1
SISTEM PEMBERIAN PROTEKSI HAK CIPTA PADA BERKAS IJAZAH DIGITAL (SUBSISTEM WATERMARKING PADA IJAZAH DIGITAL)
RAHIM RASYID
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
3
ABSTRACT RAHIM RASYID. The Copyright Protection System for Digital Diploma (Watermarking Subsystem for Digital Diploma). This research is supervised by SHELVIE NIDYA NEYMAN. A diploma is an evidence for someone who has completed his/her study. Nowaday, a diploma is still in a physical form, printed paper. The development of the Internet has made system that used to be using physical data switch to using digital data. The goal is to apply the provision of copyright protection using watermarking techniques in the digital diploma file. Watermark is a proof of the validity of diploma. Watermark is expected to withstand the attacks from outside parties. The application is developed to apply a watermarking technique. Noise attack was well tolerated with applied technique. Compression attack was well tolerated till 80%. An attack that can’t be detained by applied technique is rescaling attack. Rescaling attack makes the retrieved watermark could not visually recognizable. Cropping attacks generate a watermark which has a similar display same like the cropping on the diploma. Keywords: Watermarking, Dual Watermarking, Visible Watermark, Invisible Watermark, Discrete Cosine Transform, Pixel Value Mapping Area
2
SISTEM PEMBERIAN PROTEKSI HAK CIPTA PADA BERKAS IJAZAH DIGITAL (SUBSISTEM WATERMARKING PADA IJAZAH DIGITAL)
RAHIM RASYID
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 2011
Judul
: Sistem Pemberian Proteksi Hak Cipta pada Berkas Ijazah Digital (Subsistem Watermarking pada Ijazah Digital)
Nama
: Rahim Rasyid
NRP
: G64086060
Menyetujui: Pembimbing
Shelvie Nidya Neyman, S.Kom., M.Si. NIP. 19770206 200501 2 002
Mengetahui: Ketua Departemen Ilmu Komputer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Dr. Ir. Sri Nurdiati, M.Sc. NIP. 19601126 198601 2 001
Tanggal lulus :
i
PRAKATA Alhamdulillahi Rabbil ‘alamin, puji dan syukur penulis haturkan kepada ALLAH Subhana Wa Ta’aala, karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya telah mengantarkan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Sistem Pemberian Proteksi Hak Cipta pada Berkas Ijazah Digital (Subsistem Watermarking pada Ijazah Digital). Penelitian ini mulai dilaksanakan pada Desember 2010 dan bertempat di Departemen Ilmu Komputer. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Shelvie Nidya Neyman, S.Kom., M.Si. selaku pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis selama pengerjaan tugas akhir ini, Bapak Sony Hartono Wijaya S.Kom., M.Kom. selaku penguji pertama dan Bapak Endang Purnama Giri S.Kom., M.Kom. selaku penguji kedua. Ucapan terima kasih juga penulis berikan kepada: 1 2 3 4 5
Kedua orang tua penulis, Usman Siregar dan Helmi Hasibuan, yang selalu mendukung dan mendoakan penulis sampai sekarang ini. Semua saudara penulis yang selalu memberikan semangat dan dukungan untuk penulis. Penghuni kosan Poso-Poso Baranangsiang yang selalu saling mengingatkan untuk mengerjakan tugas akhir. Teman-teman ekstensi angkatan 3, yang berjuang bersama di bangku kuliah setiap malam. Seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam proses penyelesaian tugas akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2011
Rahim Rasyid
ii
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 24 Agustus 1987 di Sipirok. Penulis merupakan anak kedua dari enam bersaudara pasangan Usman Siregar dan Helmi Hasibuan. Pada tahun 2005 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sipirok dan diterima di Program Keahlian Teknik Komputer, Program Diploma III Institut Pertanian Bogor, melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis menyelesaikan pendidikan Diploma III pada tahun 2008 dan melanjutkan ke Program Sarjana Ilmu Komputer Penyelenggaraan Khusus IPB pada tahun yang sama.
iii
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL .................................................................................................................................. v DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................................. v DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................................................... v PENDAHULUAN .................................................................................................................................. 1 Latar Belakang .................................................................................................................................. 1 Tujuan ............................................................................................................................................... 1 Ruang Lingkup .................................................................................................................................. 1 Manfaat ............................................................................................................................................. 1 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................................................... 1 Digital Watermarking ....................................................................................................................... 1 Ruang Warna YCbCr ........................................................................................................................ 2 Pixel Value Mapping Algorithm ........................................................................................................ 3 Discrete Cosine Transform ............................................................................................................... 3 Bit Error Ratio .................................................................................................................................. 4 METODE PENELITIAN ....................................................................................................................... 4 Penyisipan Watermark ...................................................................................................................... 5 Pengambilan Watermark ................................................................................................................... 5 Analisis Hasil Implementasi.............................................................................................................. 5 Lingkungan Pengembangan .............................................................................................................. 6 HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................................................................... 6 Analisis Waktu Eksekusi ................................................................................................................... 7 Analisis Kualitas Watermark ............................................................................................................ 7 Analisis Kekuatan Watermark .......................................................................................................... 7 KESIMPULAN DAN SARAN............................................................................................................... 9 Kesimpulan ....................................................................................................................................... 9 Saran ................................................................................................................................................. 9 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................................. 9 LAMPIRAN ......................................................................................................................................... 11
iv
DAFTAR TABEL Halaman 1 Perbedaan tujuan visible watermark dengan invisible watermark ....................................................... 2 2 Rata-rata waktu eksekusi ..................................................................................................................... 7 3 Kekuatan watermark terhadap serangan noise ..................................................................................... 8 4 Kekuatan watermark terhadap serangan cropping ............................................................................... 8 5 Kekuatan watermark terhadap serangan kompresi gambar ................................................................. 9
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Sistem watermarking secara umum (sumber: Cox et al. 2002). .......................................................... 2 2 Contoh DCT dari sebuah gambar. ....................................................................................................... 4 3 Skema besar sistem watermarking....................................................................................................... 4 4 Skema penyisipan watermark. ............................................................................................................. 5 5 Skema pengambilan watermark. .......................................................................................................... 5 6 Antarmuka penyisipan watermark. ...................................................................................................... 6 7 Antarmuka pengambilan watermark. ................................................................................................... 6 8 Antarmuka pemberian serangan. ......................................................................................................... 7 9 Watermark hasil pengambilan. ............................................................................................................ 7 10 Watermark dari serangan rescaling. .................................................................................................. 8
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Gambar ijazah. ................................................................................................................................... 12 2 Watermark asli. .................................................................................................................................. 12 3 Hasil proses penyisipan watermark. .................................................................................................. 12 4 Ilustrasi penyisipan watermark. ......................................................................................................... 13 5 Ilustrasi pengambilan watermark. ...................................................................................................... 14 6 Watermark dari ijazah yang mengalami serangan noise. ................................................................... 15 7 Watermark dari ijazah yang mengalami serangan cropping. ............................................................. 16 8 Watermark dari ijazah yang mengalami serangan kompresi gambar (0-90%). ................................. 18
v
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Ijazah merupakan bukti seseorang telah menyelesaikan masa pendidikan. Saat ini ijazah masih dalam bentuk fisik kertas tercetak. Perkembangan Internet telah membuat sistem yang dulunya masih menggunakan data fisik beralih ke data digital. Pendaftaran ke jenjang pendidikan yang lebih tinggi atau pelamaran pekerjaan sudah banyak yang mengumpulkan calonnya melalui media Internet. Alasan ini memunculkan kebutuhan akan adanya ijazah digital. Pembuatan ijazah digital didasarkan pada ciri-ciri ijazah asli secara fisik. Ciri-ciri ijazah asli yang dimiliki oleh Institut Pertanian Bogor (IPB) sebagai berikut: 1 Memiliki watermark dengan logo IPB yang berada di posisi tengah ijazah dan tulisan ”Institut Pertanian Bogor” di beberapa tempat. 2 Blangko ijazah dicetak oleh Perusahaan Umum Percetakan Uang Republik Indonesia. 3 Nomor ijazah bersifat unik dan terdapat tanda tangan asli dari rektor dan dekan. 4 Memiliki ukuran font, spasi, dan bentuk tulisan yang khusus. 5 Memiliki stempel asli IPB. Keuntungan dari ijazah digital adalah kemudahan dalam penggunaannya dan tampilan yang lebih baik. Ijazah digital diharapkan mempunyai kekuatan dan verifikasi dalam pembuktian keabsahan ijazah. Kelemahan dari ijazah digital adalah mudah untuk dimanipulasi dan diduplikasikan dalam waktu singkat. Berdasarkan kelemahan tersebut dibutuhkan metode untuk memberikan proteksi hak cipta pada ijazah digital. Proteksi pada ijazah digital sangat penting dilakukan untuk menghindari penyalahgunaan ijazah digital oleh pihak yang tidak bertanggung jawab. Sebuah sistem proteksi hak cipta dibutuhkan untuk menjamin keabsahan dari sebuah ijazah digital. Sistem proteksi hak cipta pada berkas ijazah digital yang akan dikembangkan terdiri atas tiga subsistem. Ketiga subsistem tersebut secara berurutan adalah watermarking, pemberian digital signature, dan integritas data. Tiap subsistem dikerjakan pada tiga penelitian yang terpisah. Hasil dari satu subsistem menjadi masukan subsistem berikutnya. Keseluruhan subsistem digabungkan menjadi sistem utuh pada subsistem integritas data.
Tujuan Penelitian ini bertujuan menerapkan pemberian proteksi hak cipta menggunakan teknik watermarking pada berkas ijazah digital. Ijazah digital diharapkan memiliki kekuatan dan kualitas yang baik dalam pembuktian keabsahannya. Analisis hasil implementasi dilakukan dengan menerapkan seranganserangan pada ijazah digital. Ruang Lingkup Ruang lingkup pada penelitian ini adalah penerapan teknik watermarking pada berkas ijazah digital. Berkas ijazah dan wateramark yang digunakan adalah gambar dengan format Joint Photographic Experts Group (JPEG). Watermark merupakan gambar biner yang dibuat mirip watermark pada ijazah fisik dengan format JPEG. Teknik watermarking yang digunakan adalah dual watermarking. Jenis watermark yang diterapkan adalah visible dan invisible watermark. Jenis watermark berdasarkan kekuatannya yang digunakan adalah robust watermark. Metode penyisipan watermark yang digunakan adalah Pixel Value Mapping Area (PVMA) dan Discrete Cosine Transform (DCT). Teknik pengambilan watermark yang digunakan adalah blind detectors. Serangan yang diterapkan adalah serangan noise, rescaling, cropping, dan kompresi gambar. Manfaat Penelitian ini diharapkan bisa memberikan teknik proteksi hak cipta terhadap berkas digital khususnya ijazah digital. Ijazah digital yang dihasilkan pada penelitian ini diharapkan memiliki tingkat keamanan yang baik dan mempunyai metode yang kuat untuk verifikasi keabsahannya. TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking Digital watermarking merupakan cara penyisipan informasi (watermark) pada berkas digital berupa pesan tentang berkas itu sendiri. Penyisipan watermark pertama kali ditemukan tahun 1282 di Italia dengan cara menambahkan pola pada cetakan kertas (Cox et al. 2002). Watermark bisa berupa teks, gambar, suara, atau video. Digital watermarking mirip dengan steganografi, akan tetapi memiliki perbedaan pada tujuannya. Digital watermarking bertujuan untuk melindungi media yang disisipkan watermark, sedangkan steganografi bertujuan untuk melindungi pesan yang ada pada media
2
tanpa memperhatikan keberadaan media itu sendiri. Tujuan utama penyisipan watermark pada data digital adalah perlindungan hak cipta, autentikasi gambar, penyembunyian data, dan komunikasi rahasia. Menurut Kipper (2004) terdapat dua jenis watermark, yaitu: 1 Visible watermark Merupakan watermark yang terlihat pada media. Media akan mengalami perubahan tampilan setelah penyisipan. 2 Invisible watermark Merupakan watermark yang tidak terlihat pada media. Media tidak akan mengalami perubahan tampilan secara signifikan setelah penyisipan. Perbedaan antara visible watermark dengan invisible watermark terdapat pada tujuan yang ingin dicapai. Pemilihan watermark untuk digunakan pada media akan tergantung pada jenis proteksi yang akan diberikan. Perbedaan antara kedua jenis watermark dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Perbedaan tujuan visible watermark dengan invisible watermark Tujuan Visible Invisible Validasi penerima --√√√ Transmisi non-reputasi --√√√ Pencegahan pencurian √√√ √ Mengurangi nilai √√√ √√√ komersil Pencegahan duplikasi √√√ √ yang tidak sah Autentikasi dan notari√ √√√ sasi digital Identifikasi sumber √√√ √ √ = tingkat kekuatan. Sumber: Yip et al. (2006) Watermark dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan kekuatannya terhadap serangan, yaitu fragile watermark dan robust watermark (Kipper 2004). Fragile watermark merupakan metode untuk autentikasi dengan ketahanan yang lemah. Watermark akan hilang jika terjadi perubahan kecil pada media. Hilangnya watermark merupakan indikator bahwa media telah mengalami serangan. Robuts watermark adalah metode watermark dengan tujuan mempertahankan keberadaan watermark pada media. Watermark tidak bisa dihilangkan atau dihancurkan dengan segala jenis serangan tanpa merusak media. Robust watermark merupakan kebalikan dari Fragile watermark.
Menurut Cox et al. (2002), watermark juga dapat dibedakan berdasarkan pada teknik pengambilannya, yaitu: 1 Blind detectors Merupakan cara pengambilan watermark yang tidak membutuhkan berkas asli untuk mendeteksi keberadaan watermark. Sistem yang menggunakan teknik blind detectors disebut Public Watermarking Systems. 2 Informed detectors Merupakan cara pengambilan watermark yang harus mengetahui berkas asli untuk mendeteksi keberadaan watermark. Sistem yang menggunakan teknik informed detectors disebut Private Watermarking Systems. Sistem pemberian watermark secara umum memiliki dua fungsi utama, yaitu watermark embedder dan watermark detector. Watermark embedder berfungsi menyisipkan watermark pada media. Watermark detector berfungsi untuk mendeteksi keberadaan watermark pada media. Sistem watermarking secara umum terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Sistem watermarking secara umum (sumber: Cox et al. 2002). Mutu digital watermarking dapat dilihat dari parameter berikut (Persada 2009): 1 Fidelity Penyisipan watermark seharusnya tidak mempengaruhi kualitas media. 2 Robustness Watermark harus memiliki ketahanan yang cukup terhadap proses digital yang umum. 3 Security Watermark memiliki daya tahan terhadap usaha yang dengan secara sengaja ingin memindahkan watermark yang ada pada media. Ruang Warna YCbCr Ruang warna YCbCr sering juga disebut sebagai ruang warna CCIR 601. Ruang warna ini dibuat sebagai respon terhadap kenaikan permintaan akan pendekatan digital dalam menangani informasi video dan telah digunakan secara luas untuk model video digital. Ruang
3
warna ini termasuk dalam ruang warna untuk transmisi televisi (Chai & Bouzerdoum 2000). Rekomendasi 601 menyebutkan pengkodean 8-bit (0-255) dari YCbCr dengan komponen Y memiliki batas nilai sampai 219 dan penambahan +16. Pengkodean ini menempatkan warna hitam pada nilai 16 dan putih pada nilai 235. Komponen Cb dan Cr memiliki batas nilai sampai 112 dan penambahan +128 dan menghasilkan rentang dari 16 sampai 240. Komponen Y merupakan kopi skala abu-abu (grayscale copy) dari gambar utama. Warna putih ditampilkan sebagai suatu nilai tengah antara komponen Cr dan Cb. Warna coklat ditampilkan oleh komponen Cb yang lemah dan komponen Cr yang kuat. Warna hijau ditampilkan oleh komponen Cb dan Cr yang sama-sama lemah. Warna biru ditampilkan oleh komponen Cb kuat dengan Cr lemah. Ruang warna YCbCr dapat dihitung dari ruang warna RGB dengan menggunakan persamaan berikut:
Fungsi bijektif yang dapat digunakan pada algoritme PVMA ada dua fungsi, yaitu linear mapping dan piecewise linear mapping. 1 Linear Mapping
2 Piecewise Linear Mapping
dengan t adalah nilai pixel dari gambar P, t ϵ {0-255} dan 255 ≥ T1 ≥ T2 ≥ 0 serta c adalah konstanta yang didefenisikan oleh pengguna. Konstanta c biasanya ada di rentang 0 – 255. Karena f adalah sebuah fungsi bijektif, maka inversi dari f bisa dihitung. Hasil dari inversi ini adalah gambar asli yang didapatkan kembali dengan bantuan dari watermark. Jika hasil dari inversi adalah R, maka
Discrete Cosine Transform Ruang warna YcbCr dapat ditransformasi kembali ke ruang warna RGB dengan persamaan:
a= 0.00456621, b= -0.00153632, c= 0.00791071 Pixel Value Mapping Algorithm Pixel Value Mapping Algorithm (PVMA) adalah algoritme yang digunakan oleh Yip et al. (2006) untuk membuat lossless visible watermarking. Lossless visible watermarking adalah jenis visible watermark yang bisa memulihkan kembali gambar asli dari gambar yang memiliki watermark secara sempurna. Algoritme PVMA bekerja pada domain spasial. Sebuah gambar P yang memiliki ukuran MxN, dan watermark W yang ingin disisipkan ke P, maka akan menghasilkan gambar yang memiliki watermark Q. Penyisipan ini menggunakan fungsi pemetaan intensitas secara bijektif f. Watermark W adalah watermark biner dan ukurannya sama dengan P, W(x,y) ϵ {0, 1}, dengan x = 1…M, dan y = 1…N, maka
Discrete Cosine Transform (DCT) adalah teknik untuk mengubah sebuah sinyal menjadi komponen-komponen dasar frekuensi (Al-Haj 2007). DCT merupakan suatu metode transformasi yang digunakan sebagai dasar untuk kompresi JPEG. Sampai saat ini sudah terdapat berbagai macam jenis DCT seperti DCT I, DCT II, DCT III, DCT IV, DCT V-VIII. DCT sangat tahan terhadap manipulasi data seperti kompresi dan filtering. DCT dua dimensi dapat dipandang sebagai komposisi dari DCT pada masing-masing dimensi. Sebagai contoh, jika himpunan bilangan real disajikan dalam senarai dua dimensi terhadap masing-masing baris dan kemudian melakukan DCT satu dimensi terhadap masing-masing kolom dari hasil DCT tersebut. DCT dua dimensi dari suatu citra A akan menghasilkan citra B dengan persamaan sebagai berikut:
dengan
Inverse Discrete Cosine Transform (IDCT) adalah metode untuk mengembalikan nilai DCT menjadi gambar aslinya. Persamaan untuk
4
menginversi nilai DCT didefinisikan sebagai berikut :
penglihatan mata manusia. Batas toleransi nilai BER adalah 35% (Baldman 2003). Nilai BER digunakan sebagai indikator perbedaan antara watermark asli dengan watermark hasil pengambilan. Nilai BER bukan menjadi penentu kekuatan dari watermark. METODE PENELITIAN
dengan: A = B = p,q = M, N =
citra awal citra hasil DCT posisi pixel jumlah baris, jumlah kolom
Koefisien pertama, yaitu C(0) pada DCT satu dimensi atau C(0,0) pada DCT dua dimensi disebut koefisien DC. Koefisien lainnya disebut sebagai koefisien AC. Fungsi basis yang berkorespondensi dengan koefisien DC memiliki nilai tetap, sedangkan koefisien AC berkorespondensi dengan fungsi basis yang berbentuk gelombang. Gambar 2 merupakan contoh hasil perhitungan DCT dari sebuah gambar.
Penelitian ini mengembangkan aplikasi yang menggunakan teknik watermarking sebagai proteksi hak cipta pada ijazah digital. Teknik watermarking yang digunakan adalah dual watermarking, yaitu menerapkan dua jenis watermark pada satu media. Aplikasi terdiri atas dua fungsi utama, yaitu fungsi untuk penyisipan watermark dan pengambilan watermark. Terdapat fungsi tambahan pemberian serangan untuk analisis kekuatan dan kualitas hasil aplikasi. Skema dari pengembangan aplikasi dapat dilihat pada Gambar 3. Mulai Gambar Ijazah Fungsi Penyisipan watermark
Watermark
Ijazah tertanam watermark
tidak
Analisis Kekuatan & kualitas
Fungsi Pengambilan watermark
Gambar 2 Contoh DCT dari sebuah gambar.
Watermark hasil pengambilan
ya
Fungsi Pemberian serangan Penghitungan Kualitas
Bit Error Ratio Bit Error Ratio (BER) adalah perbandingan antara jumlah bit pada gambar yang memiliki nilai tidak sama dengan gambar asli dengan jumlah total semua bit gambar (Persada 2009). BER menunjukkan total posisi pixel yang tidak sama dengan gambar asli dalam satuan persentase. Persamaan untuk menghitung BER adalah:
dengan Pi adalah jumlah pixel yang nilainya sama dan N adalah total keseluruhan pixel. Nilai BER yang kecil menunjukkan bahwa tingkat kesalahan bit antar gambar yang rendah dan kedua gambar tersebut terlihat sama secara
Kualitas
Selesai
Gambar 3 Skema besar sistem watermarking. Fungsi penyisipan watermark menghasilkan ijazah digital yang memiliki watermark dan mencatat lama waktu untuk penyisipan. Fungsi pengambilan watermark digunakan untuk mengambil kembali watermark yang ada pada ijazah digital. Fungsi pengambilan watermark juga menghitung kualitas dari watermark yang didapatkan dan pencatatan lama waktu yang dibutuhkan. Fungsi serangan adalah fungsi tambahan yang dibuat untuk keperluan analisis kualitas dan kekuatan ijazah digital. Fungsi serangan memberikan serangan pada ijazah digital yang telah tertanam watermark.
5
Penyisipan Watermark Penyisipan watermark adalah proses untuk menyisipkan informasi ke dalam ijazah digital yang akan dilindungi. Ijazah digital yang berada pada ruang warna Red, Green, Blue (RGB) dikonversi ke ruang warna YCbCr. Elemen Y dari YCbCr dan watermark selanjutnya dimasukkan ke dalam proses PVMA. Hasil dari PVMA adalah ijazah digital yang telah tertanam visible watermark. Selanjutnya adalah menghitung nilai DCT dari hasil proses PVMA dan watermark. Sebagian nilai low frequency dari DCT hasil proses PVMA digantikan oleh nilai DCT watermark. Penggantian nilai ini bertujuan agar proses pengambilan watermark menggunakan teknik blind detectors. Jika m adalah banyak kolom dan n adalah banyak baris, maka penggantian nilai DCT dimulai dari (m/2+1, n/2+1) sampai sebanyak baris dan kolom dari DCT watermark. Setelah penggantian nilai DCT selesai, maka nilai inversinya didapatkan dengan menggunakan fungsi IDCT. Hasil IDCT digabungkan kembali dengan elemen CbCr dan dikonversi ke ruang warna RGB. Hasil konversi ini adalah ijazah digital yang telah memiliki invisible watermark. Skema untuk penyisipan watermark dapat dilihat pada Gambar 4. Mulai Gambar Ijazah Konversi RGB ke YCbCr
Watermark
PVMA Ijazah+visible watermark
IDCT Konversi YCbCr ke RGB
DCT
DCT
Penggantian Koefisien
Ijazah digital Selesai
Gambar 4 Skema penyisipan watermark. Pengambilan Watermark Pengambilan watermark adalah kebalikan dari proses penyisipan watermark. Proses ini bertujuan untuk mengambil invisible watermark yang terdapat pada ijazah digital. Pengambilan watermark ini dilakukan untuk mengetahui apakah ijazah digital asli atau tidak. Proses pertama yang dilakukan adalah mengkonversi ruang warna RGB menjadi ruang warna YCbCr. Elemen Y dari YCbCr diambil dan dihitung nilai DCT Y. Koefisien-koefisien yang
memiliki informasi tentang watermark yang ada pada nilai DCT tersebut diambil dan dikumpulkan. Kumpulan koefisien diinversikan dengan menggunakan fungsi IDCT yang akan menghasilkan watermark yang terdapat pada ijazah digital. Tahapan pengambilan watermark dapat dilihat pada Gambar 5. Mulai
Ijazah tertanam Watermark
DCT
Konversi RGB ke YCbCr
Pengambilan koefisien
IDCT
Selesai
Watermark hasil pengambilan
Gambar 5 Skema pengambilan watermark. Analisis Hasil Implementasi Hasil implementasi yang telah dilakukan selanjutnya dianalisis, diuji, dan dievaluasi. Analisis ini menjadi tolak ukur keberhasilan dari aplikasi yang dikembangkan. Analisis yang dilakukan pada penelitian ini antara lain: Analisis waktu eksekusi Waktu eksekusi merupakan salah satu faktor yang diperhatikan untuk keperluan analisis sebuah sistem. Penyisipan dan pengambilan watermark membutuhkan waktu untuk menyelesaikan pekerjaannya. Analisis kualitas watermark Analisis kualitas watermark dilakukan pada ijazah digital yang belum mengalami perubahan. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui kualitas tampilan watermark setelah proses pengambilan dan bisa atau tidaknya watermark tersebut diambil. Analisis Kekuatan Watermark Analisis kekuatan watermark dilakukan untuk mengetahui kekuatan dan keamanan watermark terhadap serangan. Serangan menyebabkan perubahan secara fisik pada ijazah digital. Perubahan pada ijazah digital mempengaruhi dan mengancam keberadaan watermark. Serangan yang diterapkan pada penelitian ini adalah: a Serangan noise Serangan noise adalah menambahkan noise pada ijazah digital. Noise yang ditambahkan pada ijazah digital adalah Gaussian, Speckle, Salt & Pepper, dan Poisson noise. Serangan diterapkan dengan menggunakan fungsi default yang ada di Matlab. b Serangan rescaling dan cropping Serangan rescaling yang dilakukan pada penelitian ini adalah mengubah
6
c
ukuran gambar ijazah menjadi setengahnya kemudian dikembalikan ke ukuran asli. Serangan cropping dilakukan dengan cara mengubah sebagian warna pada posisi tertentu secara kontras dari gambar. Serangan diterapkan menggunakan Matlab. Serangan kompresi gambar Kualitas suatu gambar tergantung pada tingkat kompresi yang digunakan. Kualitas dan kompresi pada gambar berbanding terbalik. Kualitas gambar tinggi, maka tingkat kompresi rendah. Tingkat kompresi tinggi, maka kualitas gambar rendah. Serangan dilakukan dengan fungsi Matlab.
bertujuan agar proses verifikasi keabsahan ijazah digital lebih cepat dilakukan. Gabungan dari kedua jenis watermark ini diharapkan bisa memberikan proteksi hak cipta yang maksimal pada ijazah. Hasil proses penyisipan bisa dilihat pada Lampiran 3. Ilustrasi dari proses penyisipan watermark dapat dilihat pada Lampiran 4. Tampilan antarmuka yang dibuat untuk penyisipan watermark yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 6.
Watermark pada ijazah digital diambil setelah penerapan serangan selesai dilakukan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah watermark bisa bertahan atau tidak dari serangan-serangan tersebut. Lingkungan Pengembangan Penelitian dilakukan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Matlab 7.7 yang dijalankan pada sistem operasi Windows 7 Ultimate. Spesifikasi dari perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1 2 3 4
Prosesor Intel Core 2 Duo 2.00 GHz. RAM kapasitas 2 GB. Hard disk drive kapasitas 160 GB. Monitor, mouse, dan keyboard standar. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berkas ijazah digital dan watermark dibuat mirip dan berdasarkan tampilan yang ada pada ijazah fisik. Ijazah yang digunakan sebagai acuan adalah ijazah Program Diploma IPB yang diterbitkan pada tahun 2008. Proses penyisipian watermark menerima masukan berkas ijazah digital dan watermark dengan format gambar. Berkas ijazah digital dan watermark memiliki ukuran yang sama, yaitu 3504 x 2480 pixel. Berkas ijazah digital dan watermark yang digunakan dapat dilihat pada Lampiran 1 dan Lampiran 2. Proses penyisipan watermark menghasilkan ijazah digital yang memiliki watermark. Hasil yang diperoleh dari proses penyisipan adalah ijazah digital yang telah tertanam dual watermark, yaitu visible watermark dan invisible watermark. Watermark yang pertama disisipkan adalah visible watermark yang kemudian disisipkan lagi invisible watermark. Invisible watermark pada urutan kedua
Gambar 6 Antarmuka penyisipan watermark. Ijazah digital hasil penyisipan digunakan pada proses pengambilan watermark untuk mendapatkan kembali watermark yang tertanam sebagai bukti keasliannya. Ukuran watermark yang diambil dari ijazah digital adalah 438 x 310 pixel. Ilustrasi dari proses pengambilan watermark dapat dilihat pada Lampiran 5. Tampilan antarmuka yang dibuat untuk pengambilan watermark dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Antarmuka pengambilan watermark.
7
Pemberian serangan pada ijazah digital merupakan fungsi tambahan yang dibuat untuk keperluan analisis kualitas dan kekuatan watermark. Pemberian serangan memiliki antarmuka untuk mempermudah penerapannya pada ijazah digital. Antarmuka ini digunakan hanya untuk pemberian serangan noise saja. Serangan lain dilakukan dengan perintah manual pada Matlab. Tampilan antarmuka untuk pemberian serangan pada ijazah digital dapat dilihat pada Gambar 8.
tahapan yang lebih sedikit. Ijazah digital yang digunakan untuk keperluan analisis lainnya hanya menggunakan ijazah digital dengan ukuran 3504 x 2480 pixel. Analisis Kualitas Watermark Pengambilan watermark dilakukan pada ijazah digital yang telah tertanam watermark. Ijazah digital yang digunakan merupakan hasil keluaran dari proses penyisipan watermark. Watermark diambil dari ijazah digital yang tidak mengalami kerusakan atau serangan. Nilai BER yang didapatkan sebesar 12,26% dan memiliki tampilan mirip dengan aslinya secara perseptual. Watermark hasil pengambilan ini bisadilihat pada Gambar 9.
Gambar 8 Antarmuka pemberian serangan. Analisis Waktu Eksekusi Waktu eksekusi untuk proses penyisipan dan pengambilan watermark yang dibutuhkan oleh aplikasi dicatat dari 20 kali percobaan. Berkas ijazah digital dan watermark yang digunakan memiliki ukuran yang berbeda. Ukuran berkas ijazah digital dan watermark yang digunakan adalah: 3504 x 2480 pixel. 1752 x 1240 pixel. 876 x 620 pixel. Rata-rata waktu eksekusi yang dibutuhkan oleh aplikasi dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Rata-rata waktu eksekusi Ukuran (pixel) 3504x2480 1752x1240 876x620
Waktu (detik) embed extract 16.9932 5.1473 5.4678 1.2652 2.8416 0.4212
Berdasarkan data pada Tabel 2, ukuran dari ijazah digital mempengaruhi waktu eksekusi yang dibutuhkan oleh aplikasi. Waktu untuk proses pengambilan watermark lebih cepat dari penyisipan karena proses pengambilan memiliki
Gambar 9 Watermark hasil pengambilan. Analisis Kekuatan Watermark Kekuatan watermark pada ijazah digital diuji dengan memberikan serangan. Serangan dilakukan untuk menggangu keberadaan watermark pada ijazah digital. Serangan yang dilakukan pada penelitian ini adalah: a Serangan Noise Serangan dilakukan menggunakan fungsi Matlab imnoise dengan parameter default dari Matlab. Jenis noise yang digunakan adalah Gaussian noise, Speckle noise, Salt & Pepper noise, dan Poisson noise. Serangan noise mengakibatkan perubahan nilai pixel pada posisi acak. Baris perintah yang digunakan untuk melakukan serangan adalah sebagai berikut: Asli = imread(‘ijazah.jpg’); Hsl = imnoise(Asli, noise); Bagian noise pada baris perintah kedua diganti sesuai dengan jenis noise yang ingin ditambahkan ke ijazah digital. Setelah melakukan serangan noise pada ijazah digital, watermark diambil dan dibandingkan dengan
8
watermark asli. Nilai BER yang didapatkan dari hasil pengambilan dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Kekuatan watermark terhadap serangan noise Jenis Noise Gaussian Speckle Salt & Pepper Poisson
BER (%)
Penilaian HVS
13.15 12.22 12.62 13.24
Kuat Kuat Kuat Kuat
Berdasarkan Tabel 3 terlihat bahwa kualitas dan kekuatan dari teknik watermarking yang diterapkan mampu menahan serangan noise. Serangan noise menyebabkan watermark yang diambil memiliki bercak hitam yang seharusnya tidak ada. Watermark secara perseptual masih bisa dikenali. Watermark hasil pengambilan dapat dilihat pada Lampiran 6.
Serangan cropping menggunakan Matlab dengan cara mengganti nilai pixel pada gambar menjadi 0. Penggantian nilai pixel ini mengakibatkan perubahan warna pada posisi yang ditentukan menjadi warna hitam. Posisi cropping yang digunakan adalah posisi kiri atas, kiri bawah, kanan atas, kanan bawah, dan semua sisi ijazah digital. Ukuran besar cropping yang dipakai adalah hasil perkalian persentase dengan ukuran ijazah digital, yaitu 30%, 40%, dan 50%. Nilai BER watermark dari ijazah digital yang mengalami serangan cropping dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Kekuatan watermark terhadap serangan cropping Posisi
Asli = imread(‘ijazah.jpg’); [m n] = size(Asli); Temp = imresize(Asli,[m/2 n/2]); Hsl = imresize(Temp,[m n]); Nilai BER yang didapat dari watermark hasil pengambilan adalah 47,22% dan secara perseptual watermark tidak memiliki kemiripan dengan watermark asli serta tidak bisa dikenali. Watermark dari ijazah digital yang mengalami serangan rescaling bisa dilihat pada Gambar 10.
BER (%)
Penilaian HVS
Kiri Atas
30% 40% 50%
21.23 27.76 33.86
Lemah Lemah Lemah
Kiri Bawah
30% 40% 50%
21.15 28.02 34.92
Lemah Lemah Lemah
Kanan Atas
30% 40% 50%
21.28 27.80 33.82
Lemah Lemah Lemah
Kanan Bawah
30% 40% 50%
21.18 28.01 34.82
Lemah Lemah Lemah
Semua Sisi
30% 40% 50%
62.09 74.64 85.05
Lemah Lemah Lemah
b Serangan Rescaling dan Cropping Serangan rescaling dilakukan dengan cara mengecilkan ukuran ijazah digital menjadi setengah dari ukuran asli. Selanjutnya ijazah tersebut dikembalikan lagi ke ukuran aslinya. Serangan ini dilakukan dengan menggunakan fungsi Matlab imresize. Baris perintah yang digunakan untuk melakukan serangan ini adalah sebagai berikut:
Ukuran cropping
Serangan yang tidak bisa ditahan adalah serangan pada semua sisi secara bersamaan. Serangan di sisi tertentu memiliki nilai BER yang berada pada nilai toleransi yang diterima. Watermark hasil pengambilan dari ijazah digital yang dikenakan serangan cropping mengalami kerusakan. Pola kerusakan yang terjadi pada watermark sama dengan pola kerusakan pada ijazah digital. Watermark sebenarnya masih bisa dikenali meski ada bagian yang mengalami kerusakan. Watermark hasil pengambilan dari semua ijazah digital yang mengalami serangan cropping dapat dilihat pada Lampiran 7. c Serangan Kompresi Gambar
Gambar 10 Watermark dari serangan rescaling.
Ijazah digital dikenakan serangan kompresi gambar. Kompresi gambar ini berpengaruh pada kualitas gambar. Secara perceptual tidak terlihat perbedaan antara dua gambar yang memiliki tingkat kompresi yang berbeda. Hal ini
9
diakibatkan oleh sistem penglihatan manusia yang tidak peka terhadap perubahan nilai pixel pada gambar. Semakin besar kompresi yang dilakukan maka kualitas dari gambar semakin kecil. Serangan ini dilakukan setelah proses penyisipan selesai dengan cara mengubah parameter quality pada perintah imwrite. Parameter quality yang digunakan mulai dari 10 sampai 100. Parameter Compression Ratio (CR) merupakan kebalikan dari parameter quality. Hasil dari analisis serangan kompresi gambar pada ijazah digital dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Kekuatan watermark terhadap serangan kompresi gambar CR (%)
BER (%)
Penilaian HVS
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
12.16 12.19 12.16 12.16 12.22 12.20 12.24 12.15 13.09 12.01
Kuat Kuat Kuat Kuat Kuat Kuat Kuat Kuat Kuat Lemah
Tingkat kompresi memberikan pengaruh terhadap kualitas watermark. Meskipun nilai BER untuk semua tingkat kompresi berada di bawah nilai toleransi, secara visual watermark yang masih bisa dikenali hanya sampai tingkat kompresi gambar 80%. Hal ini terjadi karena makin tinggi tingkat kompresi gambar, maka makin banyak pula informasi yang hilang dari gambar. Watermark hasil pengambilan dari ijazah digital yang mengalami serangan kompresi gambar bisa dilihat pada Lampiran 8.
Watermark yang dihasilkan memiliki sifat robust terhadap serangan yang diberikan. Serangan dengan penambahan noise pada ijazah digital dapat ditahan dengan baik. Serangan kompresi gambar masih bisa ditahan sampai batas 80%. Watermark dapat diambil dari ijazah digital dengan nilai BER yang berada pada batas toleransi. Watermark yang diambil bisa dikenali secara perseptual dan mirip dengan watermark asli. Hal ini membuktikan bahwa watermark bisa bertahan dengan baik terhadap perubahan nilai pixel. Ijazah digital dapat digunakan untuk subsistem Digital Signature dengan menggunakan teknik LSB sebagai cara penyisipannya tanpa kehilangan watermark. Serangan yang tidak bisa ditahan pada penelitian ini adalah serangan rescaling. Akibat serangan tersebut watermark hasil pengambilan memiliki nilai BER 47,22%, tidak bisa dikenali dan tidak mirip dengan watermark asli. Tingkat kompresi gambar diatas 80% membuat watermark tidak bisa dikenali meskipun nilai BER berada di bawah 14%. Serangan cropping menghasilkan watermark yang tampilannnya mirip dengan hasil cropping pada ijazah. Meskipun memiliki nilai BER tinggi, secara perseptual watermark tersebut bisa dikenali. Saran Kekurangan penelitian ini adalah watermark tidak mampu bertahan terhadap serangan rescaling. Penelitian selanjutnya diharapkan: Mencoba menggunakan metode lain untuk memperbaiki kekurangan penelitian ini. Menambahkan fitur untuk tamper proofing. Menggunakan serangan yang lebih banyak untuk menghasilkan aplikasi watermarking yang lebih baik. DAFTAR PUSTAKA
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Aplikasi yang telah dikembangkan pada penelitian ini menerapkan teknik watermarking sebagai proteksi hak cipta pada ijazah digital. Ukuran gambar yang digunakan mempengaruhi lama waktu eksekusi yang dibutuhkan. Ukuran gambar yang semakin kecil mengakibatkan waktu eksekusi yang dibutuhkan semakin cepat. Watermark hasil pengambilan dari ijazah digital memiliki kualitas yang baik dengan nilai BER 12.26% dan mirip dengan watermark asli.
Al-Haj A. 2007. Combined DWT-DCT Digital Image Watermarking. Journal of Computer Science 3 (9): 740-746. Baldman A. 2003. Bit Error Ratio Testing: How Many Bits are Enough?. New Hampshire: InterOperability Laboratory, University of New Hampshire. Chai D, Buozerdoum A. 2000. A Bayesian Approach to Skin Color Classification in YCbCr Color Space. TENCON 2000. Proceedings. (2): 421-424.
10
Cox IJ, Miller ML, Bloom JA. 2002. Digital Watermarking. New York: Morgan Kaufmann Publishers. Kipper G. 2004. Investigator’s Guide to Steganography. New York: Auerbach Publications. Persada BA. 2009. Studi dan Implementasi non Blind Watermarking dengan Metode Spread Spectrum [skripsi]. Bandung: Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung. Yip SK, Au OC, Ho CW, Wong HM. 2006. Lossless Visible Watermarking. IEEE International Conference on Multimedia and Expo: 853-856.
11
LAMPIRAN
12
Lampiran 1 Gambar ijazah.
Lampiran 2 Watermark asli.
Lampiran 3 Hasil proses penyisipan watermark.
13
Lampiran 4 Ilustrasi penyisipan watermark.
PVMA
Penggantian Koefisien
14
Lampiran 5 Ilustrasi pengambilan watermark.
15
Lampiran 6 Watermark dari ijazah yang mengalami serangan noise.
Gaussian
Speckle
Poisson
Salt & Pepper
16
Lampiran 7 Watermark dari ijazah yang mengalami serangan cropping.
17
Lampiran 7 Lanjutan.
18
Lampiran 8 Watermark dari ijazah yang mengalami serangan kompresi gambar (0-90%).
19
Lampiran 8 Lanjutan.
