1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Internet memiliki banyak kelebihan namun jaminan keamanan data saat pertukaran informasi menjadi masalah penting sejak munculnya Internet [1]. Kebutuhan keamanan akan semakin meningkat jika informasi tersebut mengandung nilai-nilai bisnis, privasi ataupun kepentingan tertentu. Aksi penyalahgunaan informasi (hacking) dalam dunia Internet yang semakin marak menyebabkan informasi tersebut harus dilindungi dari gangguan pihak-pihak yang tidak berkepentingan.
Pada zaman sekarang ini, pertukaran citra medis melalui Internet sangat populer. Pertukaran ini bertujuan membuat telediagnosis, telesurgeries dan telekonsultasi [2]. Perlindungan terhadap citra medis sangat penting karena didalamnya terdapat informasi yang bersifat rahasia yakni detil mengenai pasien dan pendapat dokter mengenai penyakit yang diderita oleh pasien [3, 4].
Perlindungan keamanan pertukaran data dan citra medis didasarkan pada autentikasi, kerahasiaan dan integritas sehingga jalannya pertukaran data menjadi aman dan terpercaya serta memungkinkan dokter untuk mengakses berkas tersebut dari jarak jauh. Autentikasi memastikan bahwa data tersebut adalah data asli yang tidak mengalami perubahan dalam perjalanannya dari pengirim menuju penerima dan hanya dapat diakses oleh pihak yang berhak atas data tersebut. Kerahasiaan meyakinkan penerima bahwa data yang dikirim tidak dapat dibaca atau dimengerti oleh orang lain. Masalah autentikasi dapat diatasi dengan memberikan algoritma perlindungan data yang memastikan data tersebut tidak dimodifikasi orang lain ditengah pertukaran data seperti algoritma Hash atau algoritma penanda kepemilikan (watermarking) [5]. Kerahasiaan data dapat dijaga dengan memberikan perlindungan data seperti pengacakan data (kriptografi) [6], penyembunyian data (steganografi) [7]. Sistem keamanan pertukaran data dapat dilihat pada Gambar 1.1. Data teks dienkripsi menjadi data acak yang rahasia dan
2
hanya dapat dibaca lalu disembunyikan ke dalam citra dengan steganografi lalu diberikan suatu penanda keaslian misalnya dengan algoritma hash. Hasilnya adalah citra stego dengan kode hash di dalam citra stego. Citra berkode hash ini akan diterima oleh penerima. Penerima harus melakukan beberapa proses terlebih dahulu sebelum mendapatkan data asli dan citra asli yaitu proses pencocokan kode hash, proses ekstraksi steganografi dan dekripsi kriptografi.
Teks Asli (Plain Text) Teks Acak (Cipher Text) Citra Steganografi Citra Stego Enkripsi Hash Citra Stego ber-Hash Citra Stego ber-Hash Hash Citra Stego Steganografi Citra Teks Acak (Cipher Text) Teks Asli (Plain Text) Sisi Pengirim Sisi Penerima T R A N S M I S I Dekripsi
Gambar 1.1 Sistem Keamanan Autentikasi, Kerahasiaan dan Integritas Data Penelitian ini hanya memfokuskan pada proses steganografi dari keseluruhan sistem keamanan pada Gambar 1.1. Teknik steganografi cukup banyak mendapatkan perhatian dalam beberapa tahun ini [8]. Steganografi adalah suatu teknik yang secara tidak terlihat dapat menyembunyikan data rahasia ke dalam media pembawa tanpa mengubah komponen yang paling signifikan untuk komunikasi rahasia, sehingga pihak tidak berkepentingan tidak menyadari keberadaan data rahasia [9].
Penyembunyian dengan berkas medis perlu memperhatikan kapasitas pengembalian ke citra (reversibility) dan kualitas [10]. Beberapa dokter perlu mempelajari lebih jauh tentang pasien dalam proses mendiagnosa. Informasi lebih
3
jauh yang dibutuhkan misalnya tentang kepribadian pasien, keluarga pasien, kehidupan sosial dan kondisi keluarga. Informasi tentang pasien bertambah banyak dan perlu disisipkan dalam berkas citra medis. Hasil observasi dari dokter juga perlu untuk disisipkan ke dalamnya.
Ada banyak metode penyembunyian data yang telah dilakukan. Metode-metode tersebut dibagi menjadi 2 kategori, yaitu irreversible [11-14] dan reversible [15-18]. Metode irreversible mempunyai kapasitas penyembunyian lebih banyak dan kualitas citranya lebih baik bila dibandingkan metode reversible, namun metode reversible dapat mengembalikan citra pembawa tanpa distorsi dan mempunyai recovery pesan rahasia lebih valid.
Interpolasi merupakan proses penting dalam teori sinyal dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi [19], terutama untuk memperbesar ukuran citra dengan pengaturan skala tertentu. Pengaturannya dibuat dengan memanfaatkan nilai-nilai piksel yang diketahui. Nilai-nilai tersebut digunakan untuk perkiraan terhadap nilai piksel yang tidak diketahui untuk mengisi. Proses ini adalah proses perkiraan, maka kualitas citra pasti akan berkurang [20-22]. Interpolasi citra sering dilakukan pada dunia medis, citra medis, citra digital, citra scan [20, 23].
Penelitian ini membahas mengenai steganografi dan interpolasi citra. Citra yang digunakan merupakan citra medis dengan simulasi data medis. Data medis disembunyikan di balik citra medis dengan teknik interpolasi agar dapat dikembalikan menjadi citra semulanya (reversible).
1.2 Perumusan masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini sebatas pada steganografi, mengenai bagaimana mengimplementasikan steganografi pada citra untuk menyembunyikan data rahasia. Citra yang digunakan adalah citra medis dengan data adalah informasi mengenai pasien. Hasil steganografi dievaluasi dengan beberapa parameter. Data yang disembunyikan kemudian diekstraksi kembali agar dapat dibaca (recovery). Citra stego kemudian dikembalikan menjadi citra pembawa (reversible).
4
Permasalahan pada penelitian ini terbatas pada penyembunyian informasi ke dalam citra medis, tanpa menghiraukan teknik enkripsi ataupun watermarking ke dalam suatu citra atau data teks. Hasil penelitian ini juga terbatas pada perbandingan kualitas citra hasil penyisipan dan sebelum penyisipan serta melihat pengaruh steganografi terhadap tekstur citra berbasis histogram.
1.3 Keaslian penelitian
Metode interpolasi untuk penyembunyian data sudah banyak dilakukan baik untuk citra berwarna dan citra berskala keabuan. Setiap metode interpolasi mengalami penurunan dalam kualitas citranya, namun citra hasil interpolasi dapat mempertahankan kualitas citranya dengan baik. Kualitas citra akan berhubungan terbalik dengan kapasitas penyembunyian. Kapasitas penyembunyian yang besar akan berakibat pada penurunan kualitas citra, berlaku juga sebaliknya kualitas citra yang baik mempunyai kapasitas penyembunyian yang tidak terlalu besar. Metode interpolasi yang digunakan berpengaruh terhadap kapasitas penyembunyian data rahasia.
Steganografi dengan berkas medis perlu memperhatikan kapasitas, pengembalian ke citra semula (reversibility), kualitas dan autentifikasi Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang steganografi telah dilakukan. Chyuan-Huei Thomas Yang, Chun-Hao Hsu [24] melakukan steganografi dengan interpolasi citra diperkecil dan kemudian diperbesar kembali. Interpolasi yang dilakukan merupakan interpolasi yang sudah umum, namun dalam penelitian ini bit data yang hendak disembunyikan diacak terlebih dahulu dengan Pseudo-random Number Generator (PRNG). Ki Hyun Jung dan Kee Young Yoo [15] melakukan penelitian baru tentang teknik interpolasi Near Mean Interpolation (NMI). Citra hasil interpolasi disisipkan bit-bit rahasia data teks. Sen-Ren Jan, dkk [16] mengembangkan teknik NMI agar memberikan hasil kualitas citra yang lebih baik. Yildiray Yalman, dkk [25] menerapkan NMI ini untuk citra berwarna dan mengkombinasikannya dengan penyembunyian data pada pembobotan kanal warna merah pada citra berwarna (RGB). Chin-Feng Lee dan Yu-Lin Huang [17] memperkenalkan teknik interpolasi baru Interpolation by Neighbor Pixel (INP). Teknik ini dapat meningkatkan kapasitas penyembunyian daripada
5 interpolasi NMI.
Ki-Hyun Jung dan Kee-Young Yoo [26] mengembangkan lebih lanjut mengenai teknik interpolasi yang telah dilakukan sebelumnya. Teknik interpolasi yang diperkenalkan pada penelitian ini memperbanyak kapasitas dari yang sudah ada sebelumnya. Penelitian berikutnya, Ki-Hyun Jung dan Kee-Young Yoo [27] memperkenalkan teknik interpolasi yang berbeda dari sebelumnya dan memperkenalkan teknik penyembunyian dengan membedakan daerah pada citra.
Metode steganografi yang diperkenalkan selain dengan interpolasi dapat juga dilakukan dengan teknik modifikasi histogram. Wei-Liang Tai,dkk [28] melakukan penelitian steganografi dengan modifikasi histogram yang dikombinasikan dengan pohon biner. Steganografi ini bersifat reversible berdasar kesesuaian kunci level pohon yang digunakan. Kapasitas dalam satu blok citra sebagai keseluruhan dilihat oleh P. H. Pawar, dkk [29] sebagai peluang untuk menambah kapasitas penyembunyian. P. H. Pawar, dkk membagi citra menjadi beberapa blok bertujuan untuk memperbanyak kapasitas sehingga setiap blok dalam citra tersebut dapat disisipkan bit-bit data. Teknik steganografi seperti ini dimanfaatkan oleh M. Fallahpour, dkk [3] untuk menyembunyikan data dalam bidang medis dengan menambahkan pasangan nilai puncak dan nilai minimum untuk memperbanyak kapasitas. C. Vinoth Kumar, dkk [2]. Mengembangkan lebih lanjut penelitian mengenai steganografi ini dengan memodifikasi bagian pembagian blok dan pembagian daerah gelap/bukan gelap untuk citra medis. Tabel 1.1. memperlihatkan penelitian-penelitian tentang steganografi yang telah dilakukan sebelumnya berdasar pada interpolasi, pixel-value difference expansion dan modifikasi histogram.
Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya tentang Steganografi No. Penulis Paper Judul Paper Metode Paper
1. Chyuan-Huei Thomas Yang, Chun-Hao Hsu [24] A High Quality Reversible Data Hiding Method using Interpolation Technique
Citra pembawa dibagi menjadi blok 5x5 dengan nonoverlappping, diperkecil dan dikembalikan lagi dengan teknik interpolasi. Nilai blok citra asli dan nilai blok citra interpolasi dibandingkan dengan
6
Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya tentang Steganografi (Lanjutan)
No. Penulis Paper Judul Paper Metode Paper
nilai pembatasnya. Hasil
perbandingan tersebut menentukan banyaknya bit yang dapat
disisipkan ke dalam piksel. Teknik PRNG digunakan untuk mengacak data rahasia sebelum
disembunyikan. Hasilnya adalah kualitas citra stego yang baik dan pesan tersembunyi dengan baik.
2. Ki Hyun Jung
Kee Young Yoo [15]
Data Hiding Method using Image
Interpolation
Metode yang digunakan adalah Neighbor Mean Interpolation (NMI). Citra yang digunakan dalam paper ini adalah citra grayscale. Citra asli grayscale diinterpolasi menjadi citra pembawa, cover image. Citra pembawa dibagi menjadi blok 3x3 untuk mengetahui banyaknya bit ASCII yang dapat disisipkan dalam satu piksel. Teks yang hendak disisipkan dijadikan bilangan ASCII. Hasilnya adalah citra stego mempunyai kualitas yang baik. 3. Chin-Feng Lee Yu-Lin Huang [17] An Efficient Image Interpolation Increasing Payload in Reversible Data Hiding
Paper ini pengembangan dari paper di atas [15]. Interpolasi yang digunakan adalah Interpolation by Neighbor Pixel (INP). Metode ini meningkatkan kapasitas
penyembunyian (embedding capacity). Citra grayscale asli diinterpolasi menjadi citra pembawa. Citra pembawa dibagi menjadi blok matriks 3x3 dengan menerapkan overlapping. Hasilnya adalah kapasitas penyembunyian
4. Sen-Ren Jan Steen J. Hsu Chuan-Feng Chiu Shu-lin Chang [16] An Improved Data Hiding Using Image Interpolation
Metode yang dikembangkan pada paper ini berasal dari metode NMI. Citra terinterpolasi dengan NMI kemudian penyembunyian data dilakukan dengan melakukan 2x2 non-overlapping blocks dan perhitungan jarak serta banyaknya bit yang dapat disembunyikan
7
Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya tentang Steganografi (Lanjutan) No. Penulis Paper Judul Paper Metode Paper
dalam satu piksel. Metode pengembangan ini memberikan kapasitas yang sama dengan metode penyembunyian data NMI namun meningkatkan kualitas citra stego. Metode dalam paper ini memberi kemudahan dalam ekstraksi data dan pengembalian cover image.
5. Yildiray Yalman,
Feyzi Akar, Ismail Erturk [25] An Image Interpolation Based Reversible Data Hiding Method using R-Weighted Coding
Steganografi yang dilakukan mengembangkan metode NMI. Pengembangan yang dilakukan adalah dengan menambahkan R-weighted Coding Method (RCM). Citra yang digunakan merupakan citra berwarna dengan tiga warna utama RGB. Data dengan kode ASCII disimpan ke dalam piksel citra berwarna yang dimodifikasi dengan RCM. Hasilnya adalah kapasitas penyembunyian yang lebih baik dengan cukup mempertahankan kualitas citra.
6. Ki-Hyun Jung Kee-Young Yoo [26] Steganographic Method Based on Interpolation and LSB Substitution of Digital Image
Steganografi dilakukan dalam citra yang telah terinterpolasi kemudian bit rahasia disisipkan dalam LSB piksel citra terinterpolasi. Citra terinterpolasi dengan skala faktor tertentu untuk mendapatkan cover image. Interpolasi dilakukan dengan menerapkan beberapa persamaan untuk memperbesar atau memperkecil citra sehingga kualitas citra tidak terlalu buruk.
7. Ki-Hyun Jung Kee-Young Yoo [27] Data Hiding using Edge Detector for Scalable Images
Cover image yang digunakan sebagai media pembawa data rahasia diperbesar dan dibagi menjadi 2 area yaitu daerah tepi dan bukan daerah tepi. Pembagian ini dilakukan dengan algoritma deteksi tepi. Tujuannya adalah untuk meningkatkan kualitas citra dan kapasitas penyembunyian. Data yang disembunyikan
8
Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya tentang Steganografi (Lanjutan)
No. Penulis Paper Judul Paper Metode Paper
disisipkan ke dalam citra yang telah diperbesar dan disesuaikan apakah termasuk daerah tepi bukan daerah tepi. Perbesaran citra dilakukan dengan interpolasi, persamaan tertentu. 8. Ananthi S., Anjanadevi A. [30] Reversible Image Data Hiding Using Predictive Coding Technique Based on Steganographic Scheme
Data disembunyikan dalam nilai error dengan Median Edge Detective (MED) predictor. Citra yang digunakan adalah citra dengan kompresi lossless. Pengembalian data rahasia dilakukan dengan memanfaatkan nilai error
sedangkan untuk citra pembawanya dapat dikembalikan selama langkah predictive decoding. 9. Wei-Liang Tai Chia-Ming Yeh Chin-Chen Chang [28] Reversible Data Hiding Based on Histogram Modification of Pixel Differences
Data teks disembunyikan dalam citra dengan mengeksploitasi struktur pohon biner, perbedaan antar piksel dan pergeseran histogram. Hasilnya adalah data dapat disembunyikan dalam citra, kualitas citra stego baik dan kapasitas yang besar.
10. M. Fallahpour, D. Megias M. Ghanbari [3] Reversible and High-Capacity Data Hiding in Medical Images
Data pasien disembunyikan dalam citra medis dengan
mengeksploitasi histogram dari citra medis. Citra medis dibagi menjadi beberapa potong lalu di setiap potongan citra medis dilakukan pergeseran nilai
histogram. Dua buah titik puncak histogram dan titik nol histogram dicari selanjutnya, nilai histogram tersebut akan digeser ke kiri atau ke kanan. Data pasien disisipkan pada nilai histogram yang telah digeser sebelumnya. Hasilnya kualitas citra stego baik dan mempunya kapasitas yang cukup besar tergantung dari citra medis yang digunakan.
9
Tabel 1.1 Review Penelitian Sebelumnya tentang Steganografi (Lanjutan)
No. Penulis Paper Judul Paper Metode Paper 11 P. H. Pawar K. C. Jondhale [29] Histogram-Based Reversible Data Hiding Using Block Division
Data disembunyikan dalam citra medis. Citra medis dibagi menjadi beberapa blok. Setiap blok dilihat histogramnya kemudian dicari nilai minimum dan maximum frekuensinya. Data disisipkan pada tingkat piksel dengan frekuensi terbesar, untuk memaksimalkan kapasitas penyembunyian. Puncak histogram dari setiap blok
direlokasi untuk menyembunyikan data. Hasilnya adalah peningkatan kapasitas penyembunyian dan kualitas citra yang baik.
12. C. Vinoth Kumar, V. Natarajan, Deepipka Bhogadi. [2] High Capacity Reversible Data Hiding Based on Histogram Shifting for Medical Images
Citra medis dibagi menjadi beberapa blok dengan 4 langkah pembagian blok. Pembagian ini tidak bersifat overlappping. Setiap blok dilihat histogramnya untuk dimodifikasi dan disisipkan data rahasia. Metode ini cocok untuk digunakan pada citra medis yang daerah gelapnya cukup luas. Hasilnya adalah kapasitas
penyembunyian yang baik dengan kualitas citra yang baik.
13. Chin-Feng Lee Chin-Chen Chang Cheng-You Gao [31] A Two-staged Multi-level Reversible Data Hiding Exploiting Lagrange Interpolation
Interpolasi Lagrange digunakan pada piksel ganjil dan genap untuk menghasilkan citra prediksi. Modifikasi pergeseran histogram digunakan untuk menyisipkan data rahasia ke dalam perbedaan antara citra asli dan citra prediksi.
Hasilnya adalah skema
penyembunyian data ini mampu meningkatkan kapasitas
penyembunyian dan mampu mempertahankan kualitas citra. Steganografi dengan berkas medis dijumpai pada metode modifikasi pergeseran histogram sedangkan metode interpolasi memanfaatkan citra berwarna dan citra berskala keabuan. Walaupun, metode modifikasi histogram awalnya diterapkan pada citra berskala keabuan, selanjutnya metode ini berkembang untuk
10
citra medis. Metode yang diusulkan pada penelitian ini adalah dengan memodifikasi metode interpolasi untuk citra medis. Metode interpolasi yang dipilih adalah metode interpolasi edge detector for scalable images. Metode ini dipilih karena pada hasil interpolasi dan penyembunyian dikatakan mampu mempertahankan kualitas citra stego serta mempunyai kapasitas penyembunyian yang cukup besar. Di samping itu, metode ini dapat memberikan perbedaan penyisipan pada daerah tepi dan bukan tepi dari suatu objek dari citra. Metode ini diperkenalkan oleh Yung dkk pada tahun 2012.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan steganografi pada citra medis untuk menyembunyikan informasi berupa data teks sehingga pihak yang tidak berkepentingan tidak menyadari adanya informasi tersembunyi di dalam citra tersebut. Dengan tidak menyadari bahwa di dalam citra medis tersimpan informasi maka pihak yang tidak berkepentingan tidak menggali lebih dalam mengenai citra tersebut. Dengan demikian, informasi yang tersembunyi di dalam citra medis dapat tersimpan dan tersembunyi. Informasi medis tersebut disembunyikan karena bersifat rahasia dan pribadi yang tidak perlu diketahui banyak pihak. Informasi yang berupa data teks dan telah disembunyikan tersebut kemudian dikembalikan menjadi data asli dan citra stego dapat dikembalikan menjadi citra semula.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah menyembunyikan informasi berupa data teks ke dalam suatu citra medis agar tidak menyebabkan pihak tidak berkepentingan mencuri perhatian terhadap citra yang terlihat mencurigakan. Penyembunyian data dalam bidang medis ini menjadi sorotan dikarenakan pertukaran data via Internet sudah semakin berkembang serta database data pasien bersifat rahasia dan pribadi.
