yang terus berkala,

maka harus diiringi pula dengan perkembangan keamanan data karena data digital

banyak dikirim dan dihasilkan dari perangkat-perangkat elektronik. Banyak terjadi

kasus penyadapan data, pencurian data, dan pembobolan rekening karena salah

satunya disebabkan oleh kurangnya keamanan data yang dimiliki. Kriptografi

diciptakan sebagai salah satu cara untuk mengamankan data. Algoritma block

cipher merupakan kriptografi moderen yang telah diciptakan cukup banyak, namun

ada di antaranya yang sudah terpecahkan oleh kriptanalis. Oleh karena itu, perlu

adanya modifikasi algoritma atau perancangan algoritma baru sebagai pengganti

algoritma kriptografi yang sudah terbongkar keamanannya. Hal tersebut supaya

mencegah terjadinya penggunaan kembali algoritma yang sudah pecah untuk

pengamanan data. Serangan terhadap teknik kriptografi yang ada, dilakukan para

kriptanalisis pada dasarnya adalah untuk memecahkan atau membongkar keamanan

algoritma kriptografi tersebut, yang selanjutnya digunakan untuk usaha mengupas

data tersandi tanpa mengetahui atau menggunakan kunci.

Oleh sebab itu, melihat dari data digital yang banyak dikirimkan dan

mengingat bahwa aspek keamanan data merupakan salah satu faktor penting dalam

melindungi pertukaran data dari orang-orang yang tidak pada ruang lingkupnya,

maka dalam penelitian ini dirancang kriptografi baru dari block cipher berbasis

pada Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan sebuah teknik

kriptografi baru dan menghasilkan sebuah metodologi yang dapat digunakan dalam

sebuah penelitian kriptografi simetris. Adapun manfaat dari penelitian yang dibuat

diharapkan dapat menjawab permasalahan dari kriptografi standar dan menjadi

acuan metodologi dalam merancang kriptografi kunci simetris baru khususnya pada

block cipher.

2. Tinjauan Pustaka

Penelitian terdahulu dan dasar teori akan dibahas pada bagian ini. Penelitian

terdahulu membahas tentang penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya, yang

kemudian dapat digunakan sebagai pembanding dan atau sebagai acuan pada

penelitian ini. Penelitian terdahulu yang pertama berjudul “Tweakable Block

Ciphers” [1], menjelaskan bahwa kriptografi yang diusulkan mempunyai input

ketiga selain pesan dan kunci, yaitu “tweak”. Tweak digunakan untuk lebih

mengacak input pada enkripsinya dan melayani banyak kegunaan sama yang vektor

inisialisasi lakukan untuk mode CBC atau pada mode OCB, hasil penelitian tersebut

mengusulkan bahwa rancangan mudah untuk dirancang dan biaya tambahan

pembuatan adalah kecil. Penelitian ini digunakan sebagai acuan dalam merancang

kriptografi, dimana kriptografi yang dirancang sederhana namun yang

membedakan adalah alur pita pertumbuhan dan garis pertumbuhan pada cangkang

kerang digunakan untuk proses enkripsi dan dekripsi.

2

Penelitian kedua dengan judul “Kriptografi Kunci Simetris Dengan

Menggunakan Algoritma Crypton” [2], menjelaskan bahwa semakin kompleks

metode pengacakan yang digunakan maka akan semakin sulit untuk membongkar

pesan yang terenkripsi ke bentuk aslinya dengan syarat kunci atau private key tidak

boleh dipublikasikan kepada umum. Berdasarkan pernyataan tersebut maka

dirancang Swap Box pada perancangan ini supaya dapat lebih mengacak plainteks

dengan kunci yang diinputkan.

Penelitian ketiga, “Advanced Encryption Standard” [3], menjelaskan bahwa

Advanced Encryption Standard (AES) adalah standard terkini untuk enkripsi kunci

rahasia menggantikan DES. Algoritma AES menggunakan kombinasi operasi

XOR, subtitusi oktet dengan S-box, kolom dan baris rotasi-rotasi, dan MixColumn.

Algoritma sukses diterapkan dan mampu berjalan di sejumlah waktu yang layak

pada komputer biasa. Selanjutnya, AES akan dijadikan pembanding perancangan

karena AES menjadi standar pengamanan informasi di Amerika. Algoritma AES

yang digunakan sebagai pembanding yaitu AES-128.

Kemudian penelitian yang keempat, “Perancangan Kriptografi Block Cipher

Berbasis pada Alur Clamshell’s Growth Rings” [4], perancangan kriptografi yang

dibuat sebanyak 8 putaran proses dan berukuran 64-bit dimana pada proses

regenerasi plainteksnya menggunakan alur Clamshell’s Growth Rings. Penelitian

ini dipakai sebagai dasar untuk melanjutkan perancangan kriptografi garis

petumbuhan dan pita petumbuhan cangkang kerang.

Selanjutnya akan dibahas dasar-dasar teori yang digunakan sebagai dasar

untuk merancang kriptografi dalam penelitian ini. Kriptografi adalah ilmu yang

mempelajari teknik-teknik yang berhubungan dengan aspek keamanan informasi

seperti kerahasiaan, integritas data, dan otentikasi [5].

Block cipher atau cipher blok digolongkan sebagai kriptografi moderen. Input

dan output dari algoritma block cipher berupa blok dan setiap blok terdiri dari

beberapa bit (1 blok terdiri dari 64-bit atau 128-bit) [6]. Block cipher juga

merupakan algoritma kunci simetri atau kriptografi kunci privat, dimana kunci

untuk enkripsi sama dengan kunci untuk dekripsi [7]. Secara umum block cipher

dapat ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Skema Proses Enkripsi-Dekripsi Pada Block Cipher [7]

3

Misalkan blok plainteks (P) yang berukuran n bit

npppP ,,, 21 (1)

Blok cipherteks (C) maka blok C adalah

ncccC ,,, 21 (2)

Kunci (K) maka kunci adalah

nkkkK ,,, 21 (3)

Sehingga proses Enkripsi adalah

CPEk (4)

Proses dekripsi adalah

PCDk (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 [7].

Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang (GPCK), pada

cangkang kelas bivalvia tampak garis konsenstris yang sejajar. Garis tersebut

adalah garis pertumbuhan yang menunjukkan masa pertumbuhan pada kerang baik

itu pertumbuhan lamban atau tidak ada pertumbuhan [8].

Gambar 2 Kerang Bivalvia [9]

Pada Gambar 2, garis pertumbuhan berselang-seling dengan pita pertumbuhan yang

menunjukkan pertumbuhan cepat. Semakin banyak garis pertumbuhan dan pita

pertumbuhan, maka semakin tua umur kerang tersebut. Dengan mengikuti garis

pertumbuhan dan pita pertumbuhan maka dibuatlah proses enkripsi dan dekripsi

dari kedua hal tersebut. Kriptografi yang dirancang merupakan algoritma kunci

simetris dengan Swap Box, yaitu sekumpulan tabel aturan swap (pertukaran) pada

kolom dan baris blok untuk proses meregenerasi kunci.

Operasi biner yang sering digunakan dalam cipher yang beroperasi dalam

mode bit adalah XOR atau exclusive-or [7].

4

Operator XOR dioperasikan pada dua bit dengan aturan sebagai berikut.

0 0 = 0

0 1 = 1

1 0 = 1

1 1 = 0

Sistem kriptografi (cryptosystem) adalah himpunan yang terdiri dari algoritma

kriptografi, semua plainteks dan cipherteks yang mungkin, dan kunci [7]. Sebuah

kriptografi dapat dikatakan sebagai sebuah sistem kriptografi jika memenuhi lima-

tuple (five-tuple) (P, C, K, E, D) yang memenuhi kondisi [10]:

1. 𝑷 adalah himpunan berhingga dari plainteks,

2. 𝑪 adalah himpunan berhingga dari cipherteks,

3. 𝑲 merupakan ruang kunci (keyspace), adalah himpunan berhingga dari

kunci,

4. Untuk setiap k K, terdapat aturan enkripsi ke E dan berkorespodensi

dengan aturan dekripsi kd D. Setiap ℯ𝑘 ∶ P⟶C dan 𝑑𝑘 ∶ C⟶P adalah

fungsi sedemikian hingga xxed kk untuk setiap plainteks x P.

Lebih lanjut, dasar teori pada pengujian dari perancangan kriptografi ini

menggunakan nilai keacakan dan diferensiasi data. Nilai keacakan digunakan untuk

mencari tahu seberapa besar nilai dari algoritma kriptografi yang dirancang mampu

untuk mengacak plainteks yang diinputkan [11]. Untuk mencari nilai keacakan

diperoleh dari:

𝑌𝑖 =𝑝𝑖−𝑐𝑖

𝑝𝑖 (6)

Dimana nilai acak Yi untuk tiap karakter diperoleh dari perbandingan antara selisih

plainteks pi dengan cipherteks ci terhadap plainteks pi. Berdasarkan persamaan 1

maka untuk mencari nilai keacakan menggunakan rumus:

𝑌�̅� = ∑𝑌𝑖

𝑛

𝑛=8

𝑖=0 (7)

Diferensiasi data adalah perbandingan selisih antara dua titik. Dalam kalkulus,

metode ini sering disebut sebagai turunan atau kemiringan dari data. Jika diberikan

kumpulan data ((x1,y1), (x2,y2), (x3,y3), …, (xn,yn)) dengan syarat bahwa xi < xi+1

dimana i = 1…n. Data-data tersebut dapat divisualisasikan ke dalam koordinat

Cartesius untuk setiap x sebagai variabel bebas dan y atau kadang ditulis sebagai

f(x) sebagai variabel tak bebas. Untuk menentukan diferensiasi data pada dua titik

maka persamaan yang dapat dibentuk sebagai berikut

Dy

Dx=

(yb - ya )

(xa - xb ) (8)

dengan (xa, ya) sebagai titik pertama, dan titik berikutnya adalah (xb, yb).

5

Apabila terdapat n data maka dapat ditetukan rata-rata dari diferensiasi data (Rataan

diferensiasi (Rd)) menggunakan Persamaan (9).

(9)

3. Metode Penelitian

Pada bagian ini menjelaskan langkah-langkah penelitian dan rancangan

umum dari kriptografi yang dirancang. Langkah-langkah penelitian dalam

menyelesaikan kriptografi berbasis pada Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan

Cangkang Kerang ditunjukkan pada Gambar 3, hasil rancangan nantinya akan

dilakukan dengan lima-tuple Stinson, dan tiap langkah penelitian dijelaskan sebagai

berikut.

Gambar 3 Langkah Penelitian

Langkah 1: Identifikasi Masalah dan Perumusan Masalah. Mengidentifikasi

masalah yang kaitannya dengan kriptografi block cipher. Menguraikan dan

menjelaskan masalah yang diambil kemudian merumuskan masalah tersebut ke

dalam batasan masalah. Batasan masalah yang diambil dalam perancangan

kriptografi block cipher berbasis pada Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan

Cangkang Kerang, sebagai berikut:

1. Proses enkripsi-dekripsi pada perancangan ini menggunakan teks.

2. Jumlah karakter pada kunci dibatasi sebanyak 8 karakter.

3. Ukuran blok yang digunakan adalah 64-bit.

4. Penelitian hanya merancang kriptografi, tidak menguji kriptanalisis pada

rancangan yang dibuat.

6

Langkah 2: Kerangka Teori dan Pengumpulan Bahan. Masalah yang telah

dirumuskan kemudian diidentifikasikan variabel-variabel pentingnya dengan

masalah penelitian ke dalam kerangka teori.

Pengumpulan bahan-bahan yang terkait baik tinjauan pustaka dan landasan teori

dilakukan untuk referensi pembuatan kriptografi yang diteliti.

Langkah 3: Perancangan Kriptografi dan Perancangan Kunci. Membuat

rancangan untuk proses enkripsi dan dekripsi plainteks dengan mengikuti garis

pertumbuhan dan pita pertumbuhan pada cangkang kerang. Rancangan enkripsi dan

dekripsi kunci dibuat hingga hasil dari rancangan kunci yang didapat dikumpulkan

menjadi Swap Box.

Langkah 4: Pembuatan Kriptografi. Rancangan yang sudah jadi kemudian

dihitung manual secara matematis pada proses enkripsi plainteks dan teks kunci

yang digunakan.

Langkah 5: Uji Kriptosistem. Melakukan pengujian hasil perancangan

kriptografi yang dirancang terhadap kriptosistem.

Langkah 6: Penulisan Laporan. Hasil penelitian yang selesai dilakukan

kemudian ditulis menjadi ke dalam laporan penelitian.

Rancangan Umum Kriptografi, dijelaskan sebagai berikut. Perancangan

kriptografi block cipher berbasis pada Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan

Cangkang Kerang dibuat sebanyak 10 Putaran, mencontoh dari algoritma AES yang

mempunyai jumlah putaran yang sama. Untuk proses rancangan secara umum

dijelaskan pada Gambar 4.

Gambar 4 Proses Umum Kriptografi Block Cipher GPCK

Plainteks dan kunci yang diinputkan terlebih dahulu akan ter-encode oleh ASCII

dan akan masuk pada putaran proses yang berjumlah 10 putaran. Setiap putaran

terdapat proses untuk plainteks (Proses Plainteks-i, i = 1, 2, …, 10) dan proses untuk

kunci (Proses Kunci-i, i = 1, 2, …, 10). Setiap hasil dari Proses Plainteks-i dan

Proses Kunci-i dihubungkan dengan proses XOR untuk setiap putaran ke i.

Rancangan Algoritma Garis dan Pita Pertumbuhan, dijelaskan sebagai

berikut. Rancangan kriptografi GPCK dibuat dalam 64-bit dalam 1 blok, sehingga

untuk setiap Proses Plainteks-i dan Proses Kunci-i beroperasi dengan 64-bit juga.

Kemudian dirancang alur garis pertumbuhan dan pita pertumbuhan untuk 64-bit

tersebut untuk dimasukkan dan ditempatkan pada Kotak 64-Bit, dimana tiap kotak

7

berisi 1 bit. Sehingga untuk satu kotak pada satu proses akan memerlukan satu kali

Masuk Bit dan juga satu kali Ambil Bit.

Dimisalkan plainteks = T, t = karakter plainteks, dan a = biner karakter, maka:

nttttT ,,,, 321 dimana Znn ,8|

;,,,, 83211 aaaat

;,,,, 16111092 aaaat

;,,,, 241918173 aaaat

⋮

nnnnn aaaat 8586878 ,,,, (10)

Plainteks yang diinputkan haruslah kelipatan dari 8. Jika tidak kelipatan 8, maka

akan dilakukan padding karakter, yaitu karakter dengan desimal 129.

𝐽𝑖𝑘𝑎 𝑛 ∤ 8; 𝑛 ∈ 𝑍+, maka

71;8|)(

,,,,,,,, 2121

kkn

ttttttT knnnn (11)

Kemudian dimisalkan kunci = Q, q = karakater kunci, dan b = biner karakter kunci,

maka:

nqqqqQ ,,,, 321 dimana Znn ,8|

;,,,, 83211 bbbbq

;,,,, 16111092 bbbbq

;,,,, 241918173 bbbbq

⋮

nnnnn bbbbq 8586878 ,,,, (12)

Sama dengan plainteks, jika kunci yang diinputkan tidak kelipatan 8 maka

dilakukan padding karakter, yaitu menggunakan karakter yang sama pada padding

untuk plainteks.

𝐽𝑖𝑘𝑎 𝑛 ∤ 8; 𝑛 ∈ 𝑍+, maka

71;8|)(

,,,,,,,, 2121

kkn

qqqqqqQ knnnn (13)

Pada Gambar 5 dan Gambar 6 secara berturut-turut menggambarkan Masuk

Bit dan Ambil Bit pada Kotak 64-Bit. Kotak tersebut dirancang untuk menjelaskan

bagaimana memasukkan 64-bit dan juga bagaimana mengambilnya.

Gambar 5 Masuk Bit Pita Pertumbuhan pada

Kotak 64-Bit

Gambar 6 Ambil Bit Garis Pertumbuhan pada

Kotak 64-Bit

8

Berdasarkan pada Gambar 5, dengan memodifikasi alur pita pertumbuhan

cangkang kerang maka setiap bit akan dimasukkan dengan arah yang dimulai dari

bawah – pada titik hitam, mengikuti tanda panah berwarna hitam secara diagonal

menuju ke atas.

Diambil 64-bit sebagai blok pertama adalah 6421 ,,, aaa , dengan mengikuti

proses Masuk Bit sesuai dengan Gambar 5 dan penempatan untuk setiap 8 bit diatur

berdasarkan kotak-kotak kecil tertentu. Pemasukan setiap bit diperjelas pada

Gambar 7.

a29 a37 a44 a50 a55 a59 a62 a64

a22 a30 a38 a45 a51 a56 a60 a63

a16 a23 a31 a39 a46 a52 a57 a61

a11 a17 a24 a32 a40 a47 a53 a58

a7 a12 a18 a25 a33 a41 a48 a54

a4 a8 a13 a19 a26 a34 a42 a49

a2 a5 a9 a14 a20 a27 a35 a43

a1 a3 a6 a10 a15 a21 a28 a36

a29 a37 a44 a50 a55 a59 a62 a64

a22 a30 a38 a45 a51 a56 a60 a63

a16 a23 a31 a39 a46 a52 a57 a61

a11 a17 a24 a32 a40 a47 a53 a58

a7 a12 a18 a25 a33 a41 a48 a54

a4 a8 a13 a19 a26 a34 a42 a49

a2 a5 a9 a14 a20 a27 a35 a43

a1 a3 a6 a10 a15 a21 a28 a36

Gambar 7 Penerapan Alur Pita Pertumbuhan

pada Kotak 64-Bit

Gambar 8 Penerapan Alur Garis

Pertumbuhan pada Kotak 64-Bit

Berdasarkan pada Masuk Bit pada kotak di Gambar 7, maka Ambil Bit dilakukan

dengan alur Garis Pertumbuhan pada Gambar 8, hal tersebut supaya membentuk

keacakan bit yang baik. Sebagai contoh, bila diambil mengikuti arah yang sudah

diberikan pada penjelasan sebelumnya dan pola warna pada Gambar 8, maka

diperoleh urutan bit berdasarkan karakter sebagai berikut.

29136101521288

364349545861,63647

25914202735426

485357606248135

1926,3441475256594

7121825334046513

55111724323945502

16233138442230371

,,,,,,,

,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,,

aaaaaaaat

aaaaaaaat

aaaaaaaat

aaaaaaaat

aaaaaaaat

aaaaaaaat

aaaaaaaat

aaaaaaaat

(14)

Persamaan (14) menunjukkan urutan Ambil Bit, dimana )12,,1( iti

adalah karakter baru yang sudah tersusun dari pengambilan. Bagian selanjutnya,

9

berdasarkan Masuk Bit dan Ambil Bit, dirancang algoritma yang berbasis pada

Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang.

4. Hasil dan Pembahasan

Pada bagian ini akan dijelaskan hasil dari perancangan kriptografi yang diteliti.

Penelitian ini melanjutkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, yaitu

Perancangan Kriptografi Block Cipher Berbasis pada Clamshell’s Growth Rings.

Hasil rancangan kriptografi kemudian diuji sebagai sebuah kriptosistem dan akan

dibandingkan kriptogafi yang dirancang dengan AES-128.

Pengujian Rancangan Kriptografi, dijelaskan sebagai berikut. Untuk

menguji perancangan GPCK sebagai teknik kriptografi, terlebih dahulu dijelaskan

alur proses enkripsi dan dekripsi secara keseluruhan. Pada pembahasan sebelumnya

sudah dibahas, namun lebih lengkap proses enkripsi-dekripsi ditunjukkan pada

Gambar 7 dan Gambar 8. Lebih lanjut, proses enkripsi dan dekripsi akan diuji

dengan contoh teks plainteks dan kunci yang sudah diberikan.

Gambar 9 Rancangan Proses Enkripsi GPCK

Berdasarkan Gambar 9, secara keseluruhan dari kriptografi yang dirancang.

Terdapat 10 putaran proses untuk mengubah plainteks menjadi cipherteks. Pada

putaran proses plainteks, terdapat 2 (dua) proses, yaitu Masuk Bit, proses dimana

bit-bit plainteks dimasukkan ke dalam Kotak 64-Bit menggunakan pita

pertumbuhan, setiap proses putaran Masuk Bit mempunyai alur pita pertumbuhan

yang berbeda, kemudian Ambil Bit (GP), bit-bit yang telah dimasukkan pada

proses Masuk Bit kemudian diambil pada proses Ambil Bit menggunakan alur garis

pertumbuhan. Proses putaran kunci terdapat 3 (tiga) proses, yaitu Masuk Bit,

proses pemasukan bit-bit kunci ke dalam Kotak 64-Bit menggunakan alur pita

pertumbuhan yang selanjutnya akan masuk pada Swap Box, proses dimana bit-bit

10

kunci akan ditukar tiap blok kolomnya dengan kolom dan tiap blok baris dengan

baris mengikuti aturan yang telah dibuat, kemudian bit-bit tersebut akan masuk

pada Ambil Bit, proses pengambilan bit kunci menggunakan alur pita

pertumbuhan. Proses Masuk Bit dan Ambil Bit pada kunci mempunyai alur pita

pertumbuhan yang berbeda.

Plainteks (Pt) dan kunci (K) yang ter-encode akan masuk pada putaran proses

masing-masing. Hasil dari proses Putaran 1 untuk plainteks adalah P1. Proses serupa

juga terjadi pada bit-bit kunci dimana hasil dari proses Putaran 1 untuk kunci adalah

K1. Kemudian P1 diproses XOR dengan K1 menghasilkan bit-bit baru yang akan

menjadi inputan pada Putaran 2 dan K1 akan menjadi inputan juga pada Putaran 2

untuk kunci. Hasil dari Putaran 2 adalah P2 dan K2, keduanya kemudian akan

diproses XOR kembali dan menghasilkan bit-bit baru lagi yang akan diinput

kembali pada putaran-putaran plainteks dan kunci berikutnya sampai dengan

Putaran 10, dimana P10 akan diproses XOR dengan K10 dan menghasilkan

cipherteks (C) yang berupa deret bit.

Karena kriptografi block cipher berbasis pada GPCK merupakan algoritma

kunci simetris, untuk proses dekripsi algoritma ini merupakan proses kebalikan dari

proses enkripsi yang ditunjukkan pada Gambar 10.

Gambar 10 Rancangan Proses Dekripsi GPCK

Urutan bit C dan K10 akan diproses XOR terlebih dahulu, sehingga

menghasilkan P10. P10 dan K10 akan diproses pada proses balik putaran plainteks

dan kunci sampai pada proses Putaran 1 yang menghasilkan teks plainteks (Pt) dan

teks kunci (K) yang semula.

Untuk membuktikan proses enkripsi pada GPCK maka dilakukan

penghitungan secara manual. Pada proses enkripsi menggunakan contoh teks

“ALZDANNY” sebagai plainteks dan “KEEPCALM” sebagai kunci. Proses yang

dijelaskan dalam pembahasan ini adalah proses pada Putaran 3.

11

Plainteks “ALZDANNY” dan kunci “KEEPCALM” yang sudah ter-encode

menjadi biner adalah

A → 01000001

L → 01001100

Z → 01011010

D → 01000100

A → 01000001

N → 01001110

N → 01001110

Y → 01011001

K → 01001011

E → 01000101

E → 01000101

P → 01010000

C → 01000011

A → 01000001

L → 01001100

M → 01001101

Dengan mengikuti alur pita pertumbuhan dan garis pertumbuhan yang sudah

diberikan pada Gambar 5 dan Gambar 6 (berbeda arah pemasukan dan pengambilan

bit) pada plainteks dan kunci (untuk Masuk Bit dan Ambil Bit) serta meggunakan

Swap Box tertentu pada tiap putaran kunci, maka untuk Putaran 1 menghasilkan

P1 = “01000010 11000001 01100100 00010110 11001010 10011001 10111000

01010000”

K1 = “01101100 10011001 11000011 00000110 01000100 00010001 00001000

00011111”

= “00101110 01011000 10100111 0001000 10001110 10001000 10110000

01001111” = “172C53888E88B04F”

dan pada Putaran 2 menghasilkan

P2 = “10000001 00011001 01000001 10101010 10111011 10111001 00010010

10000110”

K2 = “00010100 10000100 00110110 01111010 00000000 10000001 10100011

11011010”

= “10010101 10011101 01110111 11010000 10111011 00111000 10110001

01011100” = “959D77D0BB38B15C”

12

Untuk Putaran 3 untuk Masuk Bit dan Ambil Bit (GP) mengikuti alur yang sama

dengan pada Gambar 5 dan 6 serta mengikuti proses pemasukan dan pengambilan

bit pada Gambar 7 dan 8, maka untuk Putaran 3 plainteks menghasilkan “10110011

01101000 10111110 01100011 11111000 01011100 00110111 10001010”.

Bit-bit K2 selanjutnya menjadi inputan pada Putaran 3 kunci, bit-bit tersebut

akan diregenerasi pada proses Masuk Bit, Swap Box, dan Ambil Bit untuk Putaran

3. Pemasukan bit ditunjukkan pada arah panah yang dimulai dari atas pada kolom

dan baris pertama sampai pada kolom dan baris kedelapan secara diagonal

menurun. Pada Gambar 11 dan Gambar 12, ditunjukkan Masuk Bit kunci

menggunakan alur pita pertumbuhan pada Putaran 3.

b1 b3 b6 b10 b15 b21 b28 b36

b2 b5 b9 b14 b20 b27 b35 b43

b4 b8 b13 b19 b26 b34 b42 b49

b7 b12 b18 b25 b33 b41 b48 b54

b11 b17 b24 b32 b40 b47 b53 b58

b16 b23 b31 b39 b46 b52 b57 b61

b22 b30 b38 b45 b51 b56 b60 b63

b29 b37 b44 b50 b55 b59 b62 b64

Gambar 13 Alur Masuk Bit Kunci pada

Putaran 3

Gambar 14 Penerapan Alur Masuk Bit Kunci

pada Putaran 3

Bit-bit kunci yang sudah ditempatkan ke dalam Kotak 64-Bit kemudian dikenakan

proses Swap Box.

Gambar 15 Proses Swap Box Pada Putaran 3

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 dan mengikuti aturan Swap Box Putaran

3 yang terdapat pada Gambar 15, maka Swap Coloumn dan Swap Row pada

Putaran 3.

13

b6 b10 b15 b21 b28 b36 b1 b3

b9 b14 b20 b27 b35 b43 b2 b5

b13 b19 b26 b34 b42 b49 b4 b8

b18 b25 b33 b41 b48 b54 b7 b12

b24 b32 b40 b47 b53 b58 b11 b17

b31 b39 b46 b52 b57 b61 b16 b23

b38 b45 b51 b56 b60 b63 b22 b30

b44 b50 b55 b59 b62 b64 b29 b37

b38 b45 b51 b56 b60 b63 b22 b30

b44 b50 b55 b59 b62 b64 b29 b37

b24 b32 b40 b47 b53 b58 b11 b17

b9 b14 b20 b27 b35 b43 b2 b5

b31 b39 b46 b52 b57 b61 b16 b23

b6 b10 b15 b21 b28 b36 b1 b3

b18 b25 b33 b41 b48 b54 b7 b12

b13 b19 b26 b34 b42 b49 b4 b8

Gambar 16 Hasil Swap Column Kunci Gambar 17 Hasil Swap Row Kunci

Setelah proses Swap Box kemudian dilakukan pengambilan bit kunci menggunakan

alur pita pertumbuhan yang ditunjukkan pada Gambar 18 dan Gambar 19.

b38 b45 b51 b56 b60 b63 b22 b30

b44 b50 b55 b59 b62 b64 b29 b37

b24 b32 b40 b47 b53 b58 b11 b17

b9 b14 b20 b27 b35 b43 b2 b5

b31 b39 b46 b52 b57 b61 b16 b23

b6 b10 b15 b21 b28 b36 b1 b3

b18 b25 b33 b41 b48 b54 b7 b12

b13 b19 b26 b34 b42 b49 b4 b8

Gambar 18 Alur Ambil Bit Kunci Pada

Putaran 3 Gambar 19 Penerapan Ambil Bit Kunci Pada

Putaran 3

Dengan mengikuti anak panah pada Gambar 18 maka proses Ambil Bit dimulai dari

kolom 8 sampai dengan kolom pertama secara vertikal maka pengambilan secara

berturut-turut adalah

14

131863192444388

192510391432,50457

26331546204055516

34412152274759565

4248,2857355362604

49543661435864633

4711621129222

81232351737301

,,,,,,,

,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,,

,,,,,,,,

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

bbbbbbbbq

Sehingga biner yang dihasilkan untuk Putaran 3 kunci “00001000 11000001

10101001 10001110 10010010 11010001 00010001 00011100”. Proses XOR dari

P3 dan K3 menghasilkan biner “10111011 10101001 00010111 11101101

01101010 10001101 00100110 10010110” atau “BBA917ED6A8D2696”.

Hasil biner pada Putaran 3 akan diproses pada Putaran 4, Putaran 5, dan

terakhir pada Putaran 10, begitu juga dengan biner kunci pada Putaran 3 akan

diproses pada putaran selanjutnya mengikuti alur-alur yang didesain berbeda di tiap

proses putaran. Hasil proses plainteks dan kunci pada Putaran 10 menghasilkan

biner cipherteks “01100010 01000001 00001000 11000100 10010011 01010100

00011011 00000100” atau dalam heksadesimal “624108C493541B04” dan

ditunjukkan pada grafik Gambar 20.

Gambar 20 Grafik Hasil Enkripsi GPCK

Pada proses dekripsi, dilakukan dengan melakukan proses kebalikan dari

proses enkripsi. Dengan inputan cipherteks “11111001 00000000 01000100

00001011 11010101 01010100 11110010 00010111” dan dengan teks kunci

“KEEPCALM” maka dilakukan proses dekripsi, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 8 sehingga plainteks diperoleh kembali “ALZDANNY”. Pengujian ini

menunjukkan bahwa rancangan kriptografi dapat melakukan proses enkripsi dan

dekripsi, maka telah memenuhi dua dari lima-tuple Stinson untuk sebuah

kriptosistem.

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8

Plainteks Cipherteks

15

Pengujian Kriptosistem, dijelaskan sebagai berikut. Kriptografi dikatakan

sebagai sebuah sistem kriptografi jika memenuhi five-tuple P,C, K, E, dan D [9].

Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan bahwa perancangan kriptografi ini

telah memenuhi dua dari kelima syarat sebuah sistem kriptografi menurut Stinson

dan berikut akan ditunjukkan bahwa perancangan ini memenuhi kelima kondisi

tersebut. P adalah himpunan berhingga dari plainteks. Dalam perancangan ini

menggunakan 256 karakter dalam ASCII, himpunan plainteks pada Garis

Pertumbuhan dan Pita pertumbuhan adalah himpunan berhingga. C adalah

himpunan berhingga dari cipherteks. Cipherteks dihasilkan dalam elemen bit biner

(bilangan 0 dan 1) dan karena himpunan bilangan bit biner pada cipherteks hanya

{0,1} maka cipherteks adalah himpunan berhingga. K, keyspace atau ruang kunci

adalah himpunan berhingga dari kunci. Ruang kunci dalam perancangan ini adalah

256 karakter dalam ASCII. Sehingga ruang kunci merupakan himpunan yang

berhingga. E, enkripsi, dan D, dekripsi, setiap ek : P→C dan dk : C→P adalah fungsi

sedemikian sehingga dk(ek(x)) = x, untuk setiap plainteks x∊P. Pembahasan

sebelumnya telah membahas proses enkripsi dan dekripsi, sehingga telah

memenuhi tuple E dan D. Karena memenuhi kelima kondisi maka Garis

Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang merupakan sebuah sistem

kriptografi.

Pengujian Nilai Keacakan dan Diferensiasi Data, dijelaskan sebagai berikut.

Pengujian nilai keacakan dilakukan untuk melihat seberapa baik rancangan

kriptografi mengacak nilai plainteks. Untuk dapat mengetahui baik atau tidaknya

maka diperlukan kriptografi lain sebagai pembanding, oleh karena itu dipilih AES-

128 [12].

Nilai keacakan dihitung berdasarkan Persamaan (6) dan nilai deferensiasi pada

Persamaan (9) yang telah diberikan pada pembahasan sebelumnya. Nilai keacakan

dilihat pada bilangan cipherteks yang dihasilkan oleh algoritma tertentu. Penelitian

ini tidak membandingkan ukuran blok dengan AES. Nilai keacakan didapat dari

selisih perbandingan plainteks dengan cipherteks terhadap plainteks, karena selisih

pada pembilang pada Persamaan (6) berarti menunjukkan jarak dari plainteks,

walaupun dirasiokan terhadap plainteks kembali. Kemungkinan yang muncul pada

nilai keacakan dapat bernilai positif atau negatif. Bernilai negatif berarti selisih

perbandingan nilai cipherteks lebih besar dari nilai plainteks, bernilai positif berarti

nilai plainteks lebih besar dari nilai cipherteks.

Penggunaan jarak dapat dipandang sebagai suatu keacakan apabila brute force

attack digunakan sebagai standar serangan kriptanalisis untuk membobol algoritma

yang ada. Brute force attack dilakukan dengan mencoba semua kemungkinan kunci

atau angka untuk menemukan relasi yang berkorespondensi satu-ke-satu (one-to-

one) antara plainteks dan cipherteks. Setiap plainteks yang diinputkan sudah pasti

diketahui desimalnya, kriptanalis akan mencoba setiap bilangan yang lebih besar

atau lebih kecil dari bilangan plainteks dan akan membesar atau mengecil secara

terus-menerus. Sebagai contoh, plainteks 90 (karakter Z) kriptanalis akan

mencoba bilangan di bawah plainteks yaitu 89 dan diatas plainteks yaitu 91 secara

terus menerus sampai menemukan kecocokan, apabila semakin jauh nilai

16

cipherteks dari plainteks maka akan memerlukan banyak waktu dan proses untuk

menemukan relasi dengan cipherteks atau bahkan menemukan plainteks.

Digunakan plainteks “Send 50kg NZT49 @10pm, #CentP” dan kunci

“KiP1S3f”. Plainteks dipilih dengan variasi abjad, angka, dan simbol. Hal ini agar

inputan akan bervariasi terutama untuk nilai ASCII yang diperoleh. Hasil pengujian

ditunjukkan dengan grafik pada Gambar 21.

Gambar 21 Grafik Hasil Perbandingan GPCK dengan AES-128

Berdasarkan Persamaan (6), dapat diperoleh nilai keacakan sumbu-y untuk

GPCK sebesar -1,0576 dan untuk AES-128 sebesar -1,0284. Hal tersebut

menunjukkan bahwa pengacakan pada GPCK memiliki nilai cipherteks lebih besar

dari plainteks yang diinputkan. Diperoleh 0,0276 perbedaan nilai keacakan dari

kriptografi yang dirancang dengan AES-128. Dari Persamaan (9) diperoleh bahwa

diferensiasi data untuk GPCK sebesar -0,9032 dan untuk AES-128 sebesar -2,3225.

Pengujian selanjutnya adalah melakukan proses enkripsi untuk plainteks yang

sama. Pemilihan plainteks yang sama bertujuan untuk melihat seberapa baik untuk

rancangan kriptografi GPCK mengacak plainteks. Sama dengan pengujian

sebelumnya, tetap dibandingkan dengan AES-128.

Plainteks yang dipilih adalah plainteks “ffffffffffffffff” dan kunci “KiP1S3f”.

Penggunaan karakter f karena karakter tersebut mempunyai bit yang simetris

“01100110”. Sifat simetris ini membuat apabila ditempatkan dalam kotak 64-bit

akan selalu simetris dibaca dari kiri ke kanan atau sebaliknya dari atas ke bawah.

Hasil dari pengujian diberikan pada grafik Gambar 22.

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Plainteks GPCK AES-128

17

Gambar 22. Grafik Hasil Perbandingan GPCK dengan AES-128

Menggunakan Plainteks Karakter Sama

Berdasarkan grafik pada Gambar 22, nampak AES-128 sangat konsisten untuk

mengacak plainteks dengan inputan yang sama. Hasil ini nampak pada dapat dilihat

bahwa dari pengujian GPCK menggunakan input dengan karakter yang diberikan,

menghasilkan grafik yang berpola ulang untuk kelipatan 8 karakter. Hal tersebut

menjelaskan bahwa GPCK mampu menahan 8 karakter yang sama dengan asumsi

tidak dipetakan pada karaker yang sama. Nilai keacakan pada pengujian ini untuk

GPCK sebesar -0,663 dan AES-128 sebesar -0,1881. Nilai diferensiasi data yang

dihasilkan GPCK sebesar 3,8 dan AES-128 sebesar -10,467.

Pengujian Avalanche Effect dan Pengujian Ekstrim, dijelaskan sebagai

berikut. Pengujian-pengujian yang sebelumnya lebih pada aluar dan proses enkripsi

dan dekripsi. Bagian ini akan ditunjukkan kalau rancangan ini mempunyai

Avalanche Effect (AE). Pengujian ini biasanya dilakukan untuk kriptografi block

cipher atau kriptografi berbasis fungsi Hash. Pada kriptografi tersebut apabila sudah

mempunyai AE maka sudah dapat dikatakan dapat menahan serangan kriptanalisis

karena merumitkan dan menjadi tidak mungkin untuk pengujian secara statistika

dan juga menghilangkan hubungan korespodensi satu ke satu antara plainteks dan

cipherteks.

Selain menguji AE, rancangan ini juga dilakukan pengujian ekstrim yaitu

dengan memasukan plainteks dan kunci dengan bit 0. Dalam hal ini berarti akan

terdapat satu blok yang isinya terdiri dari bit 0, baik pada blok plainteks maupun

blok kunci. Pada rancangan ini apabila plainteks dan cipherteks seluruh bitnya 0,

maka diperoleh cipherteks “01000000 11110010 11011101 00001101 10101100

01100000 11010100 11100100” atau “40F2DD0DAC60D4E4”. Hasil ini

menujukkan bahwa kriptografi ini sangat baik sebagai rancangan sebagai sebuah

block cipher, karena pengujian ekstrim ini, terbukti dengan mengubah 1 buah bit

saja pada plainteks, dapat merubah seluruh cipherteks yang ada. Kekuatan ini

menujukkan bahwa kriptografi rancangan mempunyai AE yang baik.

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Plainteks GPCK AES-128

18

5. Simpulan

Berdasarkan pada pembahasan sebelumnya, perancangan kriptografi block

cipher berbasis pada Garis Pertumbuhan dan Pita Pertumbuhan Cangkang Kerang

dapat melakukan proses enkripsi dan dekripsi, dan memenuhi syarat 5-tuple dari

sebuah kriptosistem, sehingga dapat disebut sebagai sebuah kriptografi.

Dari hasil perbandingan tingkat nilai keacakan antara GPCK dengan AES-

128 diperoleh hasil bahwa rancangan kriptografi yang diteliti mempunyai nilai

keacakan sebesar 0,7536 dan AES-128 sebesar 1,0284. Hasil dari perbandingan

nilai keacakan keduanya adalah 0,3647. Diferensiasi data yang dimiliki pada GPCK

sebesar -1,0645 dan untuk AES-128 sebesar -2,3225.

Selain itu, perancangan kriptografi GPCK mampu digunakan sebagai

algoritma alternatif untuk mengamankan pesan dan mempunyai Avalanche Effect

yang baik serta berhasil mengacak plainteks dengan bit 0 menjadi cipherteks pada

pengujian ekstrim. Oleh karena itu, dapat dikatakan perancangan kriptografi ini

sebagai teknik kriptografi dan dapat dijadikan acuan metodologi dalam

menciptakan kriptografi simetris.

6. Daftar Pustaka

[1] Liskov, Moses., Ronald L. Rivest, & David Wagner. 2002. Tweakable

Block Ciphers. Lecture Notes in Computer Science. Volume 2442, pp.

31-46

[2] Dafid. 2006. Kriptografi Kunci Simetris Dengan Menggunakan

Algoritma Crypton. Jurnal Ilmiah STMIK GI MDP. Volume 2 Nomor 3

[3] Selent, Douglas. 2010. Advanced Encryption Standard. InSight: Rivier

Academic Journal. Volume 6, Number 2, Fall 2010

[4] Santoso, H.Y., Wowor, A.D., & Pakereng, Magdalena A.I. 2015.

Perancangan Kriptografi Block Cipher Berbasis pada Alur Clamshell’s

Growth Rings. Prociding SeTISI Universitas Kristen Maranatha. Volume

1, hal. 48-53

[5] Menezes, A.J., P.C. van Oorschot, & S.A. Vanstone. 1997. Handbook

of Applied Cryptography, CRC Press

[6] Ariyus, Dony. 2006. Kriptografi Keamanan Data dan Komunikasi.

Yogyakarta: Graha Ilmu

[7] Munir, Rinaldi, 2006. Kriptografi, Bandung: Informatika

[8] COA:: Conchologist of America, Inc., 1996, Classification of Mollusca,

[Online],

http://www.conchologistsofamerica.org/conchology/classes.asp (diakses

tanggal 12 November 2014)

[9] Wilson, Mark., 2015, Wooster’s Fossil of the Week: A lucinid bivalve

from the Middle Jurassic of southern Israel, [Online],

http://woostergeologists.scotblogs.wooster.edu/files/2015/01/F-

fimbriata-Solomon-Islands.jpg (diakses tanggal 20 Mei 2015)

19

[10] Stinson, D. R., 1995. Cryptography: Theory and Practice. CRC Press,

Boca Raton, London, Tokyo

[11] Liwandouw, V.B., & Wowor, A.D., 2015. Desain Algoritma Berbasis

Kubus Rubik Dalam Perancangan Kriptografi Simetris. Prociding

SeTISI Universitas Kristen Maranatha. Volume 1, hal. 42-47

[12] Project Nayuki, 2014, AES cipher internals in Excel, [Online],

http://www.nayuki.io/page/aes-cipher-internals-in-excel (diakses

tanggal 15 Januari 2015)

[13] Forouzan, Behrouz, A., 2008, Cryptography and Network Security, New

York: McGraw-Hill

perancangan kriptografi block cipher berbasis pada garis...

Documents