ALGORITMA DAN IMPLEMENTASI KRIPTOGRAFI VIDEO STREAMING MENGGUNAKAN ALGORITMA VIDEO ENCRYPTION ALGORITHM (VEA)
SKRIPSI KONSENTRASI TEKNIK INFORMATIKA DAN KOMPUTER
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar Sarjana Teknik
Disusun oleh: KARINA SEFTIA DEWANTI NIM. 0810633056 - 63
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO MALANG 2012
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Keamanan data multimedia sangat penting dalam bisnis komersil maupun tidak komersil. Contohnya, pada aplikasi video on demand, hanya orang yang membayar yang dapat menonton video tersebut. Selain itu juga pada aplikasi video conferencing, hanya orang yang berkepentingan saja yang dapat ikut serta dalam konferensi tersebut dan mendapatkan datanya. Salah satu cara untuk mengamankan aplikasi distributed multimedia seperti pada contoh-contoh di atas adalah dengan mengenkripsinya menggunakan algoritma kriptografi seperti DES (Data Encryption Standard) atau IDEA (International Data Encryption Algorithm). Masalahnya, algoritma kriptografi tersebut memiliki komputasi yang rumit. Implementasi dari algoritma kriptografi ini tidak cukup cepat untuk memproses sejumlah besar data yang dihasilkan oleh aplikasi multimedia. Dua hal yang dapat diperhatikan dari enkripsi data multimedia adalah: pertama, ukuran data multimedia biasanya sangat besar. Sebagai contoh, ukuran data dari video MPEG-1 berdurasi dua jam kira-kira 1 GB. Kedua, data multimedia harus diproses dengan delay sekecil mungkin. Banyak algoritma enkripsi video yang telah dibangun sampai saat ini, tetapi algoritma yang umum digunakan terutama untuk aplikasi video streaming adalah algoritma Video Encryption, atau sering disebut juga VEA (Video Encryption Algorithm). Pada algoritma ini byte-byte pada frame video, di-XOR-kan dengan suatu byte kunci tertentu yang telah didefinisikan. Hasil operasi XOR tersebut kemudian diterapkan pada file video, sehingga video yang dihasilkan memiliki kualitas gambar tidak sempurna. Video hasil enkripsi dengan VEA itulah yang nantinya diterima oleh user yang tidak berhak/belum memasukkan kunci tertentu yang telah didefinisikan. Alasan banyaknya penggunaan algoritma ini adalah karena tingkat keamanannya yang cukup memuaskan, komputasi yang ringan, dan cocok diimplementasikan di lingkungan video streaming karena algoritmanya yang dapat berbasis
stream cipher maupun block cipher, tergantung kebutuhan saat
streaming video tersebut.
2 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan secara jelas diatas, maka rumusan masalah ditekankan pada: 1. Bagaimana mengenkripsi dan mendekripsi video streaming MPEG dengan Video Encryption Algorithm (VEA). 2. Bagaimana mencari macroblock pada file MPEG yang akan dienkripsi. 3. Bagaimana hasil pengujian dari video streaming setelah proses enkripsi dan dekripsi. 1.3 Batasan Masalah Beberapa hal yang menjadi batasan masalah dalam pembuatan program ini antara lain: 1. Tidak mempelajari maupun membuat encoder dan decoder (player) video. 2. File format video yang digunakan hanya Mpeg-1, Mpeg-2, Mpeg-4. 3. Data yang dienkrispi adalah data video tanpa audio. 4. Bahasa pemograman yang digunakan untuk pembuatan aplikasi ini adalah C#. 5. Aplikasi yang digunakan untuk membuat dan menyunting listing program adalah Microsoft Vsual Studio 2008 versi 9.0.21022.8 RTM dan .NET Framework versi 3.5 SP1. 6. Menggunakan library Aforge untuk membuat proses streaming dan player. 7. Komunikasi antar komputer menggunakan protokol TCP/IP. 8. Tipe streaming yang digunakan adalah peer to peer. 1.4 Tujuan Tujuan dari penyusunan skripsi ini adalah merancang dan mengimplementasikan aplikasi untuk kriptografi pada video streaming MPEG menggunakan algoritma VEA. 1.5 Manfaat Manfaat yang diharapkan adalah aplikasi yang dibuat dalam skripsi ini dapat mengamankan video streaming MPEG menggunakan algoritma VEA.
3 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan laporan skripsi ini adalah sebagai berikut : BAB I
Pendahuluan
Dalam bab ini akan dijelaskan latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat, metode penelitian dan sistematika penulisan laporan tugas akhir. BAB II
Dasar Teori
Dalam bab ini akan dibahas dan dijelaskan mengenai dasar teoritisyang menjadi landasan dan mendukung pelaksanaan penulisan tugas akhir. BAB III
Metodologi
Dalam bab ini akan membahas tentang metode yang dipakai penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir. BAB IV
Perancangan dan Implementasi
Dalam bab ini menjelaskan langkah - langkah perancangan dan implementasi dari video streaming MPEG menggunakan algoritmaVEA. BAB V
Pengujian
Dalam bab ini akan disampaikan hasil pengujian dari aplikasi yang telah dibuat. BAB VI
Kesimpulan dan Saran
Dalam bab ini berisi kesimpulan dan saran.
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Video Video adalah gabungan dari banyak citra digital yang disertai suara. Citra –citra digital diperlihatkan sesuai urutan dengan jangka waktu tertentu sehingga gambar tampak bergerak. Untuk dapat mengolah video, maka harus mendapatkan data warna pada frame – frame yang ada pada video. Karena frame – frame tersebut berupa sebuah citra digital, maka dalam pengolahan video tidak dapat telepas dari pengolahan citra digital dimana sesuai dengan algoritma sesuai format video yang dipakai seprti AVI, MPEG.
2.1.1 MPEG MPEG adalah singkatan dari Moving Picture Experts Group merupakan format kompresi yang didirikan oleh group yang bernama Motion Picture Editors Guild (MPEG) yang mengeluarkan standar tahun 1988, yang terbentuk oleh 350 perusahaan dan organisasi. MPEG adalah
metode
standar yang digunakan dalam pengkodean citra
bergerak. MPEG menetapkan standar yaitu codec. Codec MPEG menggunakan lossy compression pada data audio video. Bagian motion (gerak) video pada standard MPEG-1 didapat dari standard Joint Picture Experts Group (JPEG) untuk lossy compression gambar diam (foto). MPEG memliki format standar kompresi sebagai berikut : a) MPEG-1 adalah standard pertama untuk kompresi audio dan video. merupakan standard encode VideoCD dengan resolusi maksimal hanya 352 x 288 pixel, bit-rate tidak dapat dirubah dan kualitas gambar yang kurang baik.Ini juga termasuk format audio MP3. MPEG-1 digunakan pada format Video CD. Kualitas output dan bit-rate lebih kecil daripada VCR. b) MPEG-2 adalah seri standard transport , audio dan video untuk kualitas siaran televisi. MPEG-2 sama dengan MPEG-1, tetapi juga menyediakan dukungan untuk interlaced video (seperti pada siaran TV) dan juga mendukung Transport Stream yang dibuat untuk mentranfer video dan audio digital pada media dan digunakan untuk broadcasting. Standard MPEG-2 saat ini telah ditingkat menjadi standard terbaru untuk transmisi HDTV. Saat ini digunakan untuk SVCD, DVD dengan tingkat bit yang dapat diubah dan
5 memiliki kualitas gambar yang luar biasa. DV Video merupakan subformat khusus dari MPEG-2 dengan tingkat bit yang tetap. Format ini sangat cocok digunakan untuk video editing. c) MPEG-3 dikembangkan untuk high-definiton television (HDTV), tetapi kemudian ditinggalkan karena dianggap MPEG 2 memadai. d) MPEG-4 merupakan pengembangan MPEG 1 mendukung Digital Rights Management (DRM) dan bit-rate encoding rendah, serta menggunakan codec video yang disebut H.264 yang dipandang lebih effisien. MPEG-4 berbasis MPEG-1 dan MPEG-2, tetapi ada tambahan fitur seperti dukungan VRML untuk rendering 3D, files komposit berorientasi objek (termasuk audio, video dan virtual reality modelling), dukungan untuk DRM dan berbagai macam interaktivitas . Kontainer untuk kandungan MPEG-4 adalah MP4. e) MPEG-7 adalah sistem formal untuk mendeskripsikan isi multimedia. f) MPEG-21 merupakan standard multimedia untuk masa depan g) MPEG-A standar ini menyediakan aplikasi-spesifik format dengan mengintegrasikan beberapa teknologi MPEG; h) MPEG-B Kumpulan standar Sistem spesifik i) MPEG-C Kumpulan standar Video spesifik j) MPEG-D Kumpulan standar khusus Audio k) MPEG-E Sebuah standar (M3W) dukungan penyediaan untuk men-download dan eksekusi aplikasi multimedia l) MPEG-V standar untuk pertukaran dengan dunia virtual m) MPEG-M Sebuah standar (MXM) untuk kemasan dan usabilitas dari MPEG teknologi n) MPEG-U standar untuk kaya-media user interface o) MPEG-H Sebuah standar (HEVC) memberikan kinerja video kompresi meningkat secara signifikan.
6 2.1.2 Struktur MPEG
Gambar 2.1 Struktur File Format MPEG
Secara umum file format video MPEG tersusun dari kumpulan - kumpulan sequensial. Dalam setiap Sequensial didalamnya terdapat bagian - bagian lagi misal informasi mengenai resolusi, bitstream, dan GOP seperti Gambar 2.1. Setiap Sequensial bisa mempunyai jumlah 1 atau lebih GOP (group of Picture). Di dalam GOP tersusun dari informasi (parameter dari header) mengenai gambar (picture/frame) dan data (isi dalam parameter dari header) dari gambar, dimana gambar bisa berjumlah 1 atau lebih. Di dalam picture terdapat informasi – informasi mengenai tipe gambar, parameter DCT/IDCT dan data gambar itu sendiri atau disebut slice. Sebuah gambar (picture/frame) dapat bertipe I (intracoded), P (predicted), atau B (bidirectional – predicted). Slice tersusun dari informasi - informasi mengenai macroblock dan datanya, dimana macroblock bisa berjumlah 1 atau lebih. Macroblock merupakan basic coding unit atau tersusun dari bagian terkecil dari Algoritma MPEG yaitu blok. Macroblock adalah sebuah 16 x 16 pixel array pada sebuah frame dan berisi informasi mengenai
7 komponen Y, Cr, Cb beserta resolusinya. Macroblock dari gambar/frame I diencode berbeda dengan macroblock dari gambar/frame B dan P, karena gambar/frame B dan P dibutuhkan dua buah motion vector : forward prediction vector dan backward prediction vector. Macroblock dari tiap-tiap gambar/frame pada akhirnya akan dibagi-bagi menjadi 4 buah 8 x 8 blok luminance (Y block), 2 buah 8 x 8 blok chrominance (Cr block dan Cb block). Blok-blok Y, Cr, dan Cb yang terbentuk tersebut akan diproses ke dalam DCT (Discrete Cosine Transformation), kuantisasi, dan Huffman entropy coding.
2.1.3 Header MPEG Setiap stream header pasti dimulai dengan 32 bit Start Code, dimana untuk kode 00-B8 merupakan video stream start code dan untuk B9-FF adalah stream-id.
byte 0 0000 0000
byte 1 byte 2 0000 0000 0000 0001 Start code prefix
byte 3 Video stream start code / Stream ID
Tabel 2.1 Struktur Start Code Header MPEG
Start code
used for
0x00
Picture
0x01 - 0xAF
Slice
0xB0
Reserved
0xB1
Reserved
0xB2
user data
0xB3
Sequence header
0xB4
sequence error
0xB5
Extension
0xB6
Reserved
0xB7
sequence end
0xB8
Group of Pictures Tabel 2.2 Start Code
8 Stream ID
used for
0xB9 0xBA 0xBB 0xBC 0xBD 0xBE 0xBF 0xC0 - 0xDF 0xE0 - 0xEF 0xF0 0xF1
Program end (terminates a program stream) Pack header System Header Program Stream Map Private stream 1 Padding stream Private stream 2 MPEG-1 or MPEG-2 audio stream MPEG-1 or MPEG-2 video stream ECM Stream EMM Stream
0xF2 0xF3 0xF4 0xF5 0xF6 0xF7 0xF8 0xF9 0xFA - 0xFE 0xFF
ITU-T Rec. H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 Annex A or ISO/IEC 13818-6_DSMCC_stream ISO/IEC_13522_stream ITU-T Rec. H.222.1 type A ITU-T Rec. H.222.1 type B ITU-T Rec. H.222.1 type C ITU-T Rec. H.222.1 type D ITU-T Rec. H.222.1 type E ancillary_stream Reserved Program Stream Directory Tabel 2.3 Stream ID
2.2 Video Streaming Sampai beberapa saat yang lalu, video dikirim dengan metode “download and play” dimana seluruh video di download melalui network ke komputer client yang meminta video tersebut dan kemudian video tersebut disimpan di harddisk client. Setelah seluruh video tersimpan di harddisk client, barulah video tersebut dapat dijalankan. Keuntungan dari metode download ini adalah video dengan kualitas tinggi dapat dikirim. Kerugiannya adalah bandwidth network yang dibutuhkan untuk mengirimkan video sangat tinggi, pengguna harus menunggu dalam jangka waktu yang lama untk men-download sebuah
9 video dan juga sejumlah besar tempat penyimpanan di harddisk sangat dibutuhkan untuk menyimpan video yang ukurannya relatif cukup besar. Gambar 2.2 adalah ilustrasi dari metode “download and play” Untuk mengatasi masalah ini, sebuah teknologi baru dibangun untuk mengirim video digital yang telah di kompresi ke sebuah jaringan network yang disebut “video streaming”. Video streaming menggunakan teknologi kompresi video dan juga network protocol yang dibuat khusus untuk real-time media streaming. Protokol-protokol baru ini dapat mengsinkronisasikan audio dan video untuk dimainkan di desktop client sebelum seluruh file video selesai diterima. Keuntungan yang didapat adalah client dapat memainkan video lebih cepat dan tidak membutuhkan jumlah space harddisk yang besar. Keuntungan lainnya adalah bandwidth network yang dibutuhkan untuk mengirim video sangat rendah serta video yang di-streaming juga dapat dimainkan di web browser. Gambar 2.3 menunjukkan model dari video streaming.
Gambar 2.2 Model Download
Ketika file audio atau video berada dalam proses streaming, maka sebuah tempat penampung kecil yang biasa disebut juga buffer akan terbentuk di computer pengguna, dan data dari audio atau video yang diminta pengguna akan ditransfer ke buffer tersebut. Ketika buffer sudah penuh, file streaming tersebut akan mulai dijalankan. Untuk menjalankan file streaming dibutuhkan informasi yang tersimpan di dalam buffer yang mana informasi tersebut akan teus bertambah seiring berjalannya file streaming. Selama data atau informasi tetap dapat terkirim ketika file streaming tersebut dijalankan, file streaming ini akan terus berjalan dengan lancar.
10
Video server Buffer
Paket data
Paket data
Paket data
Client Buffer
Jalankan setelah diterima
FILE
Gambar 2.3 Model Streaming
Biasanya terdapat delay waktu antara 10 sampai 30 detik sebelum file audio atau video tersebut dimainkan. Streaming file biasanya merupakan bandwidth yang lebih sedikit dibandingkan men-download file. Besar tidaknya bandwith yang dibutuhkan juga tergantung dari jenis video yang akan di-streaming. Tabel 2.4 menunjukkan daftar jenis video beserta keterangan bandwidth yang dibutuhkan untuk streaming.
Format Cinepak
Content Type AVI
Quality
CPU
Bandwidth
Requirement
Requirement
Medium
Low
High
QuickTime MPEG-1
MPEG
High
High
High
H.261
AVI
Low
Medium
Medium
Medium
Medium
Low
High
High
High
Medium
Medium
Medium
RTP H.263
QuickTime RTP AVI
JPEG
QuickTime RTP AVI
Indeo
QuickTime AVI
Tabel 2.4 Macam - Macam Format Video
11 Dapat dilihat dari Table 2.4, high quality dan high bandwidth format biasa digunkan untuk CD-ROM. H.261 dan H.263 biasa digunkan untuk aplikasi video conferencing. Biasanya video dengan high quality akan memilki ukuran file yang besar, serta membutuhkan proses dan bandwidth yang cukup besar pula. Untuk mendapatkan tampilan video yang bagus, maka jumlah frame yang ditampilkan per waktu (frame rate) harus sebesar mungkin. Biasanya video streaming menggunakan sekitar 30 frame rate (30 frame per detik)
2.3 Kriptografi Kriptografi (cryptography) merupakan ilmu dan seni penyimpanan pesan, data, atau informasi secara aman. Kriptografi (Cryptography) berasal dari bahasa Yunani yaitu dari kata cryptós yang artinya secret (yang tersembunyi) dan gráphein yang artinya writting (tulisan). Jadi, kriptografi berarti secret writting (tulisan rahasia). Kriptografi merupakan bagian dari suatu cabang ilmu matematika yang disebut Cryptology yang berhubungan dengan aspek keamanan informasi seperti kerahasiaan data, keabsahan data, integritas data, serta autentikasi data. Kriptografi bertujuan menjaga kerahasiaan informasi yang terkandung dalam data sehingga informasi tersebut tidak dapat diketahui oleh pihak yang tidak sah.Tetapi tidak semua aspek keamanan informasi ditangani oleh kriptografi.
2.3.1 Algoritma Kriptografi Secara sederhana proses kriptografidapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 2.4 Ilustrasi dari proses kriptografi sederhana
Dalam menjaga kerahasiaan data, kriptografi mentransformasikan data jelas (plaintext) ke dalam bentuk data sandi (ciphertext) yang tidak dapat dikenali. Ciphertext
12 inilah yang kemudian dikirimkan oleh pengirim (sender) kepada penerima (receiver). Setelah sampai di penerima, ciphertext tersebut ditranformasikan kembali ke dalam bentuk plaintext agar dapat dikenali. Proses tranformasi dari plaintext menjadi ciphertext disebut proses Encipherment atau enkripsi (encryption), sedangkan proses mentransformasikan kembali ciphertext menjadi plaintext disebut proses dekripsi (decryption). Kunci (key) adalah parameter yang digunakan untuk transformasi enciphering dan deciphering.
Secara umum operasi enkripsi dan dekripsi dapat diterangkan secara matematis sebagai berikut : proses dekripsi ditulis dalam Persamaan 2.1 : E (P) = C
(2.1)
Dimana, E : Enkripsi P : Pesan (plaintext) yang akan diamankan C : Chipertext
Sedangkan proses dekripsi ditulis dalam Persamaan 2.2 : D (C) = P
(2.2)
Dimana, D : Dekripsi C : Chipertext yang akan dirubah menjadi plaintext P : Pesan (plaintext) yang telah dibuka
Karena proses enkripsi dan dekripsi mengembalikan pesan ke pesan awal, maka Persamaan 2.3 harus benar, D (E(P)) = P
(2.3)
13 Pada saat proses enkripsi kita menyandikan pesan P dengan suatu kunci K lalu dihasilkan pesan C. Sedangkan pada proses dekripsi, pesan C tersebut diuraikan dengan menggunakan kunci K sehingga dihasilkan pesan P yang sama seperti pesan sebelumnya. Contoh dari enkripsi dan dekripsi pada data teks : Plainteks : “coba lah tulis” Cipherteks :” ” Hasil dekripsi terhadap cipherteks di atas : “coba lah tulis”
Dengan demikian keamanan suatu pesan tergantung pada kunci ataupun kuncikunci yang digunakan, dan tidak tergantung pada algoritma yang digunakan.Sehingga algoritma-algoritma yang digunakan tersebut dapat dipublikasikan dan dianalisis, serta produk-produk yang menggunakan algoritma tersebut dapat diproduksi massal. Tidaklah menjadi masalah apabila seseorang mengetahui algoritma yang digunakan. Selama tidak mengetahui kunci yang digunakan maka tetap tidak dapat membaca pesan. Berdasarkan kunci yang dipakai, algoritma kriptografi dapat dibedakan atas dua golongan yaitu kriptografi kunci Simetri dan kriptografi kunci asimetri.
2.3.2 Kriptografi Kunci Simetri Algoritma kriptografi simeteris atau disebut juga algoritma
kriptografi
konvensioanl adalah algoritma yang menggunakan kunci untuk proses enkripsi sama dengan kunci untuk proses dekripsi, oleh karena itulah dinamakan kriptografi simetri. Keamanan sistem kriptografi simetri terletak pada kerahasiaan kuncinya. Ada banyak algoritma kriptografi modern yang termasuk ke dalam sistem kriptografi simetri, diantaranya adalah DES (Data Encryption Standard), Blowfish, Twofish, Triple-DES, IDEA, Serpent, AES (Advanced Encryption Standard). Kunci Pribadi Plaintext
Enkripsi
Kunci Pribadi Ciphertext
Dekripsi
Plaintext
Gambar 2.5 Proses Enkripsi/Dekripsi Algoritma Kriptografi Simetris
14 Algoritma kriptografi (cipher) simetri dapat dikelompokkan menjadi dua kategori (Lung dan Munir, 2005), yaitu stream cipher (Cipher Aliran) dan block cipher (Cipher Blok). 2.3.2.1 Stream Cipher (Cipher Aliran) Cipher Aliran beroperasi pada plainteks/cipherteks dalam proses penyandiannya berorientasi pada satu bit data (bit tunggal), yang dalam hal ini rangkaian bit dienkripsikan/didekripsikan bit per bit. Cipher aliran mengenkripsikan plainteks menjadi chiperteks bit per bit (1 bit setiap kali transformasi). Proses enkripsi menggunakan cipher aliran dapat ditulis dalam Persamaan 2.4 :
ci = piki
(2.4)
yang dalam hal ini, pi : bit plainteks ki: bit kunci ci : bit cipherteks Dan proses dekripsi dapat ditulis dalam Persamaan 2.5 :
pi = cik
Contoh sederhana dari penerapan stream cipher pada plaintext. Mode enkripsi
(+)
11001100
Plaintext
01101100
Keystream
10100000
Ciphertext
(2.5)
15 Mode dekripsi
(+)
10100000
Ciphertext
01101100
Keystream
11001100
Plaintext
Stream chipper cocok digunakan untuk mengenkripsi aliran data secara terus – menerus melalui saluran komunikasi. Contohnya seperti pengiriman data antar dua computer dan video streaming. Jika bit ciphertext yang diterima terdapat kesalahan. Maka hal ini hanya mengakibatkan satu bit yang salah ketika di dekripsi, karena tiap bit plaintext hanya ditentukan dari satu bit chipertext. Kondisi ini tidak benar jika menggunakan cipher blok. Jika terdapat satu bit yang salah maka akan merambat kepada bit – bit lain pada blok bit tersebut. 2.3.2.2 Block Cipher (Cipher Blok) Algoritma kriptografi beroperasi pada plainteks/cipherteks dalam proses penyandiannya berorientasi pada sekumpulan bit atau byte data (per blok), yang dalam hal ini rangkaian bit dbagi menjadi blok-blok bit yang panjangnya sudah ditentukan sebelumnya. Contoh algoritma kunci simetris yang terkenal adalah Advanced Encryption Standard (AES). Pada cipherblok, rangkaian bit-bit plainteks dibagi menjadi blok-blok bit dengan panjang sama, biasanya 64 bit (tapi adakalanya lebih). Algoritma enkripsi menghasilkan blok cipherteks yang – pada kebanyakan sistem kriptografi simetri – berukuran sama dengan blok plainteks. Dengan blokcipher, blok plainteks yang sama akan dienkripsi menjadi blok cipherteks yang sama bila digunakan kunci yang sama pula. Ini berbeda dengan cipher aliran dimana bit-bit plainteks yang sama akan dienkripsi menjadi bit-bit cipherteks yang berbeda setiap kali dienkripsi. Misalkan blok plainteks (P) yang berukuran m bit dinyatakan sebagai vektor adalah P = (p1, p2, …,pm)
(2.6)
16 yang dalam hal ini pi adalah 0 atau 1 untuk i = 1, 2, …, m dan blok cipherteks (C) adalah C = (c1, c2, …,cm)
(2.7)
yang dalam hal ini ci adalah 0 atau 1 untuk i = 1, 2, …, m. Bila plainteks dibagi menjadi n buah blok, barisan blok-blok plainteks dinyatakan sebagai (P1, P2, …,Pn)
(2.8)
Untuk setiap blok plainteks Pi, bit-bit penyusunnya dapat dinyatakan sebagai vektor Pi = (pi1, pi2, …,pim)
(2.9)
Enkripsi dan dekripsi dengan kunci K dinyatakan berturut-turut dengan persamaan EK(P) = C
(2.10)
untuk enkripsi, dan DK(C) = P
(2.11)
Fungsi E haruslah fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu, sehingga E-1 = D
Skema enkripsi dan dekripsi dengan cipherblok digambarkan pada Gambar 2.6.
(2.12)
17 Fungsi E dan D dispesifikan oleh kriptografer. Enkripsi: Blok Plainteks P
Dekripsi: Blok Cipherteks C
P = (p1, p2, …,pm)
Kunci K
C = (c1, c2, …, cm)
Enkripsi,E
Kunci K
Dekripsi, D
Blok Cipherteks C
Blok Plainteks P
C = (c1, c2, …,cm)
P = (p1, p2, …, pm)
Gambar 2.6 Skema enkripsi dan dekripsi pada cipher blok
2.3.3 Kriptografi Kunci Simetri Algoritma kriptografi asimetris adalah algoritma yang menggunakan kunci yang berbeda untuk proses enkripsi dan dekripsinya. Algoritma ini disebut juga algoritma kunci umum (public key algorithm) karena kunci untuk enkripsi dibuat umum (public key) atau dapat diketahui oleh setiap orang, tapi kunci untuk dekripsi hanya diketahui oleh orang yang berwenang mengetahui data yang disandikan atau sering disebut kunci pribadi (private key).Contoh algoritma terkenal yang menggunakan kunci asimetris adalah RSA dan ECC. Kunci Umum
Plaintext
Kunci Pribadi
Ciphertext Enkripsi
Plaintext Dekripsi
Gambar 2.7 Proses Enkripsi/Dekripsi Algoritma Kriptografi Asimetris
18 2.4 Video Encryption Algorithm (VEA) Sama dengan enkripsi pada data teks, enkripsi video juga memiliki algoritma sendiri. Umumnya video dapat dienkripsi langsung dengan menggunakan algoritma enkripsi kunci rahasia yang telah banyak beredar saat ini, seperti DES, AES, dan lain-lain, tetapi enkripsi seperti itu membutuhkan waktu yang cukup lama, karena ukuran video yang cukup besar. Algoritma enkripsi video yang umum digunakan adalah VEA (Video Encryption Algorithm). Algoritma ini memiliki berbagai macam modifikasi yang disesuaikan berdasarkan kebutuhan, karena kemudahannya dalam implementasi. Salah satu tipe modifikasinya diberi nama MVEA (Modified VEA). Berikut adalah skema global dari algoritma VEA: 1. Buka file MPEG (misalnya Mpeg-1/Mpeg-2 dengan ekstensi .mpg dan Mpeg-4 dengan ekstensi .mp4) 2. Baca frame file MPEG, baca tipe frame-nya. 3. Baca bit stream dari frame tersebut. 4. Jika frame dari bit stream bukan frame I, maka bit stream langsung ditulis ke file tujuan. 5. Jika bit stream tersebut merupakan bit stream dari frame I, maka bit-bit tersebut di-XOR kan dengan kunci. 6. Tulis hasil enkripsi ke file tujuan. 7. Baca frame selanjutnya, kembali ke langkah nomor 2 sampai End-of-File.
Diagram alir dari algoritma VEA dapat dilihat di Gambar 2.8.
19
File MPEG streaming (.mpg / .mp4)
Buka File MPEG streaming (.mpg / .mp4)
Tipe frame = I?
Ya
Baca bistream MPEG
Tidak
Tidak
Kunci
XOR bit – bit video dengan kunci
Tulis hasil ke file tujuan
Selesai ?
Ya
Simpan
Gambar 2.8 Diagram Alir Algoritma VEA untuk video MPEG
VEA (Video Encryption Algorithm) merupakan sebuah algoritma enkripsi video yang berbasis pada cipher aliran (stream cipher). Kunci rahasia VEA, k, di-generate secara random dalam bentuk bitstream dengan panjang m, yang dapat ditulis sebagai b1b2...bm. Bitstream dari video dapat direpresentasikan dengan:
k =
20 S = ...s1...s2...sm...sm+1...sm+2...s2m.. yang dalam hal ini si (i = 1,2,...) adalah seluruh bit-bit dari video. Fungsi enkripsi VEA, Ek(S) dapat ditulis dengan: Ek(S) = ...(b1 ⊕s1) ... (bm ⊕sm+1) ... (bm ⊕s2m) ... yang dalam hal ini ⊕ adalah operasi XOR.
2.5 Algoritma Message Digest 5 (MD5) MD5 adalah fungsi hash satu-arah yang dibuat oleh Ron Rivest. MD5 merupakan perbaikan dari MD4 setelah MD4 berhasil diserang oleh kriptanalis. Algoritma MD5 menerima masukan berupa pesan dengan ukuran sembarang dan menghasilkan message digest yang panjangnya 128 bit. Gambaran pembuatan message digest dengan algoritma MD5 diperlihatkan pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Pembuatan message digest dengan algoritma MD5
21
Pesan Dan Ukuran pesan
Penambahan Bit Padding
Inisialisasi Buffer MD
Pengolahan pesan dalam blok berukuran tiap 512 bit
Output MD5
Gambar 2.10 Blok Diagram Umum MD5
Langkah-langkah pembuatan message digest secara garis besar adalah sebagai berikut : 1.
Mendapatkan pesan yang akan dilakukan MD5 dan mendapatkan ukuran dari pesan.
2.
Penambahan bit-bit pengganjal (padding bits).
3.
Insialisasi penyangga (buffer) untuk proses MD.
4.
Pengolahan pesan dalam tiap 512 bit dan melakukan proses putaran dan operasi dasar MD5.
5.
Mendapatkan hasil output MD5.
Contoh sederhana masukan – keluaran MD5 : Masukan = ”” Keluaran = d4 1d 8c d9 8f 00 b2 04 c9 80 09 98 ec f8 42 7e Masukan = “a” Keluaran = 0c c1 75 b9 c0 f1 b6 a8 31 c3 99 e2 69 77 26 61 Masukan = “b” Keluaran = 92 eb 5f fe e6 ae 2f ec 3a d7 1c 77 75 31 57 8f Masukan MD5 dalam contoh di atas adalah karakter kosong (“”), a, dan b. Keluaran berupa bilangan hexa dan jumlahnya 128 bit. Misalkan d berarti sama dengan angka 13 desimal tau 1101 biner. Hanya dengan masukan yang berbeda satu karakter, keluaran mengalami perubahan drastis. Sifat seperti ini sengaja dibuat agar bila diketahui keluaran, sangat sulit atau mustahil untuk mengetahui masukannya.
22 2.6 Framework Aforge.net Framework Aforge.net merupakan framework C# yang dirancang bagi para pengembang dan peneliti di bidang komputer vision dan artificial intelligence yang meliputi pengolahan citra, jaringan syaraf tiruan, algoritma genetika, logika fuzzy, juga video processing. Framework Aforge.net terdiri dari library – library yang mempunyai fitur dan kegunaan masing antara lain : AForge.Imaging - library dengan fungsi – fungsi pangolahan citra dan filter. AForge.Vision – library dengan fungsi – fungsi computer vision. AForge.Video – kumpulan library – library untuk video processing. AForge.Neuro - library dengan fungsi – fungsi komputasi jaringan syaraf. AForge.Genetic - library dengan fungsi – fungsi pemrograman genetik atau evolusi. AForge.Fuzzy - library dengan fungsi –fungsi komputsai fuzzy. AForge.Robotics - library yang menyediakan beberapa fungsi bantuan untuk robotika. AForge.MachineLearning - library dengan fungsi –fungsi machine learning.
Pada framework Aforge.net.Video menyediakan 2 library untuk melakukan video processing
yaitu
AForge.Video.DirectShow
dan
AForge.Video.FFMPEG.
Pada
Aforge.net.Video.DirectShow menggunakan library dari DirectShow yang merupakan bagian dari DirectX yang menangani masalah video. Sedangkan AForge.Video.FFMPEG menggunakan library dari ffmpeg untuk melakukan video processing namun dari pihak Aforge menyatakan pengembangan.
masih bahwa penggunaan library ffmpeg ini masih dalam tahap
23 2.7 Real-Time Transport Protocol (RTP) Teknologi yang digunakan dalam media streaming adalah RTP atau Real Time Transport Protocol. RTP menyediakan layanan pengiriman jaringan untuk transmisi data real time. RTP adalah jaringan dan protokol transport-independen, meskipun sering digunakan di atas UDP. RTP dapat digunakan pada layanan jaringan unicast dan multicast. Melalui layanan unicast, salinan data yang dipisahkan dikirimkan dari sumber ke tujuan,dan jika pada layanan multicast, data dikirimkan dari sumber hanya sekali dan jaringanlah yang bertanggung jawab untuk mentransmisikan data ke berbagai lokasi. Maka dari itu layanan multicast lebih efisisen untuk berbagai aplikasi multi media, seperti video conferences.
2.7.1 RTP Header Dalam sebuah paket RTP terdapat 2 bagian. Yaitu RTP Header dan data yang hendak dikirim. Data yang hendak kita kita melalui RTP memiliki
header
sebagai
pengenal bahwa data tersebut adalah data RTP. Gambar 2.11 adalah gambar dari header dari sebuah paket data RTP.
Gambar 2.11 RTP Header
Penjelasan tentang RTP header adalah sebagai berikut : 1. Version (V) adalah versi dari protocol tersebut. RTP memiliki versi 2. Version memiliki besar 2 bit. 2. Padding (P) adalah jika terdapat byte padding pada paket RTP. Padding memiliki besar 1bit.
24 3. Extension (X) merepresentasikan sebuah ekstensi header antara header yang standar dengan playload data. 4. CSRC Count (CC) berisi tentang identifikasi dari CSRC yang mengikuti header yang benar. CSRC Count memiliki besar 4 bit. 5. Marker (M) digunakan pada layer application. jika nilai dari Marker berisi 1, maka data yang dikirim memiliki relevansi yang special dengan aplikasi sebelumnya. Marker memiliki besar 1 bit. 6. Playload Type (PT) menindikasikan format dari playload dan interpretasi dari aplikasi tersebut. Playload Type ditentukan dari profile RTP. Playload Type memilki besar 7 bit. 7. Sequence Number (SN) adalah angka berurutan yang akan bertambah satu untuk setiap data paket yang dikirimkan oleh RTP yang digunakan. Fungsinya adalah untuk mendeteksi paket
loss
dan mengembalikan urutan paket. RTP tidak
mengambil
tindakan apapun ketika terjadi paket loss tapi Sequence Number memungkinkan untuk mendeteksi paket mana yang hilang. Sequence Number memiliki besar 16 bit. 8. Timestamp digunakan untuk memungkinkan penerima dapat memutar kembali sampel yang diterima pada interval yang tepat. 9. Synchronization Source (SSRC) identifier digunakan untuk mensinkronkan data RTP yang diterima dengan data yang telah dikirim dari source. 10. Contributing source (CSRC) identifier digunakan untuk menghitung sumber-sumber untuk aliran yang dihasilkan dari berbagai sumber.
2.7.2 RTP Control (RTPC) RTPC berfungsi untuk menyediakan statistic out-of-band dan sebagai informasi control untuk RTP. RTPC adalah penunjang RTP dalam penyampaian data multimedia. Biasanya RTP akan dikirim pada port UDP genap, sedangkan RTP Control dikirim pada port yang ganjil. Fungsi utama dari RTPC adalah untuk memberikan laporan tentang kualitas layanan (QoS) dalam media distribusi dengan secara berkala mengirimkan informasi statistik kepada peserta dalam sesi multimedia streaming. RTPC membedakan beberapa jenis paket yaitu sender report, receiver report, source description, dan bye. Selain itu terdapat pula laporan lanjutan jika terdapat paket application-specific RTPC.
25 BAB III METODE PENELITIAN
Pada tahap ini dijelaskan mengenai langkah-langkah yang akan dilakukan untuk merancang dan mengimplementasikan perangkat lunak yang akan dibuat. Adapun langkahlangkah yang akan dilakukan adalah sebagai berikut:
3.1
Penentuan Spesifikasi Alat Menentukan perangkat yang digunakan untuk menunjang pembuatan aplikasi :
a) Perangkat Keras: 1) 2 unit PC Intel Core 2 Duo E7500 2.93GHz (2 CPUs), mainboard FOXCONN ETON, DDR3 1024MB, VGA intel GMA X4500 Graphics, harddisk 320GB. 2) 1 Switch Dlink DES-1024R+ ,24 port , 10/100Mbps, full duplex. 3) 2 Kabel UTP RJ45 straight.
b) Perangkat Lunak: 1) OS Windows XP service pack 3,dengan syarat minimum spesifikasi:
Hadware
Minimum
Prosesor
233 MHz
Memori
64 MB
Monitor
Resolusi 600 x 800
Hard Disk Free
1,5GB
Optical drive
CD-ROM
Peralatan Input
Mouse dan Keyboard
Sound
Speaker
Tabel 3.1 Minimum Spesifikasi Sistem Operasi Windows Xp3
26 2) Bahasa pemrograman C# 3) Microsoft Vsual Studio 2008 versi 9.0.21022.8 RTM dan .NET Framework versi 3.5 SP1 dengan minimum spesifikasi :
Hadware
Minimum
Prosesor Memori
1.6 GHz 384 MB
Monitor
Resolusi 1024 x 768
Hard Disk Free Optical drive
2.2 GB DVD-ROM
PeralatanInput
Mouse dan Keyboard
Sistem operasi
XP Service Pack 2
Tabel 3.2 Minimum Spesifikasi Microsoft Visual Studio 2008
4) Aforge.net versi 2.2.3. 5) File Video MPEG dengan format Mpeg-1, Mpeg-2,dan Mpeg-4. 3.2
Perancangan dan Implementasi Sistem Secara garis besar desain yang akan dibuat untuk aplikasi Enkripsi Video Streaming
menggunakan VEA terdiri dari 2 bagian : Program sisi Transmtiter atau Server Program ini bertugas untuk menyediakan file video yang akan akan distreamingkan, mengenkripsi data video tersebut saat distreamingkan, dan membuat sesi streaming agar client bisa membangung koneksi streaming. Program sisi Receiver atau Client Program ini bertugas untuk membangun koneksi streaming dengan server, mendekripsi data yang telah diterima dari server, dan menampilkan data video yang diterima yang telah didekripsi tersebut. Namun, jika tidak dilakukan proses dekripsi data video yang akan ditampilkan masih berupa data yang masih terenkripsi. Enkripsi yang digunakan berbasis stream cipher yakni VEA (Video Encryption Algorithm ). Dimana aliran bit pada macroblock pada frame I baik berupa 0 atau 1 akan di– XOR dengan bit – bit key atau kunci. Namun, key tersebut telah diperkuat yakni dengan
27 cara masukan key dari user akan dimasukan ke fungsi hash MD5 sehingga menjadi bertambah kuat proses enkripsinya. Gambaran umum sistem dengan proses enkripsi dan dekripsi dapat dilihat dalam Gambar 3.1.
.
Gambar 3.1 Rancangan Umum Sistem dengan Proses Enkripsi Tanpa Dekripsi
Sedangkan gambaran umum sistem dengan proses enkripsi tanpa dekripsi dapat dilihat dalam Gambar 3.2.
28
Gambar 3.2 Rancangan Umum Sistem dengan Proses Enkripsi dan Dekripsi
3.2.1 Diagram Alir Umum Sistem Sistem enkripsi video streaming ini terdiri dari beberapa komponen yang dapat digambarkan secara umum dengan model seperti pada Gambar 3.3.
29
Start
Enkripsi data video File Video MPEG Streaming (.mpg / .mp4)
Input Key dari user
Proses MD5 pada Key
Transmitter mengirim / streaming data kepada receiver
Receiver menerima data dari transmitter
Dekripsi data video Transmitter membuat sesi streaming Receiver memainkan data yang diterima Receiver membangun koneksi streaming dengan transmitter End
Gambar 3.3 Diagram Alir Umum Sistem
Keterangan dari diagram alir pada Gambar 3.3 : 1. Mendapatkan file video Mpeg-1/Mpeg-2 dengan ekstensi .mpg dan Mpeg-4 dengan ekstensi .mp4 yang akan distreamingkan. 2. Mendapatkan private key dari user yang akan digunakan untuk proses enkripsi dan dekripsi. 3. Melakukan proses hash pada key dengan algoritma MD5 yang bertujuan untuk memperkuat enkripsi data video. 4. Transmitter/ server membuat sesi streaming supaya client / receiver dapat membangun koneksi sehingga Transmitter/ server dapat mengirim data streaming.
30 5. Receiver /client melakukan proses koneksi streaming dengan transmitter. 6. Setelah terbangun koneksi antara transmitter dengan receiver, maka dilakukan proses pengiriman data. Namun data yang dikirim akan dienkripsi terlebih dahulu. 7. Proses pengiriman atau streaming data dari transmitter kepada receiver. 8. Receiver proses menerima data streaming dari transmitter. 9. Data yang diterima akan didekripsi oleh receiver untuk mendapatkan data awal. 10.
Setelah didapat data video original dari proses dekripsi, maka receiver memainkan
data video MPEG tersebut.
3.2.2
Diagram Alir Enkripsi VEA Diagram alir dari enkripsi VEA ditunjukan pada Gambar 3.4:
Start
Apakah Frame I ? File Video MPEG streaming (.mpg / .mp4)
Ya
Ambil Bit Stream MacroBlock Input Key (kunci)
Tidak
Tidak
XOR bit – bit dengan Key
Proses MD5 dari Key Kirim Paket data
Baca File MPEG Akhir dari File MPEG
Ya End
Gambar 3.4 Diagram Alir Enkripsi VEA
31 Keterangan dari diagram alir pada Gambar 3.4 : 1. Mendapatkan File video Mpeg-1/Mpeg-2 dengan ekstensi .mpg dan Mpeg-4 dengan ekstensi .mp4 yang akan distreamingkan dan dienkripsi. 2. Mendapatkan Key dari masukan user yang akan digunakan untuk proses enkripsi. 3. Melakukan proses MD5 dari Key yang telah didapat yang betujuan untuk memperkuat Key atau kunci. 4. Membaca file video MPEG. 5. Mengecek apakah frame yang sedang dibaca adalah Frame I. Jika benar, maka bit –bit pada macroblock akan di XOR kan dengan bit – bit key dari hasil proses MD5. Kemudian melakukan proses pengiriman paket atau streaming kepada receiver. Jika hasil pengecekan dari Frame I adalah salah maka bit – bit data tersebut langsung dilakukan proses pengiriman data atau streaming. 6. Dilakukan pengecekan lagi yakni apakah sudah sampai akhir dari file atau end of file (EOF). Jika hasil pengecekan tidak maka dilakukan proses pada point 5, jika hasil penyecekan benar maka proses selesai.
3.3
Pengujian dan Analisis Pengujian dilakukan untuk menjamin dan memastikan bahwa sistem yang telah
dirancang memiliki tingkat kesalahan yang kecil. Untuk mengetahui apakah sistem bekerja dengan baik dan sesuai dengan perancangan, maka diperlukan serangkain pengujian. Pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Pengujian Enkrispi Video Streaming . 2. Pengujian hasil output. 3. Analisa kegagalan.
3.4 Kesimpulan dan Saran Kesimpulan diperoleh dari data-data hasil setelah semua analisis dan pengujian aplikasi dilakukan, sehingga diperoleh saran juga guna perbaikan aplikasi pada penelitian selanjutnya
32 3.5 Rencana Kegiatan Kegiatan ini direncanakan dikerjakan dalam waktu lima bulan dengan rincian sebagai berikut
No. 1
Jenis Kegiatan Studi Literatur
2
Perancangan Aplikasi
3
Pembuatan Aplikasi
4
Pengujian Aplikasi
5
Penulisan Laporan
6
Seminar Hasil
1
1 2 3
4
BULAN DAN MINGGU KE: 2 3 1 2 3 4 1 2 3
4 4
1
2
3
4
33 DAFTAR PUSTAKA [1] Stallings, William. 2005. “Cryptography and Network Security, 4th edition”. [2] Munir, Rinaldi, M.T., “Diktat Kuliah IF5054 Kriptografi.”, STEI ITB, 2006. [3] Tessa Ramsky, "Perangkat Lunak Enkripsi Video MPEG-1 dengan Modifikasi Video encryption algorithm (VEA)", Sekolah Teknik Elektro dan Informatika-Institut Teknologi Bandung. [4] Letivina Anggraini, Erina. 2008. “Secure Broadcast Distribution Menggunakan Java Media Framework (Jmf) Plug-Ins Untuk Pendistribusian Video”. [5] http://en.pudn.com/ tentang contoh implementasi pengiriman paket data RTP, diakses tanggal 1 Februari 2012. [6] http://id.wikipedia.org/wiki/MD5, diakses tanggal 1 Februari 2012. [7] http://mpeg.htm/mpeg, diakses tanggal 5 Februari 2012. [8] http://id.wikipedia.org/wiki/Moving-Picture-Expert-Group, diakses tanggal 5 Februari 2012. [9] http://en.wikipedia.org/wiki/AForge.NET, diakses tanggal 10 Februari 2012. [10] http://www.csharp-station.com/Tutorial.aspx, diakses tanggal 10 Februari 2012. [11] http://msdn.microsoft.com/en-us/vstudio/hh388566, diakses tanggal 10 Februari 2012 [12] http://www.aforgenet.com/framework/, diakses tanggal 10 Februari 2012
