1.
Pendahuluan
Komunikasi data antar komputer berkembang untuk memenuhi kebutuhan pengguna. Perkembangan ini mengakibatkan semakin besarnya informasi yang disimpan dalam suatu sistem komputer baik organisasi maupun individu. Setiap informasi yang disimpan harus dilindungi keamanannya dari pihak-pihak yang tidak memiliki hak akses (unauthorized user). Keamaman data menjadi suatu hal yang diprioritaskan dalam penyimpanan informasi. Kebutuhan pengamanan data mendorong terciptanya algoritma-agoritma tertentu untuk mengamankan suatu data [1]. Kriptografi dapat diartikan sebagai suatu ilmu ataupun seni yang mempelajari bagaimana sebuah data dikonversi ke bentuk tertentu yang sulit untuk dimengerti [2]. Kriptografi Data Encryption Standard (DES) menjadi standard algoritma enkripsi kunci simetri, namun saat ini standard ini telah tergantikan oleh algoritma lain karena DES dianggap tidak aman lagi [3]. Karena DES mempunyai potensi kelemahan pada key, maka dibuat varian dari DES. Salah satu contoh varian DES adalah Double DES dan Triple DES. Hal ini karena DES memiliki kunci lemah yang mengakibatkan setiap putaran proses enciphering menghasilkan plaintext semula [4]. Beranjak dari permasalahan di atas, maka dilakukan penelitian yang memodifikasi DES dengan teknik menkombinasi antara Right Row dan Left Row pada proses pembangkitan kunci internal disertai dengan kombinasi fungsi XOR dan Concatenate. Fokus dalam penelitian ini adalah bagaimana memodifikasi kriptografi DES dengan menggunakan teknik kombinasi Right Row dan Left Row pada proses pembangkitan kunci internal. Peranan kunci yang penting dalam proses enciphering menjadi alasan mengapa proses modifikasi DES dengan kombinasi Right Row dan Left Row serta operasi XOR dan Concatenate dilakukan pada proses ini. Pada pengujian modifikasi DES ini tidak dilakukan kriptanalisis sebab memakan resource dan waktu yang cukup banyak, hal ini dikarenakan kunci DES memiliki panjang 56 artinya 256 = 72.057.594.037.927.936 kemungkinan key yang harus dicoba secara paksa dengan super komputer [3]. 2.
Tinjauan Pustaka
Pada bagian ini akan membahas beberapa pustaka yang digunakan sebagai landasan teori untuk memodifikasi Kriptografi DES. Berikut ini sebagai pustaka yang diacu adalah penelitian terdahulu yang telah dilakukan terkait dengan modifikasi kriptografi DES. Penelitian sebelumnya yang berjudul Enhancing the Security of DES Algorithm Using Transposition Cryptography Techniques menggunakan teknik transposition untuk meningkatkan keamanan kriptografi DES. Penelitian ini menggunakan plaintext yang akan dienkripsi dengan algoritma DES yang sudah dimodifikasi dengan tambahan teknik transposition. Teknik transposition yang digunakan dalam penelitian ini adalah Simple Columnar Transposition Technique (SCTTMR). SCTTMR adalah teknik transposition yang menyusun plaintext ke dalam sebuah bujur sangkar atau tabel atau matriks dan membacanya dengan urutan kolom secara acak. Teknik SCTTMR dilakukan di awal proses enkripsi.
2
Sehingga plaintext yang akan dienkripsi menggunakan algoritma DES sudah merupakan hasil dari modifikasi SCTTMR. Penelitian ini menghasilkan peningkatan keamanan pada algoritma DES. Jika intruder ingin menyerang algoritma modifikasi ini, maka diperlukan urutan random kolom yang digunakan pada proses SCTTMR dan memerlukan waktu yang lebih lama [5]. Penelitian lain yang berjudul Modified Key Model of Data Encryption Standard menggunakan 8 bit pertama hasil permutasi kompresi pertama dan 8 bit terakhir pada permutasi ke dua sebagai 16 bit kombinasi untuk tiap 48 bit key pada saat pengangkatan 16 kunci internal. Sehingga ketika dilakukan proses enchipering DES kunci yang digunakan 48 bit pada 16 bit pertama selalu statik atau sama. Tujuan dari penelitian ini adalah memperumit kriptografi DES normal pada saat pengangkatan kunci sehingga lebih sulit untuk dilakukan teknik kriptanalisis DES normal [6]. Kedua penelitian di atas merupakan penelitian yang memodifikasi kriptografi DES dengan menggunakan teknik transposition dan pengangkatan internal key. Berdasarkan penelitian sebelumnya maka penelitian ini akan melakukan modifikasi algoritma DES dengan menkombinasi Right Row Left Rows disertai dengan operasi XOR dan Concatenate. Penerapan teknik ini akan dilakukan pada proses pembangkitan kunci internal DES. Dengan adanya teknik ini yang dilakukan pada pembangkitan kunci diharapkan keamanan DES meningkat. Penelitian ini akan berfokus pada kriptografi DES maka dipaparkan lebih jelas dan detail tentang DES. Data Encryption Standard (DES) termasuk ke dalam sistem kriptografi simetri dan tergolong jenis cipher block. DES beroperasi pada ukuran blok 64 bit. DES mengenkripsikan 64 bit plainteks menjadi 64 bit cipherteks dengan menggunakan 56 bit kunci internal (internal key) atau upakunci (subkey). Kunci internal dibangkitkan dari kunci eksternal (external key) yang panjangnya 64 bit [7]. Proses enkripsi DES dapat dilihat melalui Gambar 1. Saat proses enkripsi berlangsung diperlukan 2 input utama, yaitu : plaintext yang akan dienkripsi dan key. Panjang plaintext harus 64 bits dan key 56 bits.
Gambar 1 Proses Enkripsi DES [2]
3
Blok plaintext dipermutasi dengan matriks permutasi awal (initial permutation atau IP). Hasil permutasi awal kemudian di-enciphering sebanyak 16 kali (16 putaran). Setiap putaran menggunakan kunci internal yang berbeda. Saat proses enciphering, blok plainteks terbagi menjadi dua bagian, kiri (L) dan kanan (R), yang masing-masing panjangnya 32 bit. Kedua bagian ini masuk ke dalam 16 putaran DES. Setiap putaran i, blok R merupakan masukan untuk fungsi transformasi yang disebut f. Pada fungsi f, blok R dikombinasikan dengan kunci internal Ki. Keluaran dari fungsi f dilakukan XOR dengan blok L untuk mendapatkan blok R yang baru. Sedangkan blok L yang baru langsung diambil dari blok R sebelumnya. Proses ini adalah satu putaran DES. Secara matematis, satu putaran DES dinyatakan sebagai : (1) Li Ri 1
Ri Li1 f ( Ri 1 , Ki )
(2) Hasil enciphering kemudian dipermutasi dengan matriks permutasi balikan (invers initial permutation atau IP-1 ) menjadi blok ciphertext. Secara lebih detail algoritma enkripsi DES dapat dilihat pada Gambar 2. Plainteks
IP
L0
R0
f
K1
R1 L0 f ( R0 , K1 )
L1 = R0
f
K2
L2 = R1
R2 L1 f ( R1 , K 2 )
L15 = R14
R15 L14 f ( R14 , K15 )
f
K16
R16 L15 f ( R15 , K16 )
L16 = R15
IP-1
Cipherteks
Gambar 2 Algoritma Enkripsi DES[2]
4
Proses enciphering terjadi sebanyak 16 putaran, maka dibutuhkan kunci internal sebanyak 16 buah, yaitu K1, K2, …, K16. Kunci-kunci internal ini dapat dibangkitkan sebelum proses enkripsi atau bersamaan dengan proses enkripsi. Kunci internal dibangkitkan dari kunci eksternal yang diberikan oleh pengguna. Kunci eksternal panjangnya 64 bit atau 8 karakter. Misalkan kunci eksternal yang tersusun dari 64 bit adalah K. Kunci eksternal ini menjadi masukan untuk permutasi dengan menggunakan matriks permutasi kompresi. Dalam permutasi ini, tiap bit ke delapan (parity bit) dari delapan byte kunci diabaikan. Hasil permutasinya adalah sepanjang 56 bit, sehingga dapat dikatakan panjang kunci DES adalah 56 bit. Selanjutnya, 56 bit ini dibagi menjadi 2 bagian, kiri dan kanan, yang masing-masing panjangnya 28 bit, yang masing-masing disimpan di dalam C0 dan D0. Selanjutnya, kedua bagian digeser ke kiri (left shift) sepanjang satu atau dua bit bergantung pada tiap putaran. Operasi pergeseran bersifat wrapping atau round-shift. Setelah pergeseran bit, (Ci, Di) mengalami permutasi kompresi dengan menggunakan matriks permutasi kompresi. Dengan permutasi ini, kunci internal Ki diturunkan dari (Ci, Di) yang dalam hal ini Ki merupakan penggabungan bit-bit Ci dengan bit-bit Di, , sehingga setiap kunci internal Ki mempunyai panjang 48 bit. Proses pembangkitan kunci-kunci internal ditunjukkan pada Gambar 3. Kunci eksternal Permutasi PC-1
C0
D0
Left Shift
Left Shift
C1
D1
Left Shift
Permutasi PC-2
K1
Permutasi PC-2
Kj
Permutasi PC-2
K16
Left Shift
Cj
Dj
Left Shift
Left Shift
C16
D16
Gambar 3 Proses Pembangkitan Kunci-Kunci Internal DES [7]
Proses dekripsi terhadap ciphertext merupakan kebalikan dari proses enkripsi. DES menggunakan algoritma yang sama untuk proses enkripsi dan dekripsi. Jika pada proses enkripsi urutan kunci internal yang digunakan adalah K1, K2, …, K16, maka pada proses dekripsi urutan kunci yang digunakan adalah K16, K15, …, K1. Untuk tiap putaran 16, 15, …, 1, keluaran pada setiap putaran deciphering adalah (1) Li Ri 1
5
Ri Li 1 f ( Ri 1 , Ki )
(2) yang dalam hal ini, (R16, L16) adalah blok masukan awal untuk deciphering. Blok (R16, L16) diperoleh dengan mempermutasikan ciphertext dengan matriks permutasi IP-1. Pra-keluaran dari deciphering adalah (L0, R0). Dengan permutasi awal IP akan didapatkan kembali blok plaintext semula. Selama deciphering, K16 dihasilkan dari (C16, D16) dengan permutasi PC-2. (C16, D16) tidak dapat diperoleh langsung pada permulaan deciphering. Tetapi karena (C16, D16) = (C0, D0), maka K16 dapat dihasilkan dari (C0, D0) tanpa perlu lagi melakukan pergeseran bit. (C0, D0) yang merupakan bit-bit dari kunci eksternal K yang diberikan pengguna pada waktu dekripsi. Selanjutnya, K15 dihasilkan dari (C15, D15) yang mana (C15, D15) diperoleh dengan menggeser C16 (yang sama dengan C0) dan D16 (yang sama dengan C0) satu bit ke kanan. Sisanya, K14 sampai K1 dihasilkan dari (C14, D14) sampai (C1, D1). Proses kombinasi Right Row Left Row akan beroperasi pada row saat pembagian C0 dan D0 dari external key ke pembangkitan internal key. Proses ini akan bekerja dengan cara membagi kembali antara C0 dan D0 ke dalam 2 bagian bit. Kemudian bit pada C0 bagian row kanan akan digeser ke kanan pada bit D0 bagian kanan, begitu pula dengan sebaliknya. Pada bit D0 bagian kanan akan digeser ke kiri pada bit C0 bagian kanan. Sebagai contoh misal x = 11110101, y = 00001010 jika dilakukan teknik kombinasi Right Row Left Row maka bit x akan dibagi menjadi 2 yaitu x left = 1111, x right = 0101 sedangkan y menjadi y left = 0000, y right = 1010. Lalu dilakuakn kombinasi dengan menggeser bit x right 0101 geser 4 ke kanan (rightrow) dgn y right maka skrg menjadi y left x right = 00000101. Lalu untuk y right digeser 4 bit ke kiri menjadi x left y right = 11111010. Kombinasi Right Row Left Row yang dilakukan pada row secara sederhana dapat digambarkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Teknik Kombinasi Right Row Left Row
Ada empat operasi logika yang sering dilakukan, yaitu AND, OR, XOR dan NOT, dimana pada masing-masing operasi dilakukan untuk pengaturan bit pada data biner. Operasi XOR sering digunakan untuk membalikkan kondisi bit tertentu [8]. Proses XOR dapat digambarkan pada Tabel 1. Tabel 1 Operasi XOR
6
Proses Concatenate adalah suatu proses yang dilakukan untuk menggabungkan 2 string menjadi satu rangkaian string. Sebagai contoh String x dan y jika dikonkatenasi maka akan menjadi xy. Atau contoh yang lain dalam biner x = 110110, y = 101010, apabila dilakukan proses konkatenasi 𝑥 ∙ 𝑦 maka akan menjadi xy = 110110101010 [9]. 3.
Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan melalui tahapan penelitian yang terbagi dalam enam tahapan, yaitu (1) Pengumpulan bahan, (2) Analisis Kebutuhan, (3) Perancangan modifikasi, (4) Modifikasi DES dengan Right Row Left Row, (5) Uji hasil modifikasi, (6) Penulisan laporan. Pengumpulan Bahan
Analisis Kebutuhan
Perancangan Modifikasi
Modifikasi DES dengan Kombinasi RightRow LeftRow
Uji Hasil Modifikasi
Penulisan Laporan
Gambar 5 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian berdasarkan Gambar 5. Tahap pertama: pengumpulan bahan yaitu, melakukan pengumpulan terhadap data-data dari jurnal-jurnal, buku, serta sumber yang terkait dengan modifikasi pada DES. Tahap kedua: analisis kebutuhan yaitu, melakukan analisis mengenai kebutuhan apa saja yang dibutuhkan dalam perancangan modifikasi DES dengan kombinasi Right Row Left Row. Tahap ketiga: perancangan modifikasi yang meliputi pembuatan bagan proses enkripsi dan dekripsi dalam modifikasi DES, serta gambaran-gambaran umum mengenai modifikasi yang akan dilakukan; Tahap keempat: melakukan modifikasi berdasarkan tahap ketiga kemudian melakukan analisis hasil dari modifikasi kritografi DES yang dilakukan. Tahap kelima: melakukan uji hasil modifikasi terhadap keseluruhan perancangan dan modifikasi yang telah dibuat. Tahap keenam: penulisan laporan hasil penelitian, yaitu mendokumentasikan proses penelitian yang sudah dilakukan dari tahap awal hingga akhir ke dalam tulisan, yang akan menjadi laporan hasil penelitian. 7
Metode perancangan aplikasi yang digunakan adalah metode waterfall. Waterfall adalah metode yang melakukan pendekatan secara sistematis dan urut mulai dari level kebutuhan sistem lalu menuju ke tahap analisis, desain, coding, testing/verification dan maintenance. Secara umum tahapan pada model waterfall dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Tahapan Metode Waterfall [9]
Analisa Kebutuhan ini merupakan analisa terhadap kebutuhan sistem. Pengumpulan data dalam tahap ini bisa melakukan sebuah penelitian, studi literatur. Sistem analis akan menggali informasi sebanyak-banyaknya tentang DES dan modifikasi yang telah dilakukan sebelumnya. Kebutuhan yang diperlukan salah satunya adalah software dan bahasa pemrograman C# yang akan digunakan untuk coding. Desain Sistem merupakan tahapan dimana dilakukan penuangan pikiran dan perancangan sistem terhadap solusi dari permasalahan yang ada dengan menggunakan perangkat pemodelan sistem seperti diagram alir data (data flow diagram). Penulisan kode program atau coding merupakan penerjemahan design dalam bahasa yang bisa dikenali oleh komputer. Dilakukan oleh programmer yang akan memodifikasi DES. Tahapan ini lah yang merupakan tahapan secara nyata dalam mengerjakan suatu aplikasi. Setelah pengkodean selesai maka akan dilakukan testing terhadap aplikasi yang telah dibuat tadi. Tujuan testing adalah menemukan kesalahan-kesalahan terhadap aplikasi tersebut dan kemudian bisa diperbaiki. Pengujian Program Tahapan akhir dimana aplikasi yang baru diuji kemampuan dan keefektifannya sehingga didapatkan kekurangan dan kelemahan aplikasi yang kemudian dilakukan pengkajian ulang dan perbaikan terhadap aplikasi menjadi lebih baik dan sempurna. Penerapan Program dan pemeliharaan perangkat lunak yang sudah dibuat pasti akan mengalami perubahan. Perubahan tersebut bisa karena mengalami kesalahan karena perangkat lunak harus menyesuaikan dengan lingkungan
8
(periperal atau sistem operasi baru) baru, atau karena membutuhkan perkembangan fungsional. Proses enkripsi dan dekripsi modifikasi DES dengan Right Row Left Row dapat digambarkan dengan diagram pada Gambar 7.
Gambar 7 Proses Enkripsi Modifikasi DES
Modifikasi DES dengan kombinasi Right Row Left Row dilakukan pada saat pembangkitan kunci internal. Baik proses enkripsi maupun dekripsi DES akan melalui proses pembangkitan kunci internal, dimana kunci internal akan dipermutasi dengan PC-2 [8] untuk menghasilkan 16 kunci yang digunakan setiap putaran enciphering. Peranan kunci yang penting dalam proses enciphering menjadi alasan mengapa proses modifikasi DES dilakukan pada proses ini. Modifikasi DES dengan kombinasi Right Row Left Row ini dilakukan setelah proses permutasi kunci dengan PC-1 [8] dengan menghasilkan panjang kunci 56 bit. Berikut ini adalah tahapan-tahapan modifikasi DES pada pembangkitan kunci internal dari Gambar 7. Kunci Eksternal dengan panjang 8 karakter akan diubah ke biner kemudian dilakukan permutasi dengan PC-1 [8] sehingga panjang kunci menjadi 56 bit. Setelah itu dibagi menjadi 2 bagian, yaitu C0 dan D0. C0 dan D0 memiliki
9
panjang masing-masing 28 bit. Perbedaan dengan proses DES biasa adalah C0 dan D0 akan disimpan langsung sebagai kunci ke 0. Pada modifikasi DES ini C0 dan D0 akan dibagi menjadi 2 bagian lagi, sehingga masing-masing bagian memiliki panjang 14 bit. Bagian C0 diberi nama C0 left dan C0 right, sedangkan D0 diberi nama D0 left dan D0 right. Proses kombinasi Right Row Left Row dilakukan pada bagian ini yaitu menggeser 14 bit C0 Right ke 14 bit bagian kanan D0 yaitu D0 Right. Dan menggeser ke kiri 14 bit D0 right ke bagian kanan C0 yaitu C0 right. Kemudian melakukan XOR antara C0 left dengan D0 right dan C0 right dengan D0 left. Proses ini akan menghasilkan kunci dengan panjang 14 bit. Penambahan bit kunci dilakukan agar panjang kunci kembali menjadi 28 bit, dengan cara konkatenasi bit yang dihasilkan pada proses sebelumnya (14 bit). Hasil dari proses tersebut disimpan kembali sebagai C0 dan D0. Proses DES kemudian berlangsung dengan melakukan left shift dan permutasi kompresi kunci 2 untuk menghasilkan 16 kunci. Berikut akan dijelaskan pemaparan coding untuk melakukan modifikasi DES dengan kombinasi Right Row Left Row pada pembangkitan kunci internal. Berikut adalah penjelasan untuk masing-masing bagian pada modifikasi DES. Pertama adalah coding untuk membagi menjadi 2 bagian lagi yaitu C0 left dan C0 right dengan D0 left dan D0 right. Kode Program dapat dilihat pada Kode Program 1 Kode Program 1 Penggalan Perintah Pembagian Setengah Kunci 1. public string SetHalvesKey(bool IsLeft, string text){ 2. if ((text.Length % 8) != 0){ 3. return null; 4. } 5. int midindex = (text.Length / 2) - 1; 6. string result = ""; 7. if (IsLeft){ 8. result = text.Substring(0, midindex + 1); 9. } 10. else{ 11. result = text.Substring(midindex + 1); 12. } 13. return result;}
Berikut adalah coding untuk proses XOR yang akan dilakukan pada modifikasi DES. Sedangkan utuk operasi konkatenasi terletak di line 10 pada Kode Program 2.
10
Kode Program 2 Penggalan Perintah Operasi XOR Antara C0 left dengan D0 right dan C0 right dengan D0 left 1. public override string EncryptionStart(string text, string key, bool IsHalf1){ 2. string result = ""; 3. int l = key.Length; 4. if (IsHalf1){ 5. for (int j = 0; j < key.Length / 2; j++){ 6. result += Convert.ToString(Convert.ToByte(text[j]) ^ Convert.ToByte(key[(key.Length / 2) + j])) + "";}} 7. else{ 8. for (int j = 0; j < key.Length / 2; j++){ 9. result += Convert.ToString(Convert.ToByte(text[(key.Length / 2) + j]) ^ Convert.ToByte(key[j])) + "";}} 10. result += result; 11. return result;}
Modifikasi DES dengan kombinasi Right Row Left Row yang terjadi pada proses pembangkitan kunci ini memiliki alur yang sama baik proses enkripsi maupun dekripsi. Ketika proses dekripsi berlangsung diperlukan terlebih dahulu 16 kunci internal untuk proses deciphering. 4.
Implementasi dan Pembahasan Penelitian ini melakukan modifikasi kriptografi DES dengan Right Row Left Row. Penerapan modifikasi kriptografi DES terjadi pada pembangkitan kunci internal. Peranan kunci internal penting dalam proses enciphering, karena dengan kunci ini dilakukan 16 kali putaran enciphering yang akan menghasilkan ciphertext. DES beroperasi pada ukuran blok 64 bit. DES mengenkripsikan 64 bit plainteks menjadi 64 bit cipherteks dengan menggunakan 56 bit kunci internal (internal key). Alur kerja proses enkripsi kriptografi DES dijelaskan melalui skema pada Gambar 7 yang dimodifikasi dengan teknik kombinasi Right Row Left Row dapat dijelaskan sebagai berikut. Kunci eksternal dengan panjang 8 karakter diproses dengan mengubah kunci eksternal ke bilangan hexadesimal, kemudian dari hexadesimal menjadi biner dengan panjang kunci 64 bit (8 bit per karakter). Hasil dari 64 bit biner tersebut dilanjutkan dengan permutasi kunci eksternal dengan PC-1 [8]. Hasil dari permutasi ini menjadikan panjang kunci eksternal dari 64 bit menjadi 56 bit. Kunci eksternal 56 bit yang telah mengalami permutasi dibagi menjadi 2 bagian C0 dan D0 dengan panjang masing-masing 28 bit. Jika pada proses DES biasa C0 dan D0 akan disimpan langsung sebagai kunci ke 0. Penambahan proses kombinasi Right Row Left Row dilakukan pada proses pembangkitan kunci internal ini. Proses kombinasi Right Row Left Row dilakukan dengan cara membagi 2 bagian kembali C0 dan D0, sehingga masing-masing bagian memiliki panjang 14 bit. Bagian C0 diberi nama C0 left dan C0 right, sedangkan D0 diberi nama D0 left dan D0 right. Kemudian proses kombinasi Right Row Left Row dilakukan pada bagian ini yaitu menggeser 14 bit C0 Right ke 14 bit
11
bagian kanan D0 yaitu D0 Right. Dan menggeser ke kiri 14 bit D0 Right ke bagian kanan C0 yaitu C0 Right. Setelah proses kombinasi Right Row Left Row dilakukan operasi XOR antara C0 left dengan D0 right dan C0 right dengan D0 left. Proses ini akan menghasilkan kunci dengan panjang 14 bit. Untuk proses pembangkitan kunci internal dan proses enciphering diperlukan kunci dengan panjang 28 bit. Oleh karena itu penambahan bit kunci dilakukan agar panjang kunci kembali menjadi 28 bit, dengan cara konkatenasi bit yang dihasilkan pada proses sebelumnya (14 bit) menjadi 28 bit. Hasil dari proses tersebut disimpan kembali sebagai C0 dan D0. Proses DES kemudian berlangsung dengan melakukan left shift dan permutasi kunci dengan PC-2 untuk menghasilkan 16 kunci dengan panjang masing-masing 48 bit. Kemudian proses dilanjutkan dengan melakukan proses enchipering DES yang dilakukan 16 kali dengan kunci internal yang telah dimodifikasi. File atau teks yang akan dienkripsi diubah menjadi biner dengan kelipatan 64 bit. Jika hasil belum kelipatan 64 bit maka dilakukan padding bit 0 sampai panjang menjadi kelipatan 64 (plainteks). Setiap kelompok 64 bit plainteks melalui proses permutasi dengan matriks ip (64 bit). Dari hasil tersebut akan dibagi menjadi 2 bagian L0 dan R0 dengan masing-masing panjang 32 bit. R0 akan menjadi Ln, sedangkan L0 akan di XOR dengan hasil fungsi transformasi yang disebut f yang nantinya disimpan sebagai Rn. (1) Li Ri 1
Ri Li1 f ( Ri 1 , Ki )
(2) Fungsi f terdiri dari 4 tahapan. Tahap pertama (E) : Rn_1 (R0) 32 bit akan dipermutasi dengan matriks pc_e menghasilkan 48 bit yang disebut fungsi ekspansi. Matriks pc_e dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Matriks pc_e Fungsi Ekspansi [8]
32 8 16 24
1 9 17 25
2 10 18 26
3 11 19 27
4 12 20 28
5 13 21 29
4 12 20 28
5 13 21 29
6 14 22 30
7 15 23 31
8 16 24 32
9 17 25 1
Tahap ke dua (XOR) : hasil dari tahap pertama di XOR kan dengan kunci internal hasil enciphering (Kn) menghasilkan vektor A dengan panjang 48 bit. E( Ri1 ) Ki A (5) Tahap ke tiga (sBox_Transform) : vektor A akan dibagi menjadi 8 bagian, masing-masing 6 bit untuk dilakukan proses substitusi S-box. Proses substitusi dilakukan dengan menggunakan delapan buah kotak-S (S-box), S1 sampai S8. Setiap kotak-S menerima masukan 6 bit dan menghasilkan keluaran 4 bit. Output proses ini menghasilkan vektor B yang memiliki panjang 32 bit. Tahap ke empat (Permutation P): vektor B akan dipermutasi dengan matriks permutasi P. Tujuan permutasi adalah untuk mengacak hasil proses substitusi kotak-S. Permutasi dilakukan dengan menggunakan matriks permutasi P (P-box) menghasilkan panjang 32 bit (P(B)). Permutation Box dapat dilihat pada Tabel 3.
12
Tabel 3 P-Box [8]
16 2
7 8
20 24
21 14
29 32
12 27
28 3
17 9
1 19
15 13
23 30
26 6
5 22
8 11
31 4
10 25
Hasil dari fungsi f akan akan mengalami proses XOR dengan Li – 1 untuk mendapatkan Ri Ri Li 1 P(B) (6) Sehingga output dari setiap putaran ke i sama dengan (Li , Ri ) (Ri 1 , Li 1 P(B)) (7) Proses ini akan dilakukan sebanyak 16 kali dengan menggunakan kunci internal (jaringan Feistel). Permutasi terakhir dilakukan setelah 16 kali putaran terhadap gabungan blok kiri dan blok kanan. Proses permutasi menggunakan matriks permutasi awal balikan (inverse initial permutation atau IP-1 ). Matrik inverse initial permutation dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Matriks IP-1 [8]
40 38 36 34
8 6 4 2
48 46 44 42
16 14 12 10
56 54 52 50
24 22 20 18
64 62 60 58
32 30 28 26
39 37 35 33
7 5 3 1
47 45 43 41
15 13 11 9
55 53 51 49
23 21 19 17
63 61 59 57
31 29 27 25
Alur proses dekripsi merupakan kebalikan dari alur proses enkripsi. Dimana setiap blok cipherteks akan diubah kembali menjadi plainteks. Modifikasi DES dengan menggunakan kombinasi Right Row Left Row juga terletak pada proses pembangkitan kunci internal proses dekripsi. Untuk proses deciphering memiliki alur yang sama seperti proses enchiphering sebab DES bekerja dalam Block Chiper. Yang membedakan adalah ketika di awal 64 bit plainteks dipermutasikan terlebih dahulu dengan IP-1 [8]. Kemudian untuk kunci internal mengalami pembalikan pada fungsi f dengan urutan (K16….K1). Sebagai contoh terdapat file teks yang berisi tulisan “KRIPTOGRAFI RAHASIA DATA”. File tersebut akan menjadi masukkan proses enkripsi maupun dekripsi. Kunci eksternal yang diinputkan adalah “A4B234FF”. Berikut ini adalah penjabaran dari tiap tahapan dalam proses enkripsi. Kunci eksternal = A4B234FF Kunci eksternal 8 karakter= A4B234FF Kunci eskternal biner (64 bit) = 0100000100110100010000100011001000110011001101000100011001000110 Permutasi kunci eksternal dengan PC-1. Kunci eksternal menjadi (56 bit)= 00000000110001010011101000111101110011100010000000001010 Bagi kunci eksternal 56 bit menjadi 2 bagian C0 dan D0 dengan panjang masingmasing 28 bit. C0 = 0000000011000101001110100011 dan D0 = 1101110011100010000000001010.
13
Lakukan kombinasi Right Row Left Row dengan membagi 2 bagian kembali C0 dan D0, sehingga masing-masing bagian memiliki panjang 14 bit. Bagian C0 diberi nama C0 left = 00000000110001 dan C0 right = 01001110100011, sedangkan D0 diberi nama D0 left = 11011100111000 dan D0 right = 10000000001010. Right Row dilakukan dengan menggeser 14 bit C0 right ke bagian kanan 14 bit D0 yaitu D0 right. Sehingga bit C0 right bertukar dengan bit D0 right dan dikombinasikan menjadi 0100111010001111011100111000. Left Row dilakukan dengan menggeser ke kiri 14 bit D0 right ke bagian kanan C0 yaitu C0Right dan dikombinasikan menjadi C0 left D0 right 00000000110001 10000000001010 Kemudian melakukan operasi XOR antara C0 left dengan D0 right dan C0 right dengan D0 left. C0 = C0 left D0 right = 00000000110001 ^ 10000000001010 = 10000000111011 D0 = C0 right D0 left = 01001110100011 ^ 11011100111000 = 10010010011011 Konkatenasi bit yang dihasilkan pada proses sebelumnya (14 bit). C0 = 1000000011101110000000111011 D0 = 1001001001101110010010011011 1. Hasil kunci yang sudah dimodifikasi melalui proses kombinasi Right Row Left Row tersebut disimpan kembali sebagai C0 dan D0. Proses DES kemudian berlangsung dengan melakukan left shift dan permutasi kunci dengan PC-2 untuk menghasilkan 16 kunci (Kn) dengan panjang masing-masing 48 bit. C0 = 1000000011101110000000111011 C1 = 0000000111011100000001110111 C2 = 0000001110111000000011101110 C3 = 0000111011100000001110111000 … C16 D0 = 1001001001101110010010011011 D1 = 0010010011011100100100110111 D2 = 0100100110111001001001101110 D3 = 0010011011100100100110111001 … D16 K1 = 100100010001101011001010111101011101000110010000 K2 = 001000000010101011011010100111111010101001001100 K3 = 001101000111110000010100011100001101011111010000 K4 = 010001100010110101010000000110011010010000101111 …K16 2. Binarytext = 010010110101001001001001010100000101010001001111010001110101001 001000001010001100100100100100000010100100100000101001000010000 010101001101001001010000010010000001000100010000010101010001000 001 14
3. Setiap kelompok 64 bit plainteks melalui proses berikut : a. plainteks (64 bit)= 111111111001101001110000011001010000000000000000001001011110 0011. b. L0 = 11111111100110100111000001100101 R0 = 00000000000000000010010111100011 c. Ln = 00000000000000000010010111100011 Fungsi f terdiri dari 4 tahapan. Tahap pertama (E) – hasil 48 bit: E(Ri – 1) = 100000000000000000000000000100001011111100000110 Tahap ke dua (XOR) – hasil 48 bit : A = E(Ri – 1) Ki = 100000000000000000000000000100001011111100000110 ^ 100100010001101011001010111101011101000110010000 = 000100010001101011001010111001010110111010010110 Tahap ke tiga (sBox_Transform) – hasil 32 bit : B = 11011100100101101010010001011110 Tahap ke empat (Permutation P) – hasil 32 bit : P(B) = 00010000000010100111000001110000 Hasil dari fungsi f akan di XOR kan dengan Li – 1 untuk mendapatkan Ri Ri = Li – 1 P(B) Ri = 11111111100110100111000001100101 ^ 00001111110110101001000110111010 Ri = 11101111100100000000000000010101 d. Dari hasil di atas maka didapatkan : L1 = 00000000000000000010010111100011 R1 = 11101111100100000000000000010101 Lakukan langkah di atas sampai 15 kali (L1..16, R1…16) berikutnya untuk mendapatkan hasil akhir 64 bit pertama pada (L16,R16). Demikian pula untuk proses dekripsi sama dengan proses manual untuk enkripsi hanya saja kunci yang digunakan pada tahap c. sesuai dengan urutan (K16…K1) Selanjutnya, menunjukkan modifikasi DES dengan teknik kombinasi Right Row Left Row sebagai sebuah teknik kriptografi berdasarkan stinson, dengan memenuhi syarat five-tuple [11] yaitu, syarat pertama: P adalah himpunan berhingga dari plainteks. Rancangan kriptografi ini menggunakan plainteks berupa 64 bit pada setiap pembagian bit cipher block DES. Ini menunjukkan jumlah bit yang semuanya terbatas dalam sebuah himpunan yang berhingga, maka himpunan plainteks pada modifikasi DES adalah himpunan berhingga; Syarat kedua: C adalah himpunan berhingga dari cipherteks. Cipherteks dihasilkan dalam elemen 64 bit, dimana karakter cipherteks, maka himpunan cipherteks yang dihasilkan pada modifikasi DES dengan kombinasi Right Row Left Row merupakan elemen terbatas karena hanya menghasilkan elemen bit; Syarat ketiga: K merupakan ruang kunci (keyspace) yang merupakan himpunan berhingga dari kunci. Penggunaan kombinasi Right Row Left Row pada awal pembangkitan
15
kunci internal DES yang digunakan dalam proses modifikasi yaitu melakukan penggeseran bit antara C0 right dengan D0 right. Proses ini akan menghasilkan kunci dengan panjang 14 bit. Syarat keempat: Untuk setiap 𝑘 ∈ 𝑲, terdapat aturan enkripsi 𝑒𝑘 ∈ 𝑬 dan berkorespodensi dengan aturan dekripsi 𝑑𝑘 ∈ 𝑫. Setiap 𝑒𝑘 : 𝑷 ⟶ 𝑪 dan 𝑑𝑘 : 𝐶 ⟶ 𝑃 adalah fungsi sedemikian hingga 𝑑𝑘 (𝑒𝑘 (𝑥)) = 𝑥 untuk setiap plainteks 𝑥 ∈ 𝑷. Syarat keempat secara menyeluruh terdapat kunci yang dapat melakukan proses enkripsi sehingga merubah plainteks menjadi cipherteks dan dapat melakukan proses dekripsi yang merubah cipherteks ke plainteks. Sebelumnya telah dibuktikan dengan kelipatan 64 bit pertama dapat melakukan proses enkripsi dan dekripsi. Perancangan modifikasi modifikasi DES dengan teknik kombinasi Right Row Left Row telah memenuhi five-tuple, maka terbukti menjadi sebuah sistem kriptografi. Aplikasi yang dibangun pada penelitian ini menerapkan modifikasi kriptografi DES dengan menggunakan kombinasi Right Row Left Row. Aplikasi ini menyediakan fungsi enkripsi dan dekripsi. Proses kriptografi aplikasi dapat dilakukan pada file. Gambar 8 merupakan tampilan dari menu enkripsi.
Gambar 8 Tampilan Menu Enkripsi
Fungsi enkripsi mengharuskan pengguna untuk memilih file yang akan dienkripsi. Setelah memilih file yang akan dienkripsi maka pengguna harus memasukkan kunci yang akan digunakan untuk proses enkripsi. Kunci ekternal ini akan digunakan untuk membangkitan kunci internal dalam proses enciphering modifikasi DES. Setelah proses enkripsi berhasil dilakukan maka akan muncul notifikasi proses selesai. Lama proses enkripsi dapat dilihat pada tombol “Waktu Proses Enkripsi”. Perhitungan lama proses enkripsi dihitung berdasarkan selisih waktu ketika proses mulai dilakukan sampai selesai. Gambar 9 merupakan tampilan dari menu dekripsi. Seluruh element interface menu dekripsi sama dengan menu enkripsi berserta fungsinya.
Gambar 9 Tampilan Menu Dekripsi
Hasil pengujian sistem dilakukan dengan membandingkan lamanya proses enkripsi maupun dekripsi antara kriptografi DES dengan kriptografi modifikasi DES. Perbandingan dilakukan dengan melakukan proses enkripsi dan dekripsi 16
terhadap file teks maupun gambar. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan kinerja modifikasi DES. Didapatkan hasil bahwa waktu proses enkripsi dan dekripsi untuk kriptografi DES dan kriptografi DES yang dimodifikasi tidak jauh berbeda atau dapat dikatakan sama. Perbandingan waktu antar proses enkripsi dan dekripsi juga memiliki selisih waktu yang tidak banyak, baik dalam bentuk file teks maupun file gambar. Hasil dari pengujian perbandingan kriptografi tersebut yang dilakukan pada file teks dapat dilihat pada Gambar 10. 40 35 30 25 20 15 10 5 0
1 kb
94 kb
213 kb
411 kb
768 kb 1028 kb
Enkripsi DES (s)
0.04
2.95
6.67
12.9
23.95
32.37
Enkripsi Modifikasi DES (s)
0.06
3.03
7.14
13.14
24.97
33.97
Dekripsi DES (s)
0.03
2.96
6.75
12.92
24.18
32.06
Dekripsi Modifikasi DES (s)
0.04
2.99
6.81
13.15
24.39
31.92
Gambar 10 Grafik Perbandingan Waktu Proses Enkripsi-Dekripsi File Teks antara Modifikasi DES dengan DES.
Hasil dari pengujian perbandingan waktu kriptografi yang dimodifikasi untuk file gambar dapat dilihat pada Gambar 11. 35 30 25 20 15 10 5 0
13 Kb
97 Kb
226 Kb
506 Kb
777 Kb 1039 Kb
Enkripsi DES (s)
0.39
3.06
7.14
15.92
24.51
32.72
Dekripsi DES (s)
0.4
3.04
6.98
15.79
24.2
32.54
Enkripsi Modifikasi DES (s)
0.39
2.93
6.95
15.73
24.5
31.75
Dekripsi Modifikasi DES (s)
0.4
3
7
14.5
22.7
30.51
Gambar 11 Grafik Perbandingan Waktu Proses Enkripsi-Dekripsi File Gambar antara Modifikasi DES dengan DES.
Selain hal tersebut dilakukan pula perbandingan penggunaan memori yang diperlukan untuk menjalankan setiap proses kriptografi DES dan modifikasi DES. Perbandingan dilakukan dengan melakukan proses enkripsi dan dekripsi terhadap file teks maupun gambar. Hasil pengujian memori pada file teks dapat dilihat pada Gambar 12.
17
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Enkripsi DES (Mb)
1 kb
94 kb
213 kb
411 kb
768 kb
1028 kb
10.5
15
24.2
47
58
78.5
Enkripsi Modifikasi DES (Mb)
11
17
25
48
60
79.5
Dekripsi DES (Mb)
11
16
24
38
52
77
Dekripsi Modifikasi DES (Mb)
11
17.5
25.2
38.5
52.6
77.8
Gambar 12 Grafik Perbandingan Penggunaan Memory Proses Enrkipsi-Dekripsi File Teks antara Modifikasi DES dengan DES.
Sedangkan untuk hasil dari pengujian perbandingan memori kriptografi yang dimodifikasi untuk file gambar dapat dilihat pada Gambar 13. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
13 kb
97 kb
226 kb
506 kb
777 kb 1039 kb
Enkripsi DES (Mb)
11
16
24
46
60
79
Enkripsi Modifikasi DES (Mb)
11
18
29.5
48
61
81
Dekripsi DES (Mb)
12
17.5
24.4
36
49.6
77
Dekripsi Modifikasi DES (Mb)
12
18
25.2
36.3
50
78
Gambar 13 Grafik Perbandingan Penggunaan Memory Proses Enrkipsi-Dekripsi File Gambar antara Modifikasi DES dengan DES.
Berdasarkan penelitian dengan keterbatasan spesifikasi yang digunakan (stress point). Maka data tabel pada Gambar 10 dan Gambar 11 akan dimodelkan pada grafik dengan bentuk fungsi yang dicocokkan dengan data tersebut (fitting). Pemodelan ini dipergunakan untuk mengukur data yang lebih dari hasil pengujian dan penelitian. Tabel pada Gambar 10 untuk waktu Proses Enkripsi modifikasi DES pada file teks menunjukkan fitting terbaik pada fungsi polynomial derajat 2 yaitu 𝑦 = 𝑓(𝑥) dengan 𝑓(𝑥) = 1,0898x2 – 0,7325x – 0,247 dengan koefisien determinasinya (R2) = 0,9949. Sedangkan untuk tabel pada Gambar 11 pengukuran waktu file gambar menunjukkan fitting terbaik pada fungsi polynomial derajat 2 yaitu 𝑦 = 0,7598x2 + 1,261x – 2,229. Dengan koefisien determinasinya (R2) = 0,9922. Grafik fitting dapat dilihat pada Gambar 14 dan Gambar 15.
18
40
40 y = 1.0898x2 - 0.7325x - 0.247 R² = 0.9949
30
30
20
20
10
10
y = 0.7598x2 + 1.261x - 2.229 R² = 0.9922
0
0 1 kb
94 kb 213 kb 411 kb 768 kb 1028 kb
-10
13 Kb 97 Kb 226 Kb 506 Kb 777 Kb 1039 Kb Enkripsi Modifikasi DES (s)
Enkripsi Modifikasi DES Dekripsi Modifikasi DES (s)
Dekripsi Modifikasi DES (s)
Poly. (Enkripsi Modifikasi DES)
Gambar 14 Grafik fitting Pengukuran Waktu Proses Modifikasi DES file teks
Gambar 15 Grafik fitting Pengukuran Waktu Proses Modifikasi DES file gambar
Kemudian untuk pengukuran Memory pada tabel Gambar 12 modifikasi DES menunjukkan fitting terbaik pada fungsi polynomial derajat 2 yaitu 𝑦 = 𝑓(𝑥) dengan 𝑓(𝑥) = 1,4911x2 + 3,6911x + 4,55 dengan koefisien determinasinya (R2) = 0,9881. Sedangkan untuk tabel pada Gambar 13 pengukuran waktu menunjukkan fitting terbaik pada fungsi polynomial derajat 2 yaitu 𝑦 = 1,2679x2 + 5,3393x + 3,5. Dengan koefisien determinasinya (R2) = 0,9963. Grafik fitting dapat dilihat pada Gambar 16 dan Gambar 17. 100
100
y = 1.4911x2 + 3.6911x + 4.55 R² = 0.9881 50
50
0
0 1 kb
94 kb 213 kb 411 kb 768 kb 1028 kb
Enkripsi Modifikasi DES (Mb) Dekripsi Modifikasi DES (Mb)
13 kb 97 kb 226 kb 506 kb 777 kb 1039 kb Enkripsi Modifikasi DES (Mb) Dekripsi Modifikasi DES (Mb)
Gambar 16 Grafik fitting Pengukuran Memory Proses Modifikasi DES file teks
5.
y = 1.2679x2 + 5.3393x + 3.5 R² = 0.9963
Gambar 17 Grafik fitting Pengukuran Memory Proses Modifikasi DES file gambar
Simpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka terdapat beberapa kesimpulan sebagai berikut: Modifikasi DES dilakukan pada pembangkitan kunci internal yang akan digunakan dalam proses enciphering. Peranan kunci yang penting dalam proses enciphering menjadi alasan mengapa proses modifikasi DES dengan teknik kombinasi Right Row Left Row dilakukan pada proses ini. Modifikasi kriptografi DES dilakukan dengan cara membagi 2 bagian kunci internal dan melakukan kombinasi Right Row Left Row pada C0 Right dan D0
19
Right. Kemudian melakukan XOR untuk setiap bagiannya. Hasil dari proses ini akan menghasilkan bit baru untuk dilakukan konkatenasi dengan bit sebelumnya yang akan digunakan untuk proses enciphering. Perbandingan waktu eksekusi enkripsi dan dekripsi untuk kriptografi DES dan Modifikasi DES tidak jauh berbeda atau dapat dikatakan sama. Begitu juga penggunaan memori dalam proses enkripsi dan dekripsi kriptografi DES dan modifikasi DES hampir sama. Analisa pengukuran data untuk waktu enkripsi modifikasi DES pada file teks 𝑓(𝑥) = 1,0898x2 – 0,7325x – 0,247. Sedangkan untuk file gambar 𝑓(𝑥) = 0,7598x2 + 1,261x – 2,229. Dan pada pengukuran data untuk memory pada enkripsi modifikasi DES pada file teks 𝑓(𝑥) = 1,4911x2 + 3,6911x + 4,55. Sedangkan untuk file gambar 𝑓(𝑥) = 1,2679x2 + 5,3393x + 3,5. 6. [1] [2] [3]
[4]
[5]
[6]
[7] [8] [9] [10] [11]
Daftar Pustaka Stallings, William. 2011. Cryptography and Network Security: Principles and Practice, Fifth edition. Prentice Hall : United States. Bruce Schneier. 1996. Applied Cryptograp by: Protocols, Algorithms, and Source Code in C. USA : John Wiley & Sons, Inc. Electronic Frontier Foundation. Cracking DES: Secrets of Encryption Research, Wiretap Politics & Chip Design. O’Reilly & Associates Inc., July 1998. Wagner, Neal.R. 2003. The Laws of Cryptography with Java Code. University of Texas : San Antonio. http://www.cs.utsa.edu/~wagner/lawsbookcolor/laws.pdf (diakses tanggal 28 Mei 2014). Sombir, Sunil K.Maakar, Dr.Sudesh Kumar. 2013. Enhancing the Security of DES Algorithm Using Transposition Cryptography Techniques. ISSN:2277128X. International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering: India. http://www.ijarcsse.com/docs/papers/Volume_3/6_June2013/V3I60267.pdf (diakses tanggal 31 Mei 2014). Mohammed, Salih. 2010. Modified Key Model of Data Encryption Standard. IEEE Member, Electrical Department. College of Engineering, University of Anbar : Iraq. http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aID=14266.pdf (diakses tanggal 31 Mei 2014). Munir, Rinaldi. 2006. Kriptografi. Bandung: Penerbit Informatika. Forouzan, Behrouz A. 2008. Cryptography and Network Security. New York : McGraw-Hill. Nugroho, Adi Sulistyo. 2013. Teori Bahasa & Otomata. Yogyakarta : Penerbit Graha Ilmu. Pressman, Roger S. 2001. Software Engineering A Practitioner Aproach. New York : McGraw-Hill. Stinson, D.R. 1995. Cryptography Theory and Practice. Florida: CRC Press, Inc.
20
