PENDEKATAN BARU UNTUK VERIFIKASI INTEGRITAS PETA DIGITAL BERBASIS FITUR MENGGUNAKAN FRAGILE WATERMARK
YUDHY HARYANTO WIJAYA
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendekatan Baru untuk Verifikasi Integritas Peta Digital Berbasis Fitur Menggunakan Fragile Watermark adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, April 2014
Yudhy Haryanto Wijaya NIM G64104026
ABSTRAK YUDHY HARYANTO WIJAYA. Pendekatan Baru untuk Verifikasi Integritas Peta Digital Berbasis Fitur Menggunakan Fragile Watermark. Dibimbing oleh SHELVIE NIDYA NEYMAN. Penerapan watermark dapat mengubah koordinat fitur dalam peta vektor. Teknik fragile watermarking diterapkan untuk menjaga keaslian peta dan mengetahui fitur yang mengalami perubahan. Teknik fragile watermarking yang dikembangkan memberikan watermark ke setiap fitur peta. Pengujian kualitas dilakukan dengan menghitung distorsi (RMSE) tiap titik koordinat akibat penyisipan watermark, tiap titik koordinat diproyeksikan untuk mengetahui pergeseran di dunia nyata. Pengujian integritas peta terhadap serangan dilakukan dengan perbandingan nilai watermark tersimpan dan yang dibangkitkan kembali. Serangan dilakukan dengan memanipulasi peta dengan menggeser, menambah dan menghapus koordinat peta. Teknik ini menghasilkan distorsi pada skala 10-4 dan 10-7 meter pada pergeseran di dunia nyata sehingga sangat sulit untuk dideteksi secara visual hingga skala peta 1:1. Teknik ini memberikan koordinat tambahan untuk penyisipan watermark sehingga ukuran berkas menjadi bertambah. Kata kunci: distorsi, fragile watermarking, integritas, watermark
ABSTRACT YUDHY HARYANTO WIJAYA. New Approach To Verify Integrity of Digital Map Based Features Using Fragile Watermarking. Supervised by SHELVIE NIDYA NEYMAN. Watermarking can change the coordinates of features in map vector. Fragile watermarking technique is implemented to maintain the authenticity of the map and determine which features have been changed. Fragile watermarking technique was developed to giving watermark to each map feature. Quality testing was conducted by calculating the coordinates of each point of distortion due to watermark embedding, and the coordinates of each point are projected to calculate the shift in the real world. Testing the integrity of a map of the attack is done by comparing the value of the stored watermark and regenerated watermark. The attacks is done by manipulating the map by moving, adding and deleting map coordinates. This technique produces distortion on a scale of 10-4 and 10-7 meters distortion in the real world, so it is very difficult to detect visually to scale 1:1 map. This technique gives an additional coordinate for embedding watermark so consequently is berkas size be increased. Keywords: distortion, fragile watermarking, integrity, watermark
PENDEKATAN BARU UNTUK VERIFIKASI INTEGRITAS PETA DIGITAL BERBASIS FITUR MENGGUNAKAN FRAGILE WATERMARK
YUDHY HARYANTO WIJAYA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Pendekatan Baru untuk Verifikasi Integritas Peta Digital Berbasis Fitur Menggunakan Fragile Watermark Nama : Yudhy Haryanto Wijaya NIM : G64104026
Disetujui oleh
Shelvie Nidya Neyman, SKom MSi Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi MKom Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan September 2012 ini ialah keamanan peta digital, dengan judul Pendekatan Baru untuk Verifikasi Integritas Peta Digital Berbasis Fitur Menggunakan Fragile Watermark. Tak lupa penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Ibu saya Husnawa binti Busri dan ayah saya Xaveer Uslan Bin Mohctar atas dukungan dan doa. 2. Ibu Shelvie Nidya Neyman, Skom MSi selaku pembimbing yang memberikan saran, arahan selama penelitian berlangsung. 3. Endang Purnama Giri, SKom MKom dan Karlisa Priandana, ST MEng selaku dosen penguji. 4. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada teman-teman mahasiswa jurusan Ilmu Komputer Alih Jenis angkatan 5 serta temanteman yang turut memberikan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian. Penulis menyadari tulisan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, April 2014 Yudhy Haryanto Wijaya
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
3
Peta Vektor
4
Ekstraksi Fitur
5
Ekstraksi Koordinat
5
Pembuatan Watermark
5
Penyisipan Koordinat Baru
5
Penyisipan Watermark
8
Pengujian Kualitas Peta
8
Ekstraksi Watermark
9
Penghapusan Koordinat
9
Verifikasi Integritas Peta
9
Lingkungan Pengembangan Sistem HASIL DAN PEMBAHASAN
10 10
Hasil Pengujian
10
Pengujian Implementasi
11
Analisis Kualitas Hasil
12
Pengujian Integritas Peta
13
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
23
DAFTAR TABEL 1
Data pengujian
10
2
RMSE peta setelah penyisipan watermark
12
3
Perubahan ukuran berkas
13
4
Pergeseran objek
13
5
Penambahan objek
13
6
Penghapusan objek
14
DAFTAR GAMBAR 1
Skema proses penyisipan watermark
3
2
Skema proses verifikasi integeritas watermark
4
3
Pembangkitan watermark
5
4
Fitur dengan 2 titik koordinat asli dan penambahan koordinat baru
7
5
Fitur dengan 4 titik koordinat dan penambahan koordinat baru
7
6
Penghapusan koordinat tambahan
9
7
Atribut peta BGR_ROAD
11
8
Koordinat asli
11
9
Koordinat setelah penyisipan watermark
11
10 Hasil uji integritas satu fitur
12
11 Hasil verifikasi fitur
14
DAFTAR LAMPIRAN 1
Posisi koordinat tambahan
17
2
Proyeksi koordinat lintang bujur (Geografis) ke grid (UTM)
20
3
Proyeksi koordinat grid (UTM) ke lintang bujur (Geografis)
22
PENDAHULUAN Latar Belakang Peta digital merupakan peta yang digambar dan diolah dengan bantuan komputer. Menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 8 Tahun 2013 tentang Ketelitian Peta Rencana Tata Ruang, peta adalah gambaran dari unsur alam dan atau unsur buatan manusia yang berada di atas maupun di bawah permukaan bumi yang digambar pada bidang datar dengan suatu skala. Peta digital memiliki akurasi tinggi dan penskalaan yang lebih baik daripada peta yang tercetak. Peta digital tidak hanya lebih mudah disimpan dan dipublikasikan tapi juga lebih mudah dimodifikasi (Zheng dan You 2009). Untuk itu, diperlukan cara untuk memeriksa integritas dari peta apakah sudah dimodifikasi dan bagian mana yang dimodifikasi. Digital Watermarking merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk melindungi data digital sekaligus memeriksa keaslian data digital tersebut. Neyman et al. (2013) menyebut ada 4 karakteristik utama digital watermark yang harus dimiliki, yaitu: fidelity (tidak banyak menurunkan kualitas data), invisibility (secara persepsi tidak terlihat), robustness (kuat terhadap serangan namun karakteristik ini tidak digunakan pada integritas data), blind (proses ekstraksi tidak membutuhkan media digital maupun watermark asli). Zheng dan You (2009) membagi digital watermarking dalam 2 tipe yaitu robust digital watermark dan fragile digital watermarking. Robust digital watermark adalah watermark yang sulit untuk dihapus, tahan terhadap berbagai serangan, digunakan sebagai sebagai perlindungan hak cipta. Fragile digital watermarking adalah watermark yang tidak tahan terhadap serangan. Sedikit serangan pada data akan mengakibatkan perbedaan antara watermark yang tersimpan dan watermark yang asli dapat digunakan untuk mengidentifikasi apakah data telah mengalami perubahan sehingga fragile digital watermark dapat digunakan untuk verifikasi integritas data digital. Fragile digital watermark tidak membutuhkan penambahan informasi autentikasi pada akhir data digital karena nilai watermark dapat disisipkan secara merata pada seluruh bagian data digital sehingga meningkatkan keamanan data (Zheng dan You 2009). Serangan pada data digital dapat diketahui dengan mudah menggunakan kriptografi fungsi hash, namun teknik ini tidak memiliki kemampuan untuk menujukkan di mana perubahan yang terjadi pada data digital. Fragile watermark dapat digunakan untuk mengetahui bagian data yang mengalami perubahan dan sejauh mana perubahan terjadi. Teknik ini bahkan mampu memulihkan data yang telah mengalami perubahan (Zheng dan You 2009). Peta digital dibagi menjadi peta raster dan peta vektor. Peta raster sama dengan gambar digital pada umumnya sehingga proses watermarking dapat merujuk pada algoritme watermarking gambar digital. Peta vektor lebih menunjukkan akurasi dibandingkan kualitas gambar. Peta vektor memiliki data atribut dan data spasial koordinat. Data atribut tidak diperbolehkan mengalami perubahan, sedangkan data spasial koordinat memiliki opsi khusus yang disebut
2 dengan toleransi kesalahan. Untuk itu, diperlukan teknik khusus untuk menanamkan watermark ke dalam peta vektor (Zheng dan You 2009). Perumusan Masalah Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian yang dilakukan Zheng dan You (2009). Penelitian tersebut adalah dengan membagi peta ke dalam blok dan menyisipkan watermak dalam blok-blok. Pembagian blok didasarkan atas jumlah titik yang ada dalam peta, jika titik dalam blok tidak mencukupi blok tersebut tidak dapat disisipkan watermark sehingga pembagian tidak dapat dilanjutkan. Verifikasi watermark dilakukan untuk mengetahui integritas peta dan indetifikasi lokasi yang mengalami perubahan dengan membandingkan nilai hash watermark. Identifikasi bagian yang mengalami perubahan akan lebih sulit karena hanya menampilkan blok titik yang bermasalah. Penelitian ini memodifikasi penelitian yang dilakukan Zheng dan You (2009) dengan melakukan penyisipan watermark bukan pada blok-blok koordinat titik tetapi pada fitur peta, sehingga pemberian watermark dapat dilakukan pada semua titik yang ada di dalam peta. Hal tersebut dilakukan agar proses verifikasi integritas data dapat dilakukan pada setiap fitur di peta dan mempermudah indentifkasi lokasi bila terjadi perubahan data. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah menerapkan teknik fragile watermarking berbasis fitur yang dapat menjaga integritas data setiap fitur pada peta. Teknik yang dikembangkan diuji dengan kriteria teknik watermarking yang baik, yaitu fidelity, robustness, dan recovery (Munir 2004) serta blind. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini ialah memberikan alternatif pilihan teknik untuk menjaga integritas peta setiap fitur dan dapat mengembalikan peta ke bentuk aslinya. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini adalah: 1
Peta yang digunakan adalah peta digital berformat shapefile standar ESRI. 2 Data yang digunakan adalah data koordinat vektor yang diperoleh dari fitur yang menyusun peta, dengan tipe geometri PolyLine dan Polygon, dan tidak bisa diterapkan pada tipe titik. 3 Integritas data dihasilkan dari perhitungan fungsi hash MD5 dari koordinat titik setiap fitur. 4 Proses implementasi dilakukan dengan bahasa pemrograman C#.
3
METODE Penelitian ini menggunakan teknik fragile watermark untuk penyisipan watermark dan penanda integritas dalam peta digital serta fungsi hash MD5 sebagai penghasil watermark yang integritas peta. Skema proses penyisipan watermark dapat dilihat pada Gambar 1 dan proses verifikasi integritas watermark pada Gambar 2. Peta Vektor (P)
Mulai
Ekstraksi Fitur (F1,F2....Fn) loop = total fitur
Ekstraksi Koordinat K(Fn) Penyisipan Koordinat Tambahan (K1,K’1,K’2...K’n,Kn)
Ekstraksi bit B(K’)
Pembuatan Watermark H(F) = (K1,K2...Kn)
Penyisipan Watermark (Bw)
konversi bit watermark B(H)
Pengembalian koordinat fitur F(Bw)
Tidak loop + 1
Loop = Fn
Ya Peta Vektor (P’)
Selesai
Gambar 1 Skema proses penyisipan watermark
4 Peta Vektor (P)
Mulai
Ekstraksi Fitur (F1,F2....Fn) loop = total fitur
Ekstraksi Watermark (Bk’)
Hapus koordinat tambahan
Ekstraksi koordinat (K’F1, K’F2.. K’Fn)
Pembuatan Watermark H’(F) = (K1,K2...Kn)
Konversi bit H(B)
Verifikasi Watermark
𝐻 = 𝐻′?
𝐻 = 𝐻′
𝐻 ≠ 𝐻′
Simpan FID Tidak loop + 1
Loop = Fn
Ya Hasil Verifikasi Fitur
Selesai
Gambar 2 Skema proses verifikasi integeritas watermark Peta Vektor Peta vektor merupakan peta yang menyimpan informasi geografis berbentuk koordinat yang dibentuk menjadi titik, garis atau area. Titik merupakan bentuk terbawah yang merupakan representasi koordinat X dan Y. Garis atau polyline merupakan kumpulan 2 titik atau lebih yang tersusun secara berurutan yang membentuk sebuah pola yang tidak tertutup, sedangkan polygon (area)
5 mempunyai sifat yang sama dengan garis, namun polanya tertutup yang terdiri atas 3 titik atau lebih (ESRI 2004). Ekstraksi Fitur Ekstraksi fitur dilakukan dengan membaca berkas database (dbf). Data yang didapat dari berkas database merupakan data atribut fitur. Jumlah fitur yang tersimpan di berkas database dibandingkan dengan informasi banyak fitur yang tersimpan di berkas indeks (shx). Proses perbandingan dilakukan untuk validasi awal keabsahan peta. Banyak fitur yang tersimpan di dalam berkas indeks didapat dengan membaca header berkas. Banyak fitur dalam header di simpan dalam bentuk objek integer pada byte ke 24 sampai 27. Banyak fitur yang disimpan dikalikan 2 dikurang panjang header dibagi 8. Ekstraksi Koordinat Ekstraksi koordinat dilakukan dengan membaca byte yang tersimpan di dalam berkas shapefile (shp) berdasarkan urutan yang tersimpan di berkas indeks (shx). Koordinat disimpan dalam bentuk object double yang tiap absisnya terdiri atas 8 byte (64-bit). Koordinat yang disimpan memiliki presisi hingga 10 satuan, namun pada penelitian ini presisi tersebut diturunkan menjadi 8 satuan. Pembuatan Watermark Penjagaan integritas peta pada penelitian ini dilakukan melalui verifikasi nilai keabsahan peta yang digunakan sebagai watermark. Nilai watermark didapatkan dari nilai hash. Ada dua tipe fungsi hash yaitu unkeyed hash function yang hanya menghitung input data, dan keyed hash function yang menghitung input serta kuncinya (Menezes et al. 1996). Penelitian ini menggunakan fungsi hash MD5 sebagai watermark yang merupakan unkeyed hash function. Watermark yang terbentuk memiliki panjang 128 bit.
Gambar 3 Pembangkitan watermark Penyisipan Koordinat Baru Menurut Munir (2004), kriteria penyisipan data yang harus diperhatikan ialah: (1) Fidelity yaitu kualitas data yang telah disisipi tidak jauh berbeda, sehingga pengguna tidak mengetahui adanya data rahasia didalam media tersebut, (2) Robustness yaitu apabila dilakukan manipulasi pada data utama, data yang disimpan tidak mengalami kerusakan, (3) Recovery yaitu, karena tujuan
6 steganografi menyembunyikan data, data yang disimpan harus dapat diungkap atau diambil kembali. Watermark pada penelitian ini mempunyai sifat fragile karena perubahan koordinat akan menghilangkan watermark yang ada. Watermark tidak disisipkan dalam koordinat asli, melainkan dalam koordinat tambahan yang dibangkitkan pada saat penyisipan koordinat baru. Tujuannnya adalah menjaga agar koordinat asli tidak mengalami perubahan. Jumlah koordinat yang ditambah disesuaikan dengan panjang bit watermark. Watermark disisipkan dengan menggati bit-bit akhir koordinat, sehingga banyak koordinat yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1). (1)
K Keterangan: : Banyak koordinat tambahan : Panjang bit watermark : Panjang bit penyisipan : Bilangan integer
n Dimana : Lw (mod Lb) = 0
Koordinat tambahan ditambahkan di antara koordinat lama yang polanya dibentuk dan hitung dengan persamaan (2). K
{
⌊K ⌊K
(K(K -
⌋
, ⌋,
K K
(K-
(2)
(K-
dengan: K K
= 1, . . . , (K - 1) = banyak koordinat asli = banyak koordinat tambahan ruas ke-i
Contoh perhitungan penambahan koordinat baru dengan panjang watermark 128 bit dan penyisipan dilakukan pada 8 bit akhir koordinat dan banyak titik koordinat asli pada fitur adalah 4. Koordinat tambahan yang diperlukan: 128 modulo 8 = 0 Syarat Lw mod Lb = 0 terpenuhi,
K
=8
sehingga banyak koordinat tambahan antar ruas koordinat asli adalah: K ⌊ - ⌋ K’1 = 3 K ⌊ - ⌋ K’2 = 3 K ⌊ - ⌋ K’3 = 2
7 Pola koordinat tambahan dapat dilihat di Lampiran 1. Gambar 4 dan Gambar 5 adalah contoh posisi koordinat tambahan untuk fitur yang memiliki 2 dan 4 titik.
Gambar 4 Fitur dengan 2 titik koordinat asli dan penambahan koordinat baru
Gambar 5 Fitur dengan 4 titik koordinat dan penambahan koordinat baru Koordinat tambahan besarannya dihitung menggunakan persamaan (3) persamaan (4) .... K
K , ,
Keterangan: i j rx, ry V ’
: ruas koordinat asli : ruas koordinat tambahan : jarak antara titik koordinat : koordinat asli : koordinat tambahan
(3)
(4)
8 Contoh perhitungan besaran koordinat tambahan pada contoh sebelumnya dengan dengan contoh nilai koordinat asli: V1(2,4), V2(10,20), V3(8,16), V2(10,24) Untuk ordinat X untuk ordinat Y Ruas Pertama K’1 = 3 ’ ’ ’
1,1 =
2+1x2=4 2+2x2=6 = 1,3 2 + 3 x 2 = 8
’ ’ ’
1,1 =
1,2 =
’ ’ ’
2,1 =
10 + 1 x – 0.5 = 9.5 10 + 2 x – 0.5 = 9 = 2,3 10 + 3 x – 0.5 = 8.5
’ ’ ’
2,1 =
’ ’
2,1 =
’ ’
2,1 =
4+1x4=8 4 + 2 x 4 = 12 = 1,3 4 + 3 x 4 = 16 1,2 =
Ruas kedua K’2 = 3 2,2 =
16 + 1 x – 1 = 19 16 + 2 x – 1 = 18 = 2,3 16 + 3 x – 1 = 17 2,2 =
Ruas ketiga K’3 = 2 2,2 =
8 + 1 x 0.67 = 8.667 8 + 2 x 0.67 = 9.334
2,2 =
20 + 1 x 1.33 = 21.33 20 + 2 x 1.33 = 22.66
Penyisipan Watermark Watermark yang telah terbentuk disisipkan dalam LSB koordinat tambahan untuk setiap ordinat X dan ordinat Y. Sebelum penyisipan dilakukan, koordinat dikonversi menjadi bilangan bulat dengan cara mengalikan koordinat dengan banyak angka pecahan (Wang dan Men 2011) menggunakan persamaan (5). (5) ( , ) ⌊( , ) ⌋, a Keterangan: qmax : banyak angka satuan di belakang koma x,y : koordinat asli xi,yi : koordinat integer Watermark dalam bentuk objek integer dikonversi menjadi bilangan biner, selanjutnya disisipkan kedalam ordinat X dan ordinat Y koordinat tambahan. Penyisipan dilakukan dengan mengganti LSB koordinat baru dengan bit watermark yang panjangnya sama dengan Lb. Koordinat yang telah disisipkan watermark dikonversi kembali dari bentuk objek biner menjadi bentuk objek integer. Koordinat baru dalam bentuk objek integer dikonversi kembali dalam bentuk objek double. Pengujian Kualitas Peta Pengujian kualitas peta dilakukan untuk mengetahui apakah teknik ini memenuhi dari sifat fidelity. Koordinat peta yang telah disisipkan watermark perlu dihitung besaran distorsinya. Distorsi merupakan pergeseran antara titik koordinat awal dan koordinat hasil yang dapat dihitung menggunakan rumus Root Mean Square Error (RMSE) persamaan (6) (Niu et al. 2006).
9
√∑
(
,
(
, ,
)
(6)
)
Keterangan: : koordinat sebelum penyisipan : koordinat setelah penyisipan Ekstraksi Watermark Ekstraksi watermark dilakukan untuk melakukan verifikasi integritas peta dan menunjukkan sifat recovery. Ekstraksi watermark merupakan kebalikan dari proses penyisipan watermark. Watermark diekstraksi dari LSB koordinat tambahan sepanjang Lb. Urutan koordinat tambahan dapat dilihat pada Lampiran 1. Bit-bit hasil ekstraksi kemudian disusun menjadi barisan biner sepanjang Lw (128 bit). Barisan biner ini kemudian dikonversi menjadi bilangan heksadesimal yang merupakan format nilai hash MD5 (H’). Proses ekstraksi watermark tidak memerlukan peta asli maupun watermark asli sehingga teknik ini memenuhi kriteria blind. Penghapusan Koordinat Penghapusan koordinat tambahan dilakukan untuk mendapatkan koordinat asli untuk dihitung kembali nilai watermark-nya. Koordinat yang dihapus (Gambar 6) adalah koordinat tambahan yang polanya dapat dilihat di Lampiran 1.
Fitur n
Gambar 6 Penghapusan koordinat tambahan Koordinat yang tersisa kemudian dihitung nilai hash-nya (H) dengan menggunakan algoritme hash MD5. Verifikasi Integritas Peta Verifikasi integritas peta dilakukan dengan membandingkan nilai hash yang tersimpan pada peta hasil (H’) dengan nilai hash yang dihitung kembali setelah koordinat dihapus (H). Apabila nilainya sama = ′ artinya koordinat pada fitur tidak mengalami perubahan, dan koordinat peta dapat dikembalikan kebentuk
10 aslinya. Jika nilainya berbeda ≠ ′ artinya koordinat pada fitur tersebut ada yang mengalami perubahan, dan koordinat aslinya tidak dapat dikembalikan. Lingkungan Pengembangan Sistem Perangkat keras: Prosesor: Intel® Pentium i5 650 3.20GHz RAM: 4.0 GB Input: mouse dan keyboard Perangkat Lunak: Sistem operasi: Microsoft Windows 7 Ultimate 64 bit Quantum GIS v2.0.1 wroclaw Microsoft Visual Studio 2010
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Penelitian ini menggunakan teknik fragile watermark dan algoritme hash MD5 sebagai penjaga integritas peta. Data yang digunakan adalah peta vektor 2D berformat shapefile dengan sistem referensi koordinat (datum) yang tersimpan berformat WGS84, proyeksi Universal Transverse Mercator (UTM). Proyeksi UTM adalah suatu sistem proyeksi ortometrik dengan satuan panjang (m) berdasarkan bidang silinder (Mercator), bersifat konform, kedudukan bidang proyeksi melintang (Tranversal), menggunakan zona (Universal) dengan interval 6o meridian dikenalkan oleh Mercator (BIG 2012). Tabel 1 Data pengujian Nama Berkas BGR_ROAD ko_bogor
Panjang Berkas (byte) 2 065 612 229 860
Tipe Fitur PolyLine Polygon
Jumlah Fitur 7 095 68
Hasil pembacaan pada header berkas memuat informasi yang dapat dilihat pada Tabel 1. Panjang berkas adalah banyak byte yang tersimpan di dalam berkas. Tipe fitur adalah bentuk dasar spasial peta yang tersimpan. Sebuah fitur memiliki atribut yang menyimpan informasi tentang fitur. Fitur juga tersusun atas satu atau beberapa titik, namun ada fitur yang tidak memiliki titik (ESRI 1998). Gambar 7 adalah attribut peta yang dimiliki pada peta BOGOR_ROAD.
11
Gambar 7 Atribut Peta BGR_ROAD
Pengujian Implementasi Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah teknik ini dapat memenuhi kriteria recovery, yaitu watermark yang disimpan dapat diungkap atau diambil kembali. Pengujian dilakukan dengan melakukan penyisipan koordinat tambahan ke dalam koordinat asli (Gambar 8) dan dilanjutkan dengan penyisipan watermark ke dalam koordinat tambahan (Gambar 9). Peta yang telah disisipkan watermark kemudian diperiksa dengan melakukan ekstraksi watermark dan uji integritas (Gambar 10).
Gambar 8 Koordinat asli
Gambar 9 Koordinat setelah penyisipan watermark
12
Gambar 10 Hasil uji integritas 1 fitur Analisis Kualitas Hasil Pengujian kualitas peta hasil dilakukan dengan menghitung distorsi menggunakan rumus RMSE. Perhitungan pergeseran pada dunia nyata dihitung dengan memproyeksikan koordinat UTM menjadi koordinat geografis menggunakan perhitungan Tranverse Mercator. Perhitungan proyeksi UTM menjadi koordinat geografis dapat dilakukan dengan menghitung lintang titik kaki dengan persamaan (7) (GGCS 2005). ( (
) )
( (
)
(7)
)
Keterangan: : koordinat lintang titik kaki : Koordinat lintang : Panjang garis tengah Nilai lintang titik kaki digunakan untuk menghitung koordinat geografis secara langsung. Perhitungan secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 3. Hasil perhitungan RMSE rata-rata dan rata-rata pergeseran koordinat di dunia nyata hasil penyisipan watermark dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 RMSE peta setelah penyisipan watermark Nama Berkas BGR_ROAD ko_bogor
Jumlah Fitur 7 095 68
Rata-Rata RMSE 7.33622204 x10-4 5.26415959 x10-5
Rata-Rata Pergeseran (meter) 7.28874151 x10-7 5.2301325 x10-8
Distorsi peta yang dihasilkan untuk setiap titik berada pada 10-4 dan -7 pergeseran pada dunia nyata berada pada skala 10 meter atau berada di bawah 1 milimeter sangat sulit dideteksi secara visual, bahkan dalam skala peta 1:1 sehingga pergeseran yang terjadi dapat diabaikan.
13 Teknik watermark ini menambahkan titik baru sebagai tempat menyimpan watermark sehingga konsekuensi dari menggunakan teknik ini mengakibatkan perubahan ukuran berkas menjadi lebih besar dari ukuran sebelum penyisipan watermark. Perubahan ukuran berkas dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Perubahan ukuran berkas Nama Berkas BGR_ROAD ko_bogor
Panjang berkas (Byte) Ukuran berkas (KB) Panjang berkas (Byte) Ukuran berkas (KB)
Sebelum Penyisipan 1 157 452 1 131 229 860 225
Setelah Penyisipan 8 bit 16 bit 2 065 612 1 611 532 2 018 1 574 238 564 234 212 233 229
Dari Tabel 3 terlihat bahwa perubahan ukuran berkas dipengaruhi oleh banyak bit yang disisipkan pada koordinat. Semakin banyak bit yang disisipkan pada koordinat, maka semakin sedikit koordinat yang ditambahkan.
Pengujian Integritas Peta Pengujian integritas dilakukan dengan melakukan manipulasi terhadap koordinat peta yang telah disisipkan watermark. Manipulasi yang dilakukan diantaranya pergeseran, penambahan dan penghapusan pada titik maupun fitur peta. Tabel 4 Pergeseran objek Nama Berkas BGR_ROAD
ko_bogor
Objek yang diubah 1 titik 8 titik 1 garis 1 titik 4 titik 1 poligon
Fitur yang terpengaruh 1 fitur 1 fitur 1 fitur 1 fitur 1 fitur 1 fitur
Hasil Akhir Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli
Tabel 5 Penambahan objek Nama Berkas BGR_ROAD
ko_bogor
objek yang ditambah 1 titik 8 titik 1 fitur (2 titik) 1 fitur (10 titik) 1 titik 4 titik 1 fitur (3 titik) 1 fitur (10 titik)
Fitur yang tepengaruh 1 fitur 1 fitur
1 fitur 1 fitur
Hasil Akhir Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli
14 Tabel 6 Penghapusan objek Nama Berkas BGR_ROAD
ko_bogor
Objek yang dihapus 1 titik 8 titik 1 garis 1 titik 4 titik 1 poligon
Fitur yang terpengaruh 1 fitur 4 fitur 1 fitur 2 fitur
Hasil Akhir Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Asli Peta Tidak Asli Peta Tidak Asli Peta Asli
Tabel 4 menunjukkan hasil pergeseran terhadap beberapa titik koordinat pada fitur peta. Pergeseran koordinat akan menyebabkan peta tidak asli. Peta tidak asli disebabkan oleh 2 hal. Pertama, pergeseran yang terjadi pada koordinat asli akan mengubah nilai watermark saat pembangkitan kembali nilai watermark. Kedua, pergeseran yang terjadi pada koordinat tambahan akan mengubah bit watermark yang tersimpan didalam koordinat tambahan. Penambahan objek berupa titik (Tabel 5) ke dalam fitur akan mengubah urutan koordinat yang tersimpan sehingga nilai hash watermak dan nilai bit watermark akan berbeda. Penambahan fitur baru dengan jumlah titik koordinat kurang dari Ks + 2 akan langsung menunjukkan fitur peta tidak asli, karena proses ekstraksi watermark tidak dilakukan oleh sistem. Penambahan fitur dengan titik sebanyak Ks + 2 atau lebih, sistem melakukan proses ekstraksi watermark, namun karena nilai watermark yang tersimpan berbeda maka fitur tambahan tidak asli. Tabel 6 adalah hasil manipulasi dengan melakukan pengapusan objek. Penghapusan titik koordinat akan mengubah urutan koordinat yang berakibat pada perubahan nilai hash maupun informasi watermark yang tersimpan. Teknik ini tidak mampu mendeteksi apabila penghapusan dilakukan pada satu fitur. Hal ini dikarenakan informasi watermark tidak menyertakan informasi banyaknya fitur sebelum penghapusan terjadi. Koordinat fitur yang mengalami perubahan ditampilkan di akhir proses pengujian integritas watermark. Hasil yang ditampilkan (Gambar 11) adalah nomor indeks fitur dan penyebab yang membuat integritas fitur tersebut tidak valid.
Gambar 11 Hasil verifikasi fitur
15
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Dari penelitian yang dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan, Pertama teknik fragile watermarking dapat diterapkan pada peta vektor. Hasil implementasi berhasil melakukan penyisipan dan melakukan verifikasi integritas peta. Pemeriksaan integritas dilakukan pada setiap fitur dengan membandingkan nilai watermark yang tersimpan dan nilai hash fitur peta asli. Kedua, teknik ini memenuhi kriteria yang menjadi tujuan penelitian dimana teknik ini menghasilkan distorsi (RMSE) rata-rata pada skala 10-4 dan 10-7 meter pergeseran di dunia nyata. Distorsi yang terjadi sangat kecil, dan sangat sulit untuk dideteksi secara visual bahkan pada skala peta 1:1 sehingga perubahan yang terjadi dapat diabaikan dan memenuhi sifat fidelity. Integritas peta dilakukan dengan membandingkan watermark yang tersimpan dan watermark yang dibangkitkan kembali pada setiap fitur peta sehingga sifat recovery tercapai. Perubahan yang terjadi pada koordinat peta akan menghilangkan watermark yang tersimpan, sehingga sifat robustness yang digunakan pada teknik watermark ini bersifat fragile. Proses ektraksi watermark tidak memerlukan watermark asli maupun media lain sehingga teknik watermark ini bersifat blind. Ketiga, watermark disisipkan ke dalam koordinat tambahan. Banyak koordinat tambahan berdasarkan panjang bit watermark yang disisipkan ke setiap absis koordinat. Penambahan koordinat ini mengakibatkan panjang berkas bertambah sehingga ukuran berkas akan bertambah besar. Saran Teknik ini tidak mampu mendeteksi apabila penghapusan terjadi pada fitur, oleh karena itu diperlukan penyimpanan nomor fitur sehingga dapat mendeteksi fitur yang dihapus maupun fitur yang baru yang ditambahkan. Untuk itu diperlukan pengembangan teknik untuk mengetahui penghapusan fitur, serta pengembangan teknik untuk menjaga ukuran berkas agar tidak terlalu besar. Selain itu juga diperlukan analisis pada teknik untuk membuat rumusan besaran perubahan ukuran berkas akibat penggunaan teknik watermark ini.
DAFTAR PUSTAKA [BIG] Badan Informasi Geospasial, 2012, Pengukuran Titik Kontrol Post Marking. Di dalam: Standard Operating Procedur[internet]. Bogor(ID): Badan Informasi Geospasial [diunduh tanggal 2014 Feb 23]. Tersedia pada : http://jdih.big.go.id/resources/files/law/LAM_2_NO._B.81-BIG-DIGD-HK08-2012.pdf [ESRI] Environmental Systems Research Institute, I. 1998. ESRI Shapefile Technical Description, An ESRI White Paper. Redlands (US): Environmental Systems Research Institute Inc.
16 [GGCS] GS521 Geodetic Control Surveying. 2005. The Transverse Mercator Projection. Columbus (US): GS521 Geodetic Control Surveying. Menezes AJ, van Oorschot PC, Vanstone SA. 1996. Handbook of Applied Cryptography. Boca Raton(US): CRC Press. Munir R. 2004. Steganografi dan Watermarking pada citra digital. Bandung (ID): ITB. Neyman SN, Sitohang B, Sutisna S. 2013. Kajian Metode Penjamin Integritas Data Pada Peta Digital. Di dalam: SNAKOM, editor. Menjawab Tantangan Dunia dengan Ilmu Komputasi; 2012 Sep 22; Bandung, Indonesia. Bandung (ID): IT Telkom. Niu XM, Shao CY, Wang XT. 2006. A Survey of Digital Vector Map Watermarking. International Journal of Innovative Computing, Information and Control. 2(6):1301-1316. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 8 Tahun 2013 Tentang Ketelitian Peta Rencana Tata Ruang. Wang N, Men C. 2011. Reversible fragile watermarking for 2-D vector map authentication with localization. Computer-Aided Design. 44(4):320330.doi: 10.1016/j.cad.2011.11.001. Zheng L, You F. 2009. A Fragile Digital Watermark Used to Verify the Integrity of Vector Map. E-Bu e a I f r at y te ecur ty BI ’ International Conference on. IEEE. hlm 1-4.doi:10.1109/EBISS.2009.5137869.
17 Lampiran 1 Posisi koordinat tambahan
Fitur dengan 2 titik koordinat
Fitur dengan 3 titik koordinat
Fitur dengan 4 titik koordinat
18 Lanjutan Lampiran 1 Posisi koordinat tambahan
Fitur dengan 5 titik koordinat
Fitur dengan 6 titik koordinat
Fitur dengan 7 titik koordinat
19 Lanjutan Lampiran 1 Posisi koordinat tambahan
Fitur dengan 8 titik koordinat
Fitur dengan 9 titik koordinat atau lebih
20 Lampiran 2 Proyeksi koordinat lintang bujur (Geografis) ke grid (UTM) Perhitungan proyeksi koordinat geografis menjadi koordinat Grid(UTM) dapat dilakukan dengan menghitung lintang titik kaki(GGCS, 2005). Timur (Easting, X) c c
(
c
[
c
(
t ) (
t )
(
t
t)
( t) t ]
t )
t
Utara (Northing, Y)
c (
[
c
(
c t) ( t )
(
c
t )
( t ) ] t t
t
t
t)
Konvergensi Grid (dalam radian) c
(
c
[
) (
t )
(
c
(
t)
(
t)
t]
t)
t
Faktor skala c [
c c
( (
t)
(
t
t)
t )
t]
dengan: E0 adalah offset dari meridian tengah. Nilai E0 untuk Indonesia = 500.000 meter N0 adalah offset dari lintang. Nilai E0 untuk Indonesia = 100.000.000 meter adalah selisih bujur = -
21 Lanjutan Lampiran 2 Proyeksi koordinat lintang bujur (Geografis) ke grid (UTM) = adalah meridian tengah Zona nol =
( ) =
-(
=⌊
)
⌋ adalah nomor zona,
dalam derajat desimal.
adalah Bujur Meridian Tengah zona 1. Untuk Indonesia adalah -177o adalah lebar zona. Untuk UTM selalu 6o adalah radius kelengkungan vertikal. Dihitung dengan a ( ) adalah radius kelengkungan meridian. Dihitung dengan a( e ) ( e
)
adalah rasio jari – jari kelengkungan t = tan m adalah jarak meridian dari garis khatulistiwa, dihitung dengan rumus ) = ( e
e
(e (e
e
e
e e
)
)
e
(koordinat Lintang) dalam radian (koordinat Bujur) dalam radian a adalah setengah sumbu utama. Untuk WGS84 = 6.378.137 m 1/f adalah penggepengan, untuk WGS84 = 298,257223563 b adalah sumbu pendek didapat dari a
( -
⁄f
)
e2 adalah eksentrisitas pertama untuk WGS84 = 0,006694380 didapat dari f(2-f) k0 adalah faktor skala meridian tengah. Untuk seluruh wilayah UTM = 0,9996
22 Lampiran 3 Proyeksi koordinat grid (UTM) ke lintang bujur (Geografis) Perhitungan proyeksi UTM menjadi koordinat geografis dapat dilakukan dengan menghitung lintang titik kaki(GGCS, 2005). (
)
(
(
)
)
(
)
a-
dengan:
a
)(
a(
)(
)
Koordinat Lintang (dalam derajat radian) t
( ( ( (
)(
)
)(
)[
)(
)[
t t t
)(
(
t
t ]
t )
(
t )
(
t )
t
( t
)(
t
t )
t
Koordinat Bujur (dalam derajat radian) ( ec ) ( ec ) (
)(
( ec ) (
)[
( ec ) ( (
)
t )
)( -
(
t )
(
t
t ) t )
t
(dalam derajat desimal)
Konversi derajat desimal ke derajat radian = Konversi derajat desimal ke DMS(detik menit sekon) Derajat = ⌊ e Menit = ⌊( e
a era at⌋ a era at- era at)
Sekon = ( e
a era at- era at-( e t
⌋ ))
t
t ]
t
t )
]
23
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di kota Baturaja, 28 Maret 1987 anak ketiga dari enam bersaudara dan anak kembar dari Xaveer Uslan dan Husnawa. Penulis menyelesaikan pendidikan tingkat SMA tahun 2005 di SMA Negeri 4 Ogan Komering Ulu dan SLTP Negeri 2 Baturaja tahun 2002. Penulis diterima sebagai mahasiswa Diploma III Program Studi Mekanisasi dan Bangunan Pertanian Jurusan Teknologi Pertanian Politeknik Negeri Lampung tahun 2005 dan lulus pada tahun 2008. Tahun 2010 penulis kembali melanjutkan pendidikan Strata 1 (S1) melalui jalur Alih Jenis IPB, dan diterima sebagai mahasiswa Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
