Perbandingan Kriptografi AES dan Rabbit pada Data Citra Digital
Artikel Ilmiah
Peneliti: Febrianto Djaya Saputra(672009220) Magdalena A. Ineke Pakereng, M.Kom.
Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2016
Perbandingan Kriptografi AES dan Rabbit pada Data Citra Digital Artikel Ilmiah
Diajukan kepada Fakultas Teknologi Informasi untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer
Peneliti: Febrianto Djaya Saputra(672009220) Magdalena A. Ineke Pakereng, M.Kom.
Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2016
Mmmmmmmmf
.
1.
Pendahuluan
Kemudahan berkomunikasi menimbulkan kebutuhan baru, yaitu pengamanan informasi yang ditransmisikan pada jaringan komunikasi dari pengirim ke penerima.Salah satu bentuk informasi yang dikirimkan adalah gambar. Pengiriman sebuah data dalam bentuk gambar yang akan dikirim ke suatu tujuan yang bersifat privasi, kemungkinan besar dapat terlihat oleh pihak lain. Hal ini akan membuat orang tersebut mencari cara untuk menyembunyikannya sehingga pihak lain tidak tahu. Sebagai contoh, ketika sebuah paket akan dikirimkan kepada seseorang, maka paket tersebut dikemas sedemikian rupa agar isi paket tersebut tidak terlihat oleh orang lain. Untuk menambah kerahasiaan dari isi paket tersebut, ditambahkan sebuah mekanisme tertentu untuk membuka isi paket tersebut. Enkripsi visual penting dalam mentransfer gambar melalui jaringan komunikasi untuk melindungi kerahasiaan gambar, menghindari perubahan isi gambar, mencegah penambahan informasi palsu, atau menghapus sebagian dari isi gambar [1]. Kriptografi merupakan metode penyandian pesan. Metode ini bekerja dengan cara mengubah suatu data informasi menjadi data yang tidak dimengerti (tersandikan). Metode kriptografi dapat digunakan untuk menyandikan pesan yang ditransmisikan lewat jaringan Internet.Hal ini mencegah pihak ketiga untuk mengetahui isi pesan yang sebenarnya. Algoritma kriptografi dalam proses enkripsi, terbagi ke dalam blockcipher dan streamcipher. BlockCipheradalah algoritma enkripsi yang akan membagi-bagi plaintext yang akan diproses, ke dalam ukuran tertentu (disebut blok) dengan panjang tertentu, dan setiap blok dienkripsi dengan menggunakan kunci yang sama. Salah satu blockcipher adalah AES.AES merupakan standar algoritma enkripsi yang diakui oleh publik sebagai metode enkripsi yang handal. AES merupakan algoritma modern, kekuatan enkripsi terletak pada kerahasian kunci, sekalipun metode yang terjadi didalam proses enkripsi tersebut dipublikasikan [2]. StreamCipher adalah algoritma enkripsi yang mengenkripsi data persatuan data, seperti bit, byte, nible atau per 5 bit. Tiap proses enkripsi satu satuan data, digunakan kunci yang merupakan hasil pembangkitan dari kunci sebelumnya. Dalam perkembangan metode stream chiper di temukan algoritma baru yaitu Rabbit[3]. Rabbit merupakan algoritma yang menerima kunci sepanjang 128 bit dan initial vector sepanjang 64 bit. Berdasarkan latar belakang yang ada, maka dilakukan penelitian yang perbandingan kriptografi citra digital dengan menggunakan AES dan Rabbit. 2.
Tinjauan Pustaka
Penelitian sebelumnya membahas penerapan algoritma rabbit untuk mengamankan surel dalam aplikasi untuk ponsel android. Dimana algoritma rabbit digunakan untuk menenkripsikan dan mendeskripsikan konten surel yang bersifat rahasia, dan menghasilkan aplikasi klien surel yang di gunapakn pada goggle mail yang sederhana dengan algoritma rabbit yang berfungsi sebagai pengaman konten rahasia pada surel [4].
1
Pada penelitian yang berjudul “Penyandian Citra Menggunakan Metode Playfair Cipher”, dibahas mengenai pemanfaatan algoritma playfair untuk enkripsi citra digital. Playfair Cipher merupakan salah satu metode yang digolongkan dalam kriptogafi klasik yang proses enkripsinya menggunakan pemrosesan dalam bentuk blok-blok yang sangat besar. Metode ini merupakan salah satu cara untuk mengatasi kelemahan metode kriptografi klasik lainnya yang mudah tertebak karena terdapat korespondensi satu-satu antara plainteks dengan cipherteks. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa playfair merupakan metode penyandian klasik yang cocok diterapkan untuk citra dengan kualitas yang baik dan pada citra dengan kategori citra detil. Hal ini terlihat dari keacakan intensitas warna pada citra yang telah tersandikan. Selain itu karena matrik kunci yang digunakan ukurannya cukup besar mengakibatkan kriptanalisis akan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk menemukan matrik kuncinya, karena terdapat 256! (factorial) kemungkinan bentuk matrik kunci [5] Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan tentang kriptografi pada citra digital, maka dilakukan penelitian yang membandingkan kriptografi pada citra digital dengan menggunakan AES blockcipher dan Rabbit streamcipher. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: (1) Data yang dienkripsi adalah data citra digital; (2) Algoritma yang dibandingkan adalah AES blockcipher dan Rabbit streamcipher; (3) Perbandingkan ditekankan pada proses penyandian, yaitu block dan stream, serta pengaruhnya terhadap proses enkripsi citra digital; (4) Bahasa pemrograman yang digunakan untuk membuat aplikasi adalah C# .net framework 4.5; Kriptografi (cryptography) merupakan ilmu dan seni penyimpanan pesan, data, atau informasi secara aman. Kriptografi (Cryptography) berasal dari bahasa Yunani yaitu dari kata Crypto dan Graphia yang berarti penulisan rahasia[6]. Kriptografi merupakan bagian dari suatu cabang ilmu matematika yang disebut Cryptology. Dalam mengenkripsi dan mendekripsi data, kriptografi membutuhkan suatu algoritma (cipher) dan kunci (key). Cipher adalah fungsi matematika yang digunakan untuk mengenkripsi dan mendekripsi. Sedangkan kunci merupakan sederetan bit yang diperlukan untuk mengenkripsi dan mendekripsi data[7]. Secara umum proses kriptografi dibagi menjadi dua bagian yaitu enkripsi dan dekripsi. Data yang telah dienkripsi disebut ciphertext karena data asli telah mengalami proses di dalam sebuah algoritma kriptografi atau lebih dikenal dengan namacipher. Kebalikannya, proses mengubah pesan yang telah dienkripsi (ciphertext) menjadi pesan asli (plaintext) disebut sebagai proses dekripsi. AES [2]adalah singkatan dari Advanced Encryption Standard, yakni teknik algoritma kriptografi yang juga dikenal dengan sebutan Rijndael. Dikembangkan oleh dua orang ahli kryptografi Belgia, Joan Daemen dan Vincent Rijmen, standar Enkripsi AES kemudian diadopsi sebagai standar yang digunakan di Amerika Serikat, dan akhirnya di seluruh penjuru dunia.AES adalah penerus dari Data Encryption Standard (DES).AES mulai diperkenalkan pada akhir tahun 2001 dan mulai efektif dipergunakan sebagai standar pada pertengahan tahun 2002.Sejak tahun 2006, AES menjadi algoritma enkripsi yang paling populer.AES juga digunakan dalam beragam paket pemrograman.
2
Ketentuan panjang kunci, besar blok dan jumlah round pada AES dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Ukuran Kunci, Ukuran Blok dan Jumlah Round pada AES [2] Jumlah Key Besar Blok Jumlah Round (Nk) (Nb) (Nr) AES – 128 4 word (16 byte) 4 word (16 byte) 10 AES – 192 6 word (24 byte) 4 word (16 byte) 12 AES – 256 8 word (32 byte) 4 word (16 byte) 14
Algoritma Rabbit memiliki tujuh belas variabel. Delapan peubah inner state dengan ukuran masing-masing 32 bit, delapan counter dengan ukuran maing-masing 32 bit, dan satu carry berukuran satu bit. Algoritma Rabbit memiliki beberapa skema.Skema-skema tersebut skema persiapan kunci, skema next state function, dan skema ekstraksi.Skema persiapan kunci adalah skema untuk memberikan nilai awal pada semua inner state, counter, dan carry. Skema next statefunction adalah skema yang menjelaskan aturan pengubahan nilai-nilai semua peubah. Skema ekstraksi berfungsi untuk megambil bit-bit dari inner state dengan susunan tertentu menjadi rangkaian bit berukuran 128 dan semu acak. Pada penelitian ini, format file citra digital yang digunakan adalah PNG.PNG merupakan TrueColorimage.Suatu true colour image memiliki komponen red, green dan blue yang terpisah untuk tiap pikselnya.Pada sebagian besar truecolourimage, tiap komponen diwakilkan dengan satu byte yang terdiri dari 8 bit, sehingga setiap piksel memiliki 24 bit informasi warna.Oleh karena itu, mode ini sering disebut sebagai “24-bit warna”.Pada Gambar 1 ditunjukkan contoh potongan dari file gambar.Potongan ini memiliki dimensi 6 x 6 piksel.Pada tiap piksel terdapat tiga bagian warna yaitu red, green dan blue. Pada lokasi piksel 1,1 terdapat warna red bernilai 96, green bernilai 143, dan blue bernilai 179. Pada lokasi piksel 1,2 terdapat warna red 61, green 125, dan green 198[8].
Gambar 1 Komponen RGB pada File Gambar 24 Bit Warna[8]
3.
Metode dan Perancangan Sistem
Penelitian yang dilakukan, diselesaikan melalui tahapan penelitian yang terbagi dalam empat tahapan, yaitu: (1) Analisis kebutuhan dan pengumpulan
3
data, (2) Perancangan sistem, (3) Implementasi sistem yaitu Perancangan aplikasi/program, dan (4) Pengujian sistem serta analisis hasil pengujian. Identifikasi Masalah dan Studi Literatur
Perancangan Sistem
Implementasi Sistem
Pengujian Sistem dan Analisis Hasil Pengujian
Gambar2Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian pada Gambar 2, dapat dijelaskan sebagai berikut.Tahap pertama: identifikasi masalah, yaitu keamanan citra digital. Tahap kedua: perancangan sistem yang meliputi perancangan proses deteksi kemiripan citra digital; Tahap ketiga: perancangan sistem, yaitu membuat aplikasi sesuai perancangan proses pada tahap kedua; dan Tahap keempat: pengujian sistem dan analisis hasil pengujian, yaitu dilakukan pengujian terhadap proses yang telah dirancang, dan melihat kesesuaian solusi terhadap masalah yang telah teridentifikasi sebelumnya.
Plain Image
Kunci
Enkripsi AES
Cipher Image A
Enkripsi Rabbit
Cipher Image B
Gambar 3 Desain Sistem
Sistem yang dikembangkan, memiliki desain yang ditunjukkan pada Gambar 3. Sistem terdiri dari dua input yaitu file gambar A dan file gambar B. Hasil deteksi kedua file gambar tersebut adalah berupa angka prosentase kemiripan.
4
Mulai
Mulai
Input gambar
Input gambar
Input kunci
Input kunci
Baca 16 Komponen Warna
Baca Komponen Warna Enkripsi Komponen Warna
Jika komponen warna jumlahnya kurang 16
false
False true
Proses tanpa enkripsi
Jika Semua Komponen Warna telah dienkripsi
false
Enkripsi 1 block (16 komponen warna)
True Selesai
Jika Semua Komponen Warna telah dienkripsi
true
Selesai
Gambar 4Proses Enkripsi Citra Digital dengan AES
Gambar 5 Proses Enkripsi Citra Digital dengan Rabbit
Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan proses enkripsi dengan algoritma yang berbeda. Pada AES, proses enkripsi dilakukan blok per blok. Jika terdapat sisa byte (komponen warna) yang jumlahnya tidak sesuai ukuran blok AES, maka tidak dapat dilakukan proses enkripsi. Normalnya, akan dilakukan proses padding, namun jika ini dilakukan pada citra digital, maka akan mengakibatkan penambahan komponen warna, dan akhirnya ukuran piksel jadi berubah. Pada proses enkripsi dengan algoritma Rabbit, dilakukan pada komponenkomponen warna, tanpa pembentukan blok. Hal ini mengakibatkan tidak perlunya dilakukan proses padding. Sehingga semua komponen warna, dapat terenkripsi.
5
4.
Hasil dan Pembahasan
Aplikasi pada penelitian ini, dibuat dalam bentuk aplikasi berbasis desktop. Software yang digunakan adalah Visual Studio 2012 Express for Windows Desktop.
Gambar 6 Form Enkripsi
Form enkripsi (Gambar 6), memerlukan dua input, yaitu plain image, dan kunci. Output dari proses enkripsi adalah dua cipher image yang merupakan hasil enkripsi dari algoritma AES dan yang kedua hasil dari enkripsi Rabbit.
6
Gambar 7 Form Dekripsi
Form dekripsi (Gambar 6), memerlukan tiga input, yaitu cipher image hasil enkripsi AES, cipher image hasil enkripsi Rabbit, dan kunci. Jika kedua cipher image berasal dari satu plain image yang sama, maka output dari proses ini adalah dua plain image yang sama. Pada aplikasi yang dikembangkan, dilakukan beberapa pengujian perbandingan. Pengujian pertama adalah pengujian perbandingan kecepatan proses enkripsi. Hasil dari pengujian ini ditunjukkan pada Tabel 1. Hasil pada Tabel 1
No
Tabel 1 Perbandingan Kecepatan Enkripsi Ukuran Piksel AES (detik) Gambar
Rabbit (detik)
1
100x100
0.2
0.04
2
200x200
0.4
0.08
7
3
4 5
6 7
8 9
10
0.44
300x300 400x400 500x500 600x600 700x700 800x800 900x900 1000x1000
0.79
0.09 0.09 0.1
0.935
0.119
1.08 1.37
0.132 0.145 0.158
1.515
0.171
0.67
1.225
Berdasarkan hasil pengujian 1, diketahui bahwa algoritma Rabbit, melakukan proses enkripsi lebih cepat daripada algoritma AES.
Waktu (detik)
Perbandingan Kecepatan Enkripsi 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
1,515 1,37 1,225 1,08 0,935 0,67
0,79
0,44
0,4 0,2 0,04 0,08 0,09 0,09 0,1
AES Enkripsi 0,1190,1320,1450,1580,171
Rabbit Enkripsi
Ukuran Gambar (Piksel) Gambar 8Diagram Garis Perbandingan Proses Enkripsi
Pengujian kedua adalah pengujian perbandingan kecepatan proses dekripsi. Hasil dari pengujian ini ditunjukkan pada Tabel 2. Hasil perbandingan Tabel 2, ditunjukkan sebagai grafik garis pada Gambar 9.
No
Tabel 2 Perbandingan Kecepatan Dekripsi UkuranPiksel AES (detik) Gambar
Rabbit (detik)
1
100x100
0.650
0.040
2
200x200
0.770
0.086
3
300x300
0.830
0.097
4
400x400
0.930
0.131
5
500x500
1.020
0.160
6
600x600
1.110
0.188
7
700x700
1.200
0.217
8
800x800
1.290
0.245
9
900x900
1.380
0.274
8
10
1000x1000
1.470
0.302
Axis Title
Perbandingan Kecepatan Dekripsi 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
0,65
0,77 0,83
0,04 0,086
0,93
1,02
1,11
1,2
1,29
1,38
0,274 0,1880,2170,245 0,0970,1310,16
1,47
0,302
AES Dekripsi Rabbit Dekripsi
Ukuran Gambar (Piksel) Gambar 9Diagram Garis Perbandingan Proses Deskripsi
Berdasarkan hasil pengujian 2, pada Tabel 2, diketahui bahwa pada proses dekripsi, waktu yang diperlukan oleh kedua algoritma, lebih besar daripada ketika proses enkripsi. Rabbit melakukan proses dekripsi lebih cepat daripada AES. No
Panjang kunci (byte)
1
1
Tabel 3Perbandingan Pengaruh Panjang Kunci Kunci Enkripsi Dekrips AES i (detik) AES (detik) F 0.2234 0.6556
2
2
FT
0.2357
3
3
FTI
0.2445
4
4
UKSW
5
5
6
0.1008
Dekrips i Rabbit (detik) 0.1310
0.6733
0.1157
0.1459
0.6745
0.1298
0.1582
0.2626
0.6798
0.1361
0.1694
SATYA
0.2529
0.6857
0.1364
0.1609
6
WACANA
0.2826
0.6995
0.1387
0.1664
7
7
FTIUKSW
0.2907
0.7043
0.1648
0.1870
8
8
UKSWUKSW
0.2892
0.7191
0.1558
0.1854
9
9
SATYAUKSW
0.3101
0.7097
0.1605
0.1993
10
10
SATYASATYA
0.2834
0.7322
0.1966
0.2209
11
11
SATYAWACANA
0.3153
0.7290
0.1889
0.2088
12
12
SALATIGAUKSW
0.3001
0.7655
0.2170
0.2185
13
13
FTIFTIFTIFTIF
0.3248
0.7742
0.1741
0.2254
14
14
FTIUKSWFTIUKSW
0.3336
0.7686
0.2286
0.2353
15
15
SATYASATYASATYA
0.3392
0.7431
0.2265
0.2408
16
UKSWUKSWUKSWUKS W
0.3212
0.7970
0.1974
0.2739
16
9
Enkripsi Rabbit (detik)
Berdasarkan hasil pengujian pengaruh kunci, diketahui bawah panjang kunci memberikan pengaruh pada kecepatan proses enkripsi maupun dekripsi. Hal ini terjadi pada kedua algoritma enkrips. Semakin panjang kunci, semakin meningkat pula waktu yang dibutuhkan untuk proses enkripsi dan dekripsi. Tabel 4Pengujian Enkripsi dengan Variasi Gambar AES No
Gambar
Rabbit Waktu Enkripsi (detik)
Hasil Enkripsi
Hasil Enkripsi
Waktu Enkripsi (detik)
1
0.284
0.084
2
0.281
0.084
3
0.288
0.084
4
0.297
0.099
Berdasarkan hasil pengujian pada Tabel 4, ditunjukkan bahwa AES sebagai blockcipher, memiliki kelemahan ketika digunakan untuk mengenkripsi gambar berpola.Hal ini ditunjukkan pada poin pengujian nomor 3, berupa gambar papan catur.Hasil enkripsi masih memiliki pola papan catur yang samar-samar terlihat.Pada pengujian gambar satu warna, nomor 1 dan nomor 2, AES memberikan hasil enkripsi gambar bergaris.Rabbit pada keseluruhan pengujian, memberikan hasil enkripsi gambar yang secara visual berbeda dari gambar asli.
10
Tabel 5Pengujian Enkripsi dengan Variasi Gambar No
AES Hasil Enkripsi
Rabbit Histogram
Hasil Enkripsi
Histogram
1
2
3
4
Hasil pengujian histogram pada Tabel 5, menunjukkan distribusi warna pada hasil enkripsi, dari tiap-tiap algoritma. Histogram pada hasil enkripsi AES, tidak terdistribusi dengan rata, dengan pengecualian pada nomor 4.Histogram pada hasil enkripsi Rabbit, terdistribusi dengan rata, yang berarti piksel yang dihasilkan benar-benar acak, warna yang dihasilkan tidak terkonsentrasi pada kelompok warna tertentu saja.
5.
Simpulan
Berdasarkan penelitian, pengujian dan analisis terhadap sistem, maka dapat diambil kesimpulan yaitu: Berdasarkan hasil pengujian di dapat kan kalau Rabbit lebih cepat dan aman dibandingkan dengan AES saat proses enkripsi dan dekripsi.Saranyang dapat diberikan untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya adalahperlunya dilakukan analisis penggunaan memory pada tiap proses, pada kedua algoritma.
6. [1].
[2]. [3].
[4].
Daftar Pustaka El Fishawy, N. F. & Zaid, O. M. A. 2007. Quality of Encryption Measurement of Bitmap Images with RC6, MRC6, and Rijndael BlockCipher Algorithms. IJ Network Security 5, 241–251. Information, F. 2001. Announcing the ADVANCED ENCRYPTION STANDARD ( AES ). Boesgaard, M., Vesterager, M., Pedersen, T., Christiansen, J. & Scavenius, O. 2003. Rabbit: A new high-performance streamcipher. In Fast Software Encryption, pp. 307–329. Leksono, M. A. & Munir, R. 2012. APLIKASI KLIEN SUREL DENGAN
11
[5]. [6]. [7]. [8].
ALGORITMA RABBIT PADA PONSEL ANDROID. Jurnal Sarjana ITB bidang Teknik Elektro dan Informatika 1. Setyaningsih, E. 2009. Penyandian Citra Menggunakan Metode Playfair Cipher. Jurnal Ilmiah Nasional Jurnal Teknologi 2, 213–217. Forouzan, B. A. 2007. Cryptography & Network Security. McGraw-Hill, Inc. Munir, R. 2006. Kriptografi. Informatika, Bandung Parvez, M. T. & Gutub, A. A.-A. 2008. RGB Intensity Based Variable-Bits Image Steganography. 2008 IEEE Asia-Pacific Services Computing Conference , 1322–1327. (doi:10.1109/APSCC.2008.105)
12
