Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box

(1)

Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan

Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe

Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box

Artikel Ilmiah

Peneliti :

Abrio Johan Leodrian (672011060) Magdalena A. Ineke Pakereng, M.Kom.

Program Studi Teknik Informatika

Fakultas Teknologi Informasi

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Desember 2016

(2)

Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan

Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe

Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box

Artikel Ilmiah

Diajukan kepada Fakultas Teknologi Informasi

Untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer

Peneliti :

Abrio Johan Leodrian (672011060) Magdalena A. Ineke Pakereng, M.Kom.

Program Studi Teknik Informatika

Fakultas Teknologi Informasi

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga Desember 2016

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap

Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-box

1)

Abrio Johan Leodrian, 2)Magdalena A. Ineke Pakereng

Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen Satya Wacana

Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Indonesia

E-mail: 1) [email protected], 2)[email protected]

Abstract

Cryptography is the science which used to secure data. To opimize the level of the security, the crypthography needs to be developed. In this research, the

researcher design an Block Cipher 64-bit Cryptography with Loop Pattern base that produce random Ciphertext. Block Cipher 64-bit Crypthography with Loop Pattern base have 20 cycle of enscription process, which the result of the cycle will be transform using S-Box subtitution table. After the transformation process, the result will be more random Ciphertext in Avalanche Effect trial which is already reached 56.25% point. This crypthography can be an alternative options to secure data.

Keywords: Block Cipher, Cryptography,Bonding Patterns Jimbe, S-Box AES

Abstrak

Kriptografi merupakan ilmu yang digunakan untuk mengamankan data. Untuk meningkatkan tingkat keamanannya maka kriptografi perlu dikembangkan. Dalam penelitian ini dirancang Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe yang menghasilkan Ciphertext yang acak. Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe memiliki 20 (dua puluh) putaran proses enkripsi dimana hasil dari proses ke-20 ditransformasi menggunakan tabel substitusi S-Box sehingga menghasilkan Ciphertext yang lebih acak pada pengujian Avalanche

Effect yang sudah mencapai 56.25% sehingga dapat digunakan sebagai alternatif

dalam pengamanan data.

Kata Kunci: Block Cipher, Kriptografi, Pola Ikatan Jimbe, S-Box AES

1)

Mahasiswa Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Kristen Satya Wacana

2)

(9)

1. Pendahuluan

Keamanan data merupakan hal yang terpenting dalam berkomunikasi khususnya dalam komunikasi data seperti berkomunikasi melalui social media, email,pesan dan lain–lain. Komunikasi data melibatkan pertukaran pesan antara dua entitas, yaitu pengirim dan penerima. Dalam proses pertukaran data, data dapat saja diubah, disisipkan atau dihilangkan oleh pihak yang tidak bertanggung jawab, sehingga dibutuhkan keamanan data yang baik dalam menjaga kerahasiaan informasi tersbut. Dalam teknik kriptografi untuk mengamankan data terdapat teknik enkripsi dan hasil enkripsi dikenal dengan Ciphertext. Ciphertext merupakan perubahan dari bentuk data asli ke dalam bentuk data acak yang tidak diketahui oleh orang lain selain pengirim dan penerima.

Dalam kriptografi terdapat dua konsep utama yaitu enkripsi yang merupakan proses mengubah data yang dikirim (Plaintext) menjadi data acak

(Ciphertext) dan deksripsi yang merupakan kebalikan dari enkripsi dimana ciphertext diubah kembali menjadi plaintext. Secara umum terdapat 3 (tiga) jenis

algortima di dalam kriptografi modern, yaitu simetris, asimetris, dan fungsi hash

(One Way Fuction) [1]. Salah satu ukuran untuk menentukan kekuatan algoritma

kriptografi adalah Avalanche Effect-nya. Algoritma yang baik memiliki

Avalanche Effect tinggi. Avalanche Effect merupakan perubahan jumlah bit,

apabila plaintext diubah sehingga menghasilkan perubahan ciphertext yang signifikan.

Penelitian ini merancang sebuah algoritma kriptografi dengan pendekatan

block cipher yang berbasis 64 bit dengan pola ikatan jimbe, pola ikatan jimbe

digunakan karena pemasukan bit yang acak dan berliku-liku. Dimana juga terdapat proses optimasi untuk mendapatkan sebuah urutan proses yang terbaik. Pada algoritma block cipher yang dirancang menggunakan skema transposisi dengan pola ikatan jimbe sebagai alur pemasukan bit, dikombinasi dengan pola horizontal sebagai alur pengambilan bit pada sebuah kotak matriks. S-Box Advance Encryption Standard (AES digunakan sebagai skema substitusi sebagai

peningkatan terhadap perubahan Ciphertext dan Peningkatan Avalanche Effect. Kriptografi simetris digunakan dalam penelitian ini dengan menggunakan satu kunci untuk proses enkripsi dan dekripsi, digunakan karena tidak membutuhkan proses komputasi yang rumit pada proses enkripsi dan dekripsi.

2. Tinjauan Pustaka

Penelitian sebelumnya yang menjadi acuan dalam penelitian yang dilakukan, dijelaskan sebagai berikut, yang pertama adalah “Designing an

algorithm with high Avalanche Effect”. Penelitian ini membahas tetang

perancangan kriptografi block cipher berbasis 64 bit menggunakan gabungan kriptografi klasik dengan kirptogafi moderen untuk peningkatan Avalanche Effect [2].

Penelitian kedua berjudul “Perancangan Algoritma pada Kriptografi Block

Cipher dengan Teknik Langkah Kuda”. Penelitian ini membahas tetang

(10)

teknik langkah kuda sebagai metode pemasukan bit plaintext pada blok matriks [3].

Berdasarkan penelitian-penelitian yang pernah dilakukan terkait perancangan kriptografi block cipher berbasis pola dan pengembangan block

cipher dengan S-Box, maka dirancang sebuah kriptografi block cipher 64 Bit

berbasis pola Ikatan Jimbe. Perbedaan penelitian ini dengan yang sebelumnya yaitu “Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block

Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box” dengan urutan proses sebanyak 20 kali. Pada penelitian ini proses enkripsi

dan dekripsi dilakukan sebanyak 20 putaran.

Pada bagian ini juga dibahas teori pendukung yang digunakan dalam perancangan algoritma kriptografi block cipher 64 Bit berbasis pola Ikatan Jimbe. Kriptografi adalah ilmu mengenai teknik enkripsi dimana data diacak menggunakan suatu kunci enkripsi menjadi sesuatu yang sulit dibaca oleh seseorang yang tidak memiliki kunci dekripsi.

Salah satu metode dalam kriptografi modern yaitu block cipher. Block

cipher merupakan algoritma simetris yang mempunyai input dan output yang

berupa block dan setiap bloknya biasanya terdiri dari 64 bit atau lebih. Pada block

cipher, hasil enkripsi berupa block ciphertext biasanya mempunyai ukuran yang

sama dengan block plaintext. Dekripsi pada block cipher dilakukan dengan cara yang sama seperti pada proses enkripsi. Secara umum dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Skema Proses Enkripsi-Dekripsi Pada Block Cipher [4]

Misalkan block plaintext (P) yang berukuran n bit

P = (P1,P2,…,Pn) (1)

Blok ciphertext (C) maka blok C adalah

C = (C1,C2,…,Cn) (2)

Kunci (K) maka kunci adalah

K = (K1,K2,…,K3) (3)

Sehingga proses enkripsi adalah

Ek(P) = C (4)

(11)

Dk(C) = P (C) P (5) Sebuah kriptografi dapat dikatakan sebagai suatu teknik kriptografi, harus melalui uji kriptosistem terlebih dahulu yaitu diuji dengan metode Stinson. Sebuah sistem dikatakan sebagai sistem kriptografi jika memenuhi lima tupel (Five tuple):

1. P adalah himpunan berhingga dari plaintext, 2. C adalah himpunan berhingga dari ciphertext,

3. K merupakan ruang kunci (keyspace), adalah himpunan berhingga dari kunci,

4. Untuk setiap k ϵ K, terdapat aturan enkripsi ek ϵ E dan berkorespodensi

dengan aturan dekripsi dk ϵ D. Setiap 𝑒𝑘 ∶ 𝑷 ⟶ 𝑪 dan 𝑑𝑘 ∶ 𝑪 ⟶ 𝑷 adalah fungsi sedemikian hingga 𝑑𝑘(𝑒𝑘(𝑥)) = 𝑥 untuk setiap plaintext 𝑥 𝜖 𝑷.

Penguji nilai algoritma yang dirancang memiliki hasil ciphertext yang acak dari

plaintext maka digunakan Persamaan 6, dimana variable X merupakan plaintext

dan Y merupakan ciphertext.

𝑟 =

nΣxy – (Σx) (Σy)

√

{nΣx² – (Σx)²} {nΣy2² – (Σy)²}

(6) Dimana:

n = Banyaknya pasangan data X dan Y Σx = Total jumlah dari variabel X Σy = Total jumlah dari variabel Y Σx2

= Kuadrat dari total jumlah variabel X Σy2

= Kuadrat dari total jumlah variabel Y

Σxy = Hasil perkalian dari total jumlah variabel X dan variabel Y

Keacakan nilai diketahui dari hasil enkripsi antara ciphertext dengan

plaintext digunakan diferensiasi data, dimana perbandingan selisih antara dua titik

dalam kalkulus, Metode ini sering disebut sebagai turunan atau kemiringan dari data. Jika diberikan data ((x1,y1), (x2,y2), (x3,y3), …, (xn,yn)) dengan syarat bahwa xi<xi+1 dimana i = 1…n. Data tersebut dapat divisualisasikan ke dalam koordinat

Cartesius untuk setiap x sebagai variabel bebas dan y atau kadang ditulis sebagai

f(x) sebagai variabel tak bebas. Untuk menentukan diferensiasi data pada dua titik

maka persamaan yang dapat dibentuk terlihat pada Persamaan 7.

Dy

Dx =

(y_b-y_a)

(x_a-x_b) (7) dengan (xa, ya) sebagai titik pertama, dan titik berikutnya adalah (xb, yb). Apabila

terdapat n data maka untuk menentukan rata-rata dari diferensiasi data dapat dicari untuk melihat tren dari setiap data rataan diferensiasi (Rd) untuk melihat

(12)

(8)

Persamaan 9 digunakan untuk mencari nilai keacakan data dari plaintext dan ciphertext, dapat dijelaskan bahwa G merupakan rata-rata untuk hasil

plaintext (P) dikurangi ciphertext (H) dibagi dengan plaintext (P) untuk n adalah

indeks dari plaintext dan ciphertext.

(9)

Pengujian statistika menggunakan korelasi yang merupakan suatu teknik statistik yang dipergunakan untuk mengukur kekuatan hubungan dua variabel dan juga untuk mengetahui bentuk hubungan antara dua variabel tersebut dengan hasil yang sifatnya kuantitatif. Kekuatan hubungan antara dua variabel biasanya disebut dengan koefisien korelasi dan dilambangkan dengan simbol “r”. Nilai koefisien r akan selalu berada di antara -1 sampai +1, sehingga diperoleh Persamaan -1 < r < + 1 [5], untuk memudahkan menentukan kuat lemahnya hubungan antara variabel yang diuji maka dapat digunakan Tabel 1.

Tabel 1 Klasifikasi Koefisien Korelasi [5]

Interval Koefisien Tingkat Hubungan

0,00 – 0,199 Sangat Rendah

0,20 – 0,399 Rendah

0,40 – 0,599 Sedang

0,60 – 0,799 Kuat

0,80 – 1,000 Sangat Kuat

Merujuk pada Persamaan 8 maka secara matematis nilai r diperoleh dari jumlah nilai selisih perkalian antara x dan y dengan hasil perkalian jumlah total x dan y dibagi dengan hasil akar dari selisih untuk perkalian jumlah x kuadrat dengan kuadrat pangkat dua untuk jumlah total x dengan selisih jumlah y kuadrat dengan kuadrat pangkat dua untuk jumlah total y dimana x sebagai plaintext dan y sebagai ciphertext sehingga dapat diperoleh Persamaan 10 [6].

(10)

3. Metode dan Perancangan Algoritma

Tahapan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini dapat dibagi ke dalam 5 (lima) tahap yaitu: (1) tahap identifikasi masalah, (2) tahap pengumpulan



  I P H P G (( n n)/ n)   } ) ( }{ ) ( { ) ( 2 2 2 2           y y n x x n y x xy n r

(13)

data, (3) tahap perancangan kriptografi, (4) tahap pengujian kriptografi, (5) tahap penulisan artikel ilmiah.

Gambar 2 Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian pada Gambar.2, dapat dijelaskan sebagai berikut,

Tahap Identifikasi Masalah : Pada tahap ini dilakukan analisis terhadap

permasalahan yang ada, terkait dengan proses perancangan kriptografi berbasis pola Ikatan Jimbe; Tahap Pengumpulan Data : Dalam tahapan ini dilakukan pengumpulan terhadap data dari jurnal-jurnal terkait, buku, serta sumber mengenai pembahasan terkait penelitian tersebut; Tahap Perancangan Kriptografi Pada tahap ini akan dilakukan perancangan kriptografi berbasis pola Ikatan Jimbe, untuk pembuatan kunci, proses enkripsi dan proses dekripsinya yang dikombinasikan dengan XOR dan menggunakan tabel S-Box untuk substitusi byte;

Tahap Pengujian Kriptografi : Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap

kriptografi yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan analisis pengaruh Perubahan Ciphertext dengan menggunakan kombinasi S-Box; Tahap Penulisan

Artikel Ilmiah : Dalam tahap terakhir ini dilakukan penulisan artikel tentang

“Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box”.

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini yaitu: 1) Proses enkripsi hanya dilakukan pada teks; 2) Pola Ikatan Jimbe digunakan pada proses transposisi

plaintext; 3) Jumlah plaintext dan kunci dibatasi yaitu menampung 8 karakter

serta proses putaran terdiri dari 20 putaran; 4) Panjang block adalah 64 Bit.

Dalam penelitian ini perancangan algoritma kriptografi ”Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box”, dilakukan 4 (empat) proses untuk 1 (satu) putaran enkripsi. Enkripsi sendiri dilakukan dalam 20 putaran yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Identifikasi Masalah

Pengumpulan Data

Perancangan Kriptografi

Pengujian Kriptografi

(14)

Gambar 3 Rancangan Alur Proses Enkripsi

Gambar 3 merupakan rancangan alur proses enkripsi. Langkah-langkah alur proses enkripsi dapat dijabarkan sebagai berikut: a) Menyiapkan plaintext; b) Mengubah plaintext menjadi biner sesuai dalam tabel ASCII; c) Dalam rancangan enkripsi plaintext dan kunci akan melewati empat proses pada setiap putaran sesudah melewati putaran plaintext dan kunci disubstitusikan ke tabel S-BOX: 1) Putaran pertama Plaintext 1 (P1) melakukan transformasi dengan pola Ikatan Jimbe, dan disubstitusikan ke tabel S-BOX di-XOR dengan Kunci 1 (K1) yang telah disubstitusikan ke tabel S-BOX menghasilkan Plaintext 2 (P2); 2) Plaintext 2 (P2) melakukan transformasi dengan pola Ikatan Jimbe dan di-XOR dengan Kunci 2 (K2) menghasilkan Plaintext 3 (P3); 3) Plaintext 3 (P3) melakukan transformasi dengan pola Ikatan Jimbe dan di-XOR dengan Kunci 3 (K3) menghasilkan Plaintext 4 (P4); 4) Plaintext 4 (P4) disubstitusikan ke tabel S-BOX di-XOR dengan Kunci 4 (K4) yang telah disubstitusikan ke tabel S-BOX hasil XOR substitusi P4 dan K4 kemudian menghasilkan Plaintext 5 (P5); 5) Plaintext 5 (P5) masuk pada putaran selanjutnya dengan alur proses yang sama dengan putaran pertama, dan tahapan tersebut akan berlanjut sampai putaran ke-20 yang menghasilkan Ciphertext (C).

4. Hasil dan Pembahasan

Dalam bagian ini akan membahas mengenai “Pengaruh Perubahan

Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola

Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box dengan terperinci”.

Dalam algoritma ini pola Ikatan Jimbe digunakan untuk proses pengambilan bit di dalam matriks Plaintext. Pada Gambar 4, Gambar 5, dan Gambar 6 adalah proses pembuatan pola Ikatan Jimbe.

(15)

Gambar 4 Pembuatan Pola Ikatan Jimbe

Gambar 4 menjelaskan pembuatan pola ikatan jimbe dengan cara membagi blok 64 Bit menjadi 3 bagian seperti pewarnaan pada area di Gambar 4.

Gambar 5 Pola Ikatan Jimbe

Gambar 5 menjelaskan mengenai pengambilan bit pada pola ikatan jimbe dengan mengikuti arah anak panah pada pola ikatan jimbe, adapun cara pengambilan bit-bit tersebut akan dijelaskan pada Gambar 6.

(16)

Pengambilan Bit pada Pola A

Pengambilan Bit pada Pola B

Pengambilan Bit pada Pola C

Pengambilan Bit pada Pola D

Gambar 6 Pengambilan Bit yang Dilewati Pada Pola Ikatan Jimbe

Gambar 6 menjelaskan tentang pengambilan bit-bit yang terlewati pada pola Ikatan Jimbe seperti penjelasan sebelumnya di Gambar 5. Cara pengambilan bit-bit tersebut mengikuti Warna, dimana warna kuning adalah proses pengambilan pertama, kemudian warna merah adalah proses pengambilan kedua dan warna biru adalah proses pengambilan ketiga pada pola dan dapat dilihat pada

(17)

Gambar 6. Adapun bit–bit yang tidak terlewati pola dan cara pengambilan bit–bit tersebut akan dijelaskan pada Gambar 7.

Gambar 7 Pengambilan Bit Yang Dilewati Pada Pola Ikatan Jimbe

Sebelum memasuki penjelasan lebih terperinci lagi tentang cara kerja proses keseluruhan, seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya mengenai “Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box”, di dalam penelitian ini cara untuk mengetahui pengaruh perubahan ciphertext dengan menggunakan kombinasi S-Box adalah sebagai berikut. Pertama, pola pemasukan bit dan pengambilan bit pada plaintext untuk pola A (proses 1), pola B (proses 2), pola C (proses 3), dan pola D (proses 4). Pola-pola atau proses-proses tersebut diinisialisasikan A, B, C, D begitupun pada pola atau proses pemasukan bit dan pengambilan bit pada kunci diinisialisasikan dengan A, B, C, D. Kedua, setelah selesai menginisialisasikan dari masing-masing proses plaintext dan kunci, hasil inisialisasi dikombinasikan dengan ketentuan hasil kombinasi tidak memiliki perulangan proses yang sama, contoh hasil kombinasi plaintext dan kunci ABCD yang memiliki perulangan proses yang sama yaitu ABCB, dimana proses B merupakan hasil kombinasi yang memiliki perulangan proses. Tidak adanya perulangan proses dari setiap kombinasi, dapat menghasilkan kombinasi plaintext sebanyak 24 kombinasi dan hasil kombinasi kunci sebanyak 24 kombinasi yang sama yaitu ABCD. Hasil 24 kombinasi dari plaintext ABCD dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8 Hasil 24 Kombinasi Plaintext dan Kunci ABCD

Setelah mendapatkan hasil kombinasi, setiap hasil kombinasi plaintext dan kunci ABCD dimasukkan ke dalam konsep kerja dasar enkripsi algoritma kriptografi block cipher dengan metode transposisi, konsep kerja dasar enkripsi algoritma kriptogafi block cipher dengan metode transposisi dapat dilihat pada Gambar 9.

(18)

Gambar 9 Konsep Dasar Proses Enkripisi

Gambar 9 menjelaskan konsep dasar proses enkripsi algoritma kriptografi dengan langkah sebagai berikut : 1) P1 xor K1 = C1, C1 merupakan patokan untuk pemasukan bit di P2 dan K1 merupakan patokan untuk pemasukan bit di K2; 2) Proses selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama seperti cara kerja proses pada langkah 1, sampai menghasilkan C4, dimana C4 = P4 xor K4.

(19)

Gambar 10 menjelaskan konsep dasar dekripsi algoritma kriptografi dengan langkah sebagai berikut : 1) C4 = P4 xor K4, C4 merupakan patokan untuk pemasukan bit di P3 dan K4 merupakan patokan untuk pemasukan bit di K3; 2) Proses selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama seperti cara kerja proses pada langkah 1, sampai menghasilkan C1, dimana P1 xor K1 = ASCII.

Setelah memahami konsep dasar enkripsi dan dekripsi pada Gambar 9 dan Gambar 10, maka untuk memahami penjelasan sebelumnya tentang hasil dari masing-masing kombinasi plaintext dan kunci dimasukkan ke dalam konsep kerja dasar enkripsi algoritma kriptografi block cipher. Dalam penelititan ini mengangkat sebuah contoh yaitu, ADBC adalah salah satu hasil kombinasi

plaintext sebagai urutan proses plaintext dan ABCD adalah hasil kombinasi kunci

sebagai urutan proses kunci apabila hasil kombinasi tersebut dimasukkan ke dalam konsep kerja dasar enkripsi algoritma kriptografi block cipher, akan menjadi sebagai berikut : kombinasi plaintext ADBC, A = P1, D = P2, B = P3, dan C = P4. Kombinasi kunci ABCD, A = K1, B = K2, C = K3, D = K4. Setelah selesai memasukkan semua hasil kombinasi dari plaintext dan kunci ABCD, dilakukan pengujian korelasi atau nilai keterikatan antara plaintext dan ciphertext untuk mendapatkan urutan proses yang terbaik dengan cara sebagai berikut : 1. Plaintext berubah dan kunci tetap,

Plaintext 1 = FTI UKSW Plaintext 2 = 1N0V@T!V Plaintext 3 = F4KULT@5

Kunci tetap = R130MAIP

2. Plaintext tetap dan kunci berubah, Plaintext = FTI UKSW

Kunci 1 = R130MAIP Kunci 2 = J4R!NG@N Kunci 3 = S@L4T1G4

Berdasarkan hasil pengujian korelasi dengan menggunakan contoh

plaintext dan kunci tersebut maka hasil rata-rata korelasi terbaik yang akan

digunakan sebagai acuan perancangan dalam proses enkripsi dan proses dekripsi untuk melihat pengaruh perubahan ciphertext dengan menggunakan tabel S-Box. Dimana setiap hasil korelasi diabsolutkan atau diubah ke bilangan positif, karena hasil korelasi tidak selamanya positif melainkan ada juga yang negatif. Dimana dalam penentuan korelasi nilai yang positif dan negatif hanya menentukan posisi dari korelasi antara kiri atau kanan.

(20)

Gambar 11 Rata-Rata Korelasi

Gambar 11 menjelaskan tentang hasil rata–rata korelasi yang terbaik dari hasil rata-rata korelasi kombinasi plaintext dan kunci ABCD.

Setelah mendapatkan rata-rata hasil korelasi terbaik yaitu 0,095322338 dengan urutan proses plaintext ADBC yang sudah dimasukkan ke dalam konsep kerja dasar enkripsi algoritma kriptografi block cipher (Gambar 9) dan digabungkan dengan S-Box (Gambar 3) yang berfungsi untuk mengetahui perubahan ciphertext yang terjadi jika menggunakan S-Box. Dalam penelitian ini untuk mengetahui perubahan ciphertext menggunakan plaintext DISASTER dan melakukan perbandingan menggunakan perubahan plaintext menjadi DISCSTER dengan kunci tetap atau sama yaitu SRIRAMSR, karena perbandingan antara

plaintext DISASTER dan DISCSTER dengan menggunakan kunci yang sama

yaitu SRIRAMSR mendapatkan hasil Avalanche Effect sebesar 56,25 % dengan total perubahan jumlah bit sebanyak 20 perubahan bit [2].

Sehingga plaintext tersebut yang menjadi acuan dalam penelitian ini untuk mengetahui perubahan ciphertext yang terjadi jika menggunakan S-Box pada “Pengaruh Perubahan Ciphertext Terhadap Perancangan Kriptografi Block Cipher 64 Bit Berbasis Pola Ikatan Jimbe Dengan Menggunakan Kombinasi S-Box”.

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya urutan kombinasi proses plaintext dimasukkan ke dalam konsep kerja dasar enkripsi kriptografi block cipher dan digabungkan dengan tabel substitusi S-Box, proses kerja keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 12.

(21)

Gambar 12 Proses Enkripsi Setelah Digabungkan dengan Tabel S-Box

Gambar 12 menjelaskan tentang proses enkripsi keseluruhan gabungan antara konsep dasar enkripsi algoritma kriptografi block cipher menggunakan metode transposisi dengan tabel substitusi S–Box, dengan langkah kerja sebagai berikut : 1) Menyiapkan Plaintext dan Kunci; 2) Plaintext sebelum dimasukkan dalam proses 1, karakter Plaintext dan Kunci dikonversi ke ASCII, ASCII ke Hexa, kemudian Hexa ke Biner; 3) Biner Plaintext dan Kunci dimasukkan ke dalam proses 1, selanjutnya menjadi pemasukan dan mengambilan bit mengikuti pola lalu menghasilkan P1 dan K1 kemudian disubstitusikan dengan menggunakan tabel S-Box, P1 dan K1 hasil substitusi dengan menggunakan tabel

S-Box di-XOR kemudian menghasilkan C1, dimana C1 dan K1 merupakan

patokan untuk pemasukan di proses 2; 4) Biner C1 dan K1 dimasukkan ke dalam proses 2 dengan melakukan pemasukan dan pengambilan bit mengikuti pola lalu menghasilkan P2 dan K2, P2 dan K2 di-XOR kemudian menghasilkan C2, dimana C2 dan K2 merupakan patokan untuk pemasukan di proses 3; 5) biner C2 dan K2 dimasukkan ke dalam proses 3 dengan melakukan pemasukan dan pengambilan bit mengikuti pola lalu menghasilkan P3 dan K3, P3 dan K3 di-XOR

(22)

kemudian menghasilkan C3, dimana C3 dan K3 merupakan patokan untuk pemasukan di proses 4; 6) Biner C3 dan K3 dimasukkan ke dalam proses 4 dengan melakukan pemasukan dan pengambilan bit mengikuti pola lalu disubstitusikan ke dalam tabel substitusi S-Box menghasilkan P4 dan K4, P4 dan K4 hasil substitusi dengan menggunakan tabel S-Box di-XOR kemudian menghasilkan C4, dimana biner C4 dikonversi ke dalam Hexa. Untuk proses putaran berikutnya melakukan hal yang sama mengikuti langkah kerja dari 1 – 6, dimana hasil substitusi dari C4 dan K4 menjadi patokan untuk putaran berikutnya.

Tabel 2 Algoritma Proses Enkripsi

Proses Enkripsi

1. Masukkan Plaintext 2. Plaintext diubah ke ASCII 3. ASCII diubah ke HEXA 4. Nilai HEXA diubah ke BINER

5. Bit Biner dimasukkan ke kolom matriks P1 menggunakan pola pemasukan bit proses A pada Plaintext

6. Bit P1 ditransposisikan dari kolom matriks P1 dengan pola pengambilan bit proses A pada Plaintext

7. Nilai pengambilan bit P1 disubstitusikan dengan tabel S-Box

8. Hasil substitusi S-Box P1 di-XOR dengan hasil substitusi S-Box K1 menghasilkan C1 9. C1 = P2

10. Bit Biner dimasukkan ke kolom matriks P2 menggunakan pola pemasukan bit proses D pada Plaintext

11. Bit P2 ditransposisikan dari kolom matriks P2 dengan pola pengambilan bit proses D pada Plaintext

12. P2 di-XOR dengan K2 menghasilkan C2 13. C2 = P3

14. Bit Biner dimasukkan ke kolom matriks P3 menggunakan pola pemasukan bit proses B pada Plaintext

15. Bit P3 ditransposisikan dari kolom matriks P3 dengan pola pengambilan bit proses B pada Plaintext

16. P3 di-XOR dengan K3 menghasilkan C3 17. C3 = P4

18. Bit Biner dimasukkan ke kolom matriks P4 menggunakan pola bit pemasukan proses C pada Plaintext

19. Bit P4 ditransposisikan dari kolom matriks P4 dengan pola pengambilan bit proses C pada Plaintext

20. Nilai pengambilan bit P4 disubstitusikan dengan tabel S-Box

21. Hasil substitusi S-Box P4 di-XOR dengan hasil subtitusi S-Box K4 menghasilkan C4, hasil C4 merupakan nilai Biner

22. Biner C4 diubah ke HEXA

Tabel 2 menjelaskan tentang algoritma proses enkripsi dari Plaintext menjadi Ciphertext.

Tabel 3 Algoritma Proses Dekripsi

Proses Dekripsi

1. Masukkan Ciphertext

2. Nilai Ciphertext diubah ke Biner 3. Biner C4 di-XOR-kan dengan K4

4. Hasil XOR Ciphertext dan K4 disubstitusikan dengan S-Box kemudian dimasukkan ke kolom matriks P4 menggunakan pola pengambilan bit proses C pada Plaintext

(23)

5. P4 ditransposisikan dari kolom matriks P4 dengan pola pemasukan bit proses C pada Plaintext

6. P4 = C3

7. C3 di-XOR dengan K3

8. Bit Biner hasil XOR antara C3 dan K3 dimasukkan ke kolom matriks P3 menggunakan pola pengambilan bit proses B pada Plaintext

9. P3 ditransposisikan dari kolom matriks P3 dengan pola pemasukan bit proses B pada Plaintext

10. P3 = C2

12. Bit Biner hasil XOR C2 dan K2 dimasukkan ke kolom matriks P2 menggunakan pola pengambilan bit proses D pada Plaintext

13. P2 ditransposisikan dari kolom matriks P2 dengan pola pemasukan bit proses D pada Plaintext

14. P2 = C1

16. Nilai XOR C1 dan K1 disubstitusikan dengan tabel S-Box

17. Hasil substitusi diubah ke Biner dimasukkan ke kolom matriks P1 menggunakan pola pengambilan bit proses A pada Plaintext

18. P1 ditransposisikan dari kolom matriks P1 dengan pola pemasukan bit proses A pada Plaintext

19. P1 = Plaintext

20. Hasil Plaintext dalam bentuk biner 21. Biner Plaintext diubah ke dalam ASCII 22. Nilai ASCII diubah ke dalam karakter

Tabel 3 menjelaskan tentang proses dekripsi dari Ciphertext menjadi karakter semula (karakter input).

Algoritma proses kunci (Key), adalah sebagai berikut : 1. Masukan Kunci

2. Kunci diubah ke ASCII 3. ASCII diubah ke HEXA 4. HEXA diubah ke Biner

5. Bit Kunci dimasukkan ke kolom matriks K1 menggunakan pola pemasukan bit proses A pada Kunci

6. Bit Kunci ditransposisikan dari kolom matriks K1 menggunakan pola pengambilan bit proses A pada Kunci

7. HEXA disubstitusikan dengan tabel S-Box 8. Hasil substitusi diubah ke dalam BINER

9. Hasil transposisi K1 dimasukkan ke kolom matriks K2 menggunakan pola pemasukan bit proses B pada Kunci

10. Bit K2 ditransposisikan dari kolom matriks K2 menggunakan pola pengambilan bit proses B pada Kunci

11. Hasil transposisi K2 dimasukkan ke kolom matriks K3 menggunakan pola pemasukan bit proses C pada Kunci

12. Bit K3 ditransposisikan dari kolom matriks K3 menggunakan pola pengambilan bit proses C pada Kunci

13. Hasil transposisi K3 dimasukkan ke kolom matriks K4 menggunakan pola pemasukan bit proses D pada Kunci

(24)

14. Bit K4 ditransposisikan dari kolom matriks K4 menggunakan pola pengambilan bit proses D pada Kunci

15. HEXA disubstitusikan dengan tabel S-Box 16. Hasil substitusi diubah ke dalam BINER

Pseudocode proses enkripsi dan proses dekripsi, dijelaskan sebagai berikut :

Proses Enkripsi

{Program ini digunakan untuk melakukan proses enkripsi data} Kamus P,K = String P1,P2,P3,P4,K1,K2,K3,K4,C1,C2,C3,C4 = byte Start C1  P1 ⊕ K1 Input P Read P P to ASCII ASCII to HEXA HEXA to BINER

Dari BINER = kolom matriks P1, masukkan BINER

P1 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses A BINER = Tabel S-Box, masukkan HEXA

HEXA substitusi menggunakan S-Box HEXA substitusi to BINER

Output P1 Input K Read K K to ASCII ASCII to HEXA HEXA to BINER

Dari BINER = kolom matriks K1, masukkan BINER

K1 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses A BINER = Tabel S-Box, masukkan HEXA

Output K1 Print C1 C1 = P2 C2  P2 ⊕ K2

P2 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses D Output P2

K2 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses B Output K2

Print C2 C2 = P3 C3  P3 ⊕ K3

(25)

Output P3

K3 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses C Output K3

Print C3 C3 = P4

P4 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses C BINER = Tabel S-Box, masukkan HEXA

Output P4 C4  P4 ⊕ K4

P4 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses C Output P4

K4 transposisi menggunakan pola pengambilan bit proses D BINER = Tabel S-Box, masukkan HEXA

Output K4 Print C4 C4 = Ciphertext Repeat End Proses Dekripsi

{Program ini digunakan untuk melakukan proses dekripsi data} Kamus P,K = String C,P1,P2,P3,P4,K1,K2,K3,K4,C1,C2,C3,C4 = byte Start K2  Transposisi K1 Input K Read K K to ASCII ASCII to HEXA

HEXA = Tabel S-Box, masukkan HEXA HEXA substitusi menggunakan S-Box HEXA substitusi to BINER

K1 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses A Output K2

K3  Transposisi K2

K2 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses B Output K3

(26)

K4  Transposisi K3

K3 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses C Output K4

K4 di substitusikan dengan S-Box Hasil substitusi S-Box diubah ke BINER

BINER ditransposisikan menggunakan pola pemasukan bit proses D Hasil transposisi = K4 P4  C4 ⊕ K4 Input C Read C C diubah ke BINER

Biner disubstitusi dengan inverse S-Box Hasil substitusi diubah ke BINER

Biner hasil substitusi = kolom matriks P4, masukkan BINER sesuai pola pengambilan bit proses B

C4 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses C C4 ⊕ K4

Print P4 P4 = C3 P3  C3 ⊕ K3

Dari BINER C3 = kolom matriks P3, masukkan BINER sesuai pola pengambilan bit proses C

C3 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses B C3 ⊕ K3

Print P3 P3 = C2 P2  C2 ⊕ K3

Dari BINER C2 = kolom matriks P2, masukkan BINER sesuai pola pengambilan bit proses A

C2 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses D C2 ⊕ K2

Print P2 P2 = C1 P1  C1 ⊕ K1

Biner C1 XOR K1 disubstitusi dengan inverse S-Box Hasil substitusi diubah ke BINER

BINER hasil substitusi = kolom matriks P1, masukkan BINER sesuai pola pengambilan bit proses D

C1 transposisi menggunakan pola pemasukan bit proses A C1 ⊕ K1 Print P1 P1 to ASCII Repeat ASCII to CHAR End

(27)

XOR

Gambar 13 Skema Proses Dekripsi

Gambar 13 menjelaskan alur proses pengembalian ciphertext ke plaintext. Pola yang digunakan sebagai pola pengambilan bit pada proses enkripsi akan digunakan sebagai pola pemasukan pada proses dekripsi. Sebaliknya pola pemasukan yang digunakan pada proses enkripsi akan digunakan sebagai pola pengambilan proses dekripsi sehingga dapat dikatakan pola ikatan Jimbe digunakan sebagai pola pemasukan bit pada proses dekripsi.

Proses dekripsi dimulai dengan memasukkan ciphertext pada kolom matriks C4 kemudian di-XOR dengan K4 hasil proses kunci pada proses keempat. Hasil XOR kemudian ditransposisikan menggunakan pola ikatan Jimbe.

Untuk menjelaskan secara detail proses pemasukan bit dan pengambilan bit dalam matriks maka diambil proses 1 pada putaran 1 sebagai contoh. Misalkan angka 1 merupakan inisialisasi setiap bit yang merupakan hasil konversi plaintext maka urutan bit adalah sebagai berikut 1, 2, 3, 4, ….. 64.

Gambar 14 Proses Pemasukan Bit dan Pengambilan Bit pada Plaintext

Gambar 14 menjelaskan tentang proses 1 pada plaintext, dimana pemasukan bit dari atas ke bawah seperti gambar di sebelah kiri dan pengambilan bit mengikuti pola Ikatan Jimbe terbalik seperti gambar sebelah kanan, dalam

C3 S-Box P3 P1 C2 P4 C4 P2 S-Box K3 C1 K2 C2 K1 K4

(28)

pembuatan pola Ikatan Jimbe ini dibagi menjadi 3 (tiga) bagian dan pengambilan bit diambil sebanyak 8 bit.

Gambar 15 Proses Pemasukan Bit dan Pengambilan Bit pada Kunci

Gambar 15 menjelaskan tentang proses 1 pada plaintext, dimana pemasukan bit dari atas ke bawah seperti gambar di sebelah kiri dan pengambilan bit mengikuti pola Ikatan Jimbe terbalik seperti gambar sebelah kanan, dalam pembuatan pola Ikatan Jimbe ini dibagi menjadi 3 (tiga) bagian dan pengambilan bit diambil sebanyak 8 bit.

Gambar 16 Hasil dari Pengambilan Plaintext A dan Kunci A

Gambar 16 menjelaskan tentang hasil dari pengambilan Plaintext 1 (P1) dan Kunci 1 (K1), dimana P1 dan K1 hasil substitusi ke tabel S-Box lalu di-XOR-kan sehingga menghasildi-XOR-kan Ciphertext 2 (C2).

C4 = P4 ⨁K4 (11) C4 kemudian dibagi menjadi 8 bit menjadi 8 bagian kemudian dikonversi ke bilangan heksadesimal kemudian diubah ke biner kemudian bit biner dimasukkan ke kolom matriks P1 menggunakan pola pemasukan bit proses A pada plaintext bit P1 ditransposisikan dari kolom matriks P4 dengan pola pengambilan bit proses A pada plaintext, nilai pengambilan bit P4 disubstitusikan dengan tabel S-Box dan di-XOR dengan K4 yang telah melalui proses substitusi dengan tabel S-Box. Hasil XOR dari C4 dan K4 yang menjadi patokan untuk pemasukan dan pengambilan di putaran berikutnya.

(29)

Gambar 17 Tabel Substitusi S-Box AES

Gambar.17, merupakan tabel substitusi S-Box yang digunakan dalam proses enkripsi. Cara pensubstitusian adalah sebagai berikut: untuk setiap byte pada array state, misalkan S[r, c] = xy, yang dalam hal ini xy adalah digit

hexadecimal dari nilai S[r, c], maka nilai substitusinya, dinyatakan dengan S’[r, c], adalah elemen di dalam S-Box yang merupakan perpotongan baris x dengan

kolom y.Misalnya S[0, 0] = 19, hasil perpotongannya adalah S’[0, 0] = d4.

Urutan kombinasi pada Gambar 10 merupakan urutan kombinasi yang digunakan dalam perancangan kriptografi pada penelitian ini. Dalam pengaruh perubahan ciphertext jika menggunakan urutan kombinasi yang telah digabungkan dengan tabel substitusi S-Box dan tanpa menggunakan tabel substitusi S-Box mendapatkan hasil Avalanche Effect sebesar 56,25 % dan tanpa menggunakan tabel substitusi S-Box mendapatkan hasil Avalanche Effect sebesar 1,5625 % dengan jumlah perubahan bit sebanyak 20 perubahan, untuk lebih jelas hasilnya dapat dilihat pada Gambar 18 dan Gambar 19.

Gambar 18 Grafik Hasil Avalanche Effect dengan S-Box

Untuk pengujian algoritma dengan menggunakan tabel substitusi S-Box karena sangat berpengaruh pada perubahan ciphertext kemudian dilakukan dengan mengambil plaintext FTI UKSW dan kunci R130 MAIP. Setelah melewati proses

(30)

enkripsi yang telah dijabarkan sebelumnya maka mendapatkan ciphertext yang telah dikonversi ke dalam nilai hexadecimal, dapat dilihat pada Tabel.4.

Tabel 4 Hasil Setiap Putaran

Putaran Ciphertext Putaran 1 D990FA84F66CD0E8 Putaran 2 4D41FCB0CD44A3BE Putaran 3 8E3EE69427FB7427 Putaran 4 7E801FFB8AE1A396 Putaran 5 B49E5D27C8D9CED9 Putaran 6 D23BA924BF79E9D7 Putaran 7 E9FA6A45D74437E6 Putaran 8 1C30C7BB280C9F4E Putaran 9 Putaran 10 Putaran 11 Putaran 12 Putaran 13 Putaran 14 Putaran 15 Putaran 16 Putaran 17 Putaran 18 Putaran 19 Putaran 20 65978AA758227D9C 74BB373C94E8A9CE F11033CAC2CDBC53 F8E311135BE05141 8CE08F18CA562FAA 4170C14FF198A363 8160E4D747BC9C82 0BEECAAB43ACCD7E B7439D0296740C8C 3B40D871AFA1D76B 4B1115E67DF37A69 4F055D0B4F2E35AD

Tabel 4 merupakan hasil enkripsi dari setiap putaran. Hasil dari putaran 20 merupakan final ciphertext. Nilai korelasi antara plaintext dan ciphertext dapat digunakan untuk mengukur seberapa acak hasil enkripsi (ciphertext) dengan

plaintext. Nilai korelasi sendiri berkisar -1 sampai +1, dimana jika nilai kolerasi

mendekati 1 maka plaintext dan ciphertext memiliki nilai yang sangat berhubung, tetapi jika mendekati 0 maka plaintext dan ciphertext tidak memiliki nilai yang berhubungan.

Tabel 5 Nilai korelasi Setiap Putaran Putar Nilai Korelasi Putaran 1 0,272476417 Putaran 2 0,169100973 Putaran 3 -0,292300111 Putaran 4 -0,022186768 Putaran 5 -0,377805537 Putaran 6 -0,393841089 Putaran 7 0,811366455 Putaran 8 -0,066837338 Putaran 9 Putaran 10 Putaran 11 -0,137382089 -0,293022534 0,495207089

(31)

Putaran 12 Putaran 13 Putaran 14 Putaran 15 Putaran 16 Putaran 17 Putaran 18 Putaran 19 Putaran 20 -0,56275269 -0,1055336 -0,600412648 0,562311002 0,593529059 -0,596950869 -0,040192191 0,119671376 -0,423910663

Pada Tabel 5 terlihat beberapa putaran memiliki nilai korelasi lemah dan yang lainnya tidak memiliki korelasi yang signifikan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa algoritma kriptografi block cipher 64 bit berbasis pola Ikatan Jimbe dapat menghasilkan hasil enkripsi yang acak. Untuk melihat lebih jelasnya keterikatan antara plaintext dan ciphertext dapat dilihat pada Gambar 17.

Gambar 19 Grafik Nilai Korelasi

Pengujian perbedaan output dalam pengaruh perubahan ciphertext jika salah satu karakter input ditambahkan atau dihapus, dapat dilihat pada Tabel 6.

Tabel 6 Hasil Pengujian Perbedaan Output dengan S-Box

Input Output F BBFA8672AD893821 FT 203F03E7D9A0BA8E FTI 60D0D95708FAA951 FTI 2A710490540629E5 FTI U 05EC53CABFD86050 FTI UK C8B78EB015D8833C

FTI UKS CF5B5A293C0318BA

FTI UKSW 4F055D0B4F2E35AD

Berdasarkan hasil pengujian pada Tabel 6, dapat dilihat bahwa setiap penambahan karakter pada input membuat perubahan signifikan pada output.

(32)

5. Simpulan

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa hasil penelitian memenuhi konsep kriptografi yaitu proses enkripsi dan dekripsi, serta konsep five-tuple Stinson, sehingga dapat dikatakan sebagai sistem kriptografi. Selain itu perubahan 1 (satu) karakter dapat membuat perubahan signifikan pada

ciphertext karena adanya tabel substitusi S-Box yang dipasang pada Proses 1 (P1)

dan Kunci 1 (K1) sebelum proses kedua dan sesudah pengambilan bit Proses 4 (P4) dan Kunci 4 (K4) terakhir setiap putaran. Adapun pada pengujian korelasi setiap putaran memiliki nilai korelasi lemah sehingga dapat disimpulkan bahwa algoritma dapat menghasilkan output enkripsi yang acak. Hasil penelitian juga menunjukkan proses enkripsi yang acak, sehingga dapat diterapkan untuk mengamankan data atau informasi berupa teks. Pengujian Avalanche Effect mencapai 56.25% sehingga dapat digunakan sebagai alternatif dalam pengamanan data. INI

6. Daftar Pustaka

[1] Dipanegara, A., 2011. New Concept Hacking. Jakarta: Agogos Publishig [2] Ramanujam, Sriram, Karuppiah, Marimuthu, 2011.

Designing an algorithm with high Avalanche Effect. IJCSNS International

Journal.

[3] Bili, D. D., Pakereng, M. A. I., Wowor, A. D., 2015, Perancangan Kriptografi Block Cipher Dengan Langkah Kuda. Salatiga : Jurusan Teknik Informatika Universitas Kristen Satya Wacana.

[4] Munir, R., 2006. Kriptografi, Bandung: Informatika.

[5] Sugiyono, 2009. “Metode Penelitian Bisnis (Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif, dan R&D), Alfabeta, Bandung.

[6] Dafid, 2006. Kriptografi Kunci Simetris Dengan Menggunakan Algoritma Crypton, STMIK MDP Palembang.