SKRIPSI
IMPLEMENTASI ALGORITMA DATA ENCRYPTION
STANDARD MENGGUNAKAN GRAF SEBAGAI
PEMBANGKIT KUNCI
Ignasius David Yulianus
NPM: 2013730019
PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI DAN SAINS
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
2017
UNDERGRADUATE THESIS
IMPLEMENTATION OF DATA ENCRYPTION STANDARD
ALGORITHM WITH GRAPH AS KEY GENERATOR
Ignasius David Yulianus
NPM: 2013730019
DEPARTMENT OF INFORMATICS
FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY AND SCIENCES
PARAHYANGAN CATHOLIC UNIVERSITY
LEMBAR PENGESAHAN
IMPLEMENTASI ALGORITMA DATA ENCRYPTION
STANDARD MENGGUNAKAN GRAF SEBAGAI
PEMBANGKIT KUNCI
Ignasius David Yulianus
NPM: 2013730019
Bandung, 18 Desember 2017 Menyetujui,
Pembimbing
Mariskha Tri Adithia, P.D.Eng
Ketua Tim Penguji
Husnul Hakim, M.T.
Anggota Tim Penguji
Chandra Wijaya, M.T.
Mengetahui, Ketua Program Studi
PERNYATAAN
Dengan ini saya yang bertandatangan di bawah ini menyatakan bahwa skripsi dengan judul:
IMPLEMENTASI ALGORITMA DATA ENCRYPTION STANDARD MENGGUNAKAN GRAF SEBAGAI PEMBANGKIT KUNCI
adalah benar-benar karya saya sendiri, dan saya tidak melakukan penjiplakan atau pengutipan dengan cara-cara yang tidak sesuai dengan etika keilmuan yang berlaku dalam masyarakat keilmuan. Atas pernyataan ini, saya siap menanggung segala risiko dan sanksi yang dijatuhkan kepada saya, apabila di kemudian hari ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya, atau jika ada tuntutan formal atau non-formal dari pihak lain berkaitan dengan keaslian karya saya ini.
Dinyatakan di Bandung, Tanggal 18 Desember 2017
Meterai Rp. 6000 Ignasius David Yulianus
ABSTRAK
Algoritma Data Encryption Standard (DES) merupakan sebuah teknik enkripsi yang digunakan untuk menjaga kerahasiaan suatu data. Algoritma ini akan mengubah masukannya, sebuah plainteks menjadi bentuk yang tidak dapat dimengerti lagi oleh manusia yaitu cipherteks. Pada setiap proses enkripsi, algoritma DES akan mengubah 64 bit blok plainteks menjadi 64 blok bit cipherteks.
Algoritma Data Encryption Standard Berbasiskan Graf (DESBG) merupakan sebuah pe-ngembangan dari algoritma DES. Perbedaan kedua algoritma ini terdapat pada cara pembuatan 16 buah kunci ronde. DES berbasiskan graf akan menggunakan beberapa teori seperti sirkuit Hamilton dan graph automorphism untuk membuat kunci ronde. Modifikasi ini bertujuan untuk meningkatkan keamanan pada algoritma DES yang telah ada.
Pada skripsi ini, sebuah perangkat lunak dibangun untuk mengimplementasikan algoritma DESBG. Input yang dipakai pada perangkat lunak ini adalah plainteks dan pemetaan graf yang dimasukan oleh pengguna. Setelah perangkat lunak dibangun, pengujian keamanan terhadap algoritma ini dilakukan untuk membandingkan tingkat ketahanan algoritma terhadap serangan brute force.
Berdasarkan hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa algoritma DESBG memiliki ketahan-an yketahan-ang lebih baik daripada algoritma DES pada tipe serketahan-angketahan-an brute force.
Kata-kata kunci: Data Encryption Standard, plainteks, cipherteks, sirkuit Hamilton, graph automorphism, brute force
ABSTRACT
Data Encryption Standard (DES) algorithm is an encryption technique that is used to protect the secrecy of data. This algorithm will change its input, a plaintext to an incomprehensible form called ciphertext. In every encryption, DES algorithm will change 64 bits block of plaintext to 64 bits block of ciphertext.
Graph Based Data Encryption Standard (GBDES) is an improvement from data encryption standard. The difference between this two algorithm lies in the way of making 16 round keys. a graph based DES will used some theories like Hamilton circuit and graph automorphism to build a round key.The purpose of this modification is to improve the resistance to attack from the existing DES.
A software is developed to implements the GBDES. The input of this software are plaintext and graph mapping which is given by the user. Once the software is built, some test is done on this algorithm to compare the algorithm’s resistance to brute force attack.
Based on the test result, it can be concluded that GBDES algorithm have a better resistance than DES algorithm due to brute force attack.
Keywords: Data Encryption Standard, plaintext, ciphertext, Hamilton circuit, graph automor-phism, brute force
Dipersembahkan untuk Tuhan Yang Maha Esa, diri sendiri,
keluarga, pembimbing, para sahabat dan semua orang yang telah
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis berhasil menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul "Implementasi Algoritma Data Encryption Standard Menggunakan Graf Sebagai Pembangkit Kunci". Penulis menyadari bahwa penyelesaian penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
• Kedua orang tua penulis yang selalu memberikan movitasi, dukungan, serta kepercayaan kepada penulis.
• Ibu Mariskha Tri Adithia, P.D.Eng selalu dosen pembimbing atas bimbingan, dukungan, dan kesabarannya selama proses penyusunan skripsi ini.
• Bapak Husnul Hakim, M.T. dan Bapak Chandra Wijaya, M.T. selaku dosen penguji yang telah memberikan saran yang membangun sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. • Calvin Otot Setiadi, S.E., Engkoh Kevin Sunjaya, S.T., dan Ariadne Sipit Prawita, S. Farm. selaku sahabat penulis yang selalu mengingatkan penulis untuk mengerjakan skripsi dan memberikan dukungan selama masa perkuliahan hingga penyusunan skripsi selesai.
• Mantan pacar penulis yang telah memberi semangat dan menemani penulis ketika masih menjadi pacar penulis selama proses penyusunan skripsi.
• Seluruh rekan seperjuangan dari Jurusan Teknik Informatika UNPAR yang telah menjadi teman dan sahabat penulis selama masa perkuliahan.
• Pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang telah memberikan bantuan dan dukungan dalam proses penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dan memohon maaf apabila terdapat kesalahan dan kekurangan pada skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca yang sedang meneliti atau mempelajari topik yang berkaitan dengan skripsi ini.
Bandung, Desember 2017
Penulis
DAFTAR ISI
Kata Pengantar xv
Daftar Isi xvii
Daftar Gambar xix
Daftar Tabel xxi
1 Pendahuluan 1 1.1 Latar Belakang . . . 1 1.2 Rumusan Masalah . . . 2 1.3 Tujuan . . . 2 1.4 Batasan Masalah . . . 2 1.5 Metodologi . . . 2 1.6 Sistematika Pembahasan . . . 3 2 Landasan Teori 5 2.1 Graf . . . 5 2.1.1 Graph Automorphism . . . 6
2.1.2 Lintasan dan Sirkuit . . . 7
2.2 Kriptografi . . . 8
2.2.1 Enkripsi dan Dekripsi . . . 9
2.2.2 Kriptografi Kunci Simetris dan Asimetris . . . 9
2.2.3 Stream Cipher dan Block Cipher . . . 10
2.2.4 Mode Operasi Block Cipher . . . 11
2.3 Feistel Network . . . 13
2.4 Data Encryption Standard . . . 14
2.4.1 Fungsi F . . . 16
2.4.2 Pembentukan Kunci DES . . . 18
2.5 DES Berbasiskan Graf . . . 19
2.5.1 Pembentukan Kunci DES Berbasiskan Graf . . . 20
3 Analisis 21 3.1 Analisis Masalah . . . 21
3.2 Studi Kasus Pembuatan Kunci DES Berbasiskan Graf . . . 22
3.3 Analisis Perancangan Perangkat Lunak . . . 23
3.3.1 Analisis Data . . . 24 3.3.2 Langkah-Langkah Penyelesaian . . . 24 3.3.3 Diagram Aktivitas . . . 25 3.3.4 Diagram Kelas . . . 28 3.4 Analisis Peretasan . . . 31 4 Perancangan 33 xvii
4.1 Kebutuhan Masukan dan Keluaran . . . 33
4.2 Perancangan Antarmuka . . . 34
4.3 Diagram Kelas Lengkap . . . 37
4.3.1 Diagram Kelas Package Model . . . 38
4.3.2 Diagram Kelas Package View . . . 47
4.3.3 Diagram Kelas Package Controller . . . 48
4.4 Perancangan Peretasan Jika Kunci Awal Diketahui . . . 51
5 Implementasi dan Pengujian 53 5.1 Implementasi Antarmuka . . . 53
5.1.1 Antarmuka Algoritma DES . . . 53
5.1.2 Antarmuka Algoritma DES Berbasiskan Graf . . . 55
5.2 Pengujian Fungsional. . . 56
5.2.1 Pengujian Pembuatan Kunci Algoritma DES . . . 56
5.2.2 Pengujian Pembuatan Kunci Algoritma DESBG . . . 57
5.2.3 Pengujian algoritma enkripsi DES . . . 58
5.3 Pengujian Eksperimental. . . 60
5.3.1 Pengujian Peretasan Jika Kunci Awal Diketahui . . . 60
5.4 Analisis Peretasan Jika Kunci Awal Tidak Diketahui . . . 63
5.5 Kesimpulan Pengujian . . . 63
6 Kesimpulan dan Saran 65 6.1 Kesimpulan . . . 65
6.2 Saran . . . 65
Daftar Referensi 67
A Kode Program 69
DAFTAR GAMBAR
2.1 Peta sebuah wilayah . . . 5
2.2 Graf G dan H . . . 6
2.3 Graf I dan graph automorphismnya . . . 6
2.4 Sebuah graf sederhana . . . 7
2.5 Graf sederhana G1 dan G2 . . . 7
2.6 Dua buah graf sederhana G1 dan G2 . . . 8
2.7 Skema kriptografi kunci simetris dengan kunci K . . . 10
2.8 Skema kriptografi kunci asimetris dengan kunci public K1 dan kunci privat K2 . . 10
2.9 Skema kriptografi stream cipher . . . 10
2.10 Skema kriptografi block cipher. . . 11
2.11 Skema proses enkripsi dengan mode Electronic Code Book (ECB) . . . 11
2.12 Skema proses enkripsi dengan mode Cipher Block Chaining (CBC) . . . 12
2.13 Skema proses enkripsi dengan mode Cipher Feedback . . . 12
2.14 Skema proses enkripsi dengan mode Output Feedback . . . 13
2.15 Struktur algoritma Feistel network . . . 13
2.16 Skema algoritma DES . . . 15
2.17 Skema Fungsi F . . . 16
2.18 Skema Pembentukan Kunci DES . . . 18
2.19 Sirkuit hamilton pada dua buah graf kubus yang saling berhubungan. . . 20
3.1 Graf G (dua buah graf kubus yang saling berhubungan) . . . 22
3.2 sebuah pemetaan graf G terhadap dirinya sendiri . . . 23
3.3 Diagram aktivitas proses enkripsi pada implementasi algoritma DES dan DESBG. 25 3.4 Graf G . . . 27
3.5 Rancangan awal kelas diagram . . . 29
4.1 Rancangan tampilan awal perangkat lunak . . . 34
4.2 Rancangan tampilan enkripsi menggunakan algoritma DES . . . 35
4.3 Rancangan tampilan enkripsi menggunakan algoritma DESBG . . . 36
4.4 Struktur MVC dengan tiga buah package, Model, View, dan Controller . . . 37
4.5 Diagram kelas package Model . . . 38
4.6 Diagram kelas package View . . . 48
4.7 Diagram kelas package Controller . . . 49
5.1 Tampilan awal antarmuka perangkat lunak . . . 53
5.2 Antarmuka halaman enkripsi DES . . . 54
5.3 Pop up message plainteks tidak boleh kosong . . . 54
5.4 Pop up message kunci tidak boleh kosong . . . 55
5.5 Pop up message kunci harus memiliki panjang 8 karakter . . . 55
5.6 Antarmuka halaman enkripsi DESBG . . . 55
5.7 Pop up message pemetaan tidak boleh kosong . . . 56
5.8 Pop up message masukan pemetaan invalid . . . 56
5.9 (a) Graf G (b) pemetaan terhadap graf G . . . 58
DAFTAR TABEL
2.1 Tabel Permutasi Awal (IP ) . . . 15
2.2 Tabel Permutasi Akhir (IP−1) . . . 15
2.3 Tabel Ekspansi . . . 16
2.4 Tabel S-box . . . 17
2.5 Tabel Permutasi Fungsi P . . . 18
2.6 Tabel Permutasi Pilihan 1 . . . 19
2.7 Tabel Rotasi Kiri . . . 19
2.8 Tabel Permutasi Pilihan 2 . . . 19
5.1 Implementasi manual kunci DES ronde ke-1 . . . 57
5.2 Implementasi manual kunci DESBG ronde ke-1 . . . 58
5.3 Implementasi manual elgoritma enkripsi DES . . . 59
5.4 Tabel kunci ronde algoritma DES . . . 60
5.5 Tabel pengujian kunci ronde algoritma DES . . . 61
5.6 Tabel pemetaan graf . . . 61
5.7 Tabel kunci ronde algoritma DESBG . . . 62
5.8 Tabel pengujian kunci ronde algoritma DESBG . . . 62
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kriptografi adalah gabugan dari ilmu dan seni untuk mengamankan data, dan membuatnya imun terhadap serangan dari pihak ketiga[1]. Kriptografi sendiri berfokus pada pembuatan dan analisa protokol komunikasi yang dapat memblokir pihak ketiga mengetahui isi pesan atau data. Kriptografi memiliki empat buah tujuan yaitu kerahasiaan, integritas data, otentikasi, dan nirpenyangkalan. Salah satu cara yang digunakan pada kriptografi untuk mencapai tujuan kerahasiaan yaitu mengubah pesan asli menjadi sebuah bentuk yang tidak dapat dimengerti lagi oleh manusia dan mengirimkannya melewati jaringan yang aman, yang disebut dengan enkripsi. Pesan asli yang akan diubah disebut dengan plainteks dan hasil dari enkripsi disebut dengan cipherteks. Salah satu contoh algoritma yang digunakan untuk melakukan proses enkripsi adalah algoritma Data Encryption Standard.
Data Encryption Standard (DES) merupakan teknik enkripsi yang dikembangkan pada tahun 1970-an oleh IBM dan resmi dipublikasikan pada tahun 1977. Cara kerja DES adalah dengan mengenkripsikan sebuah blok plainteks sepanjang 64 bit menjadi cipherteks sepanjang 64 bit dengan menggunakan kunci awal sepanjang 64 bit. Terdapat dua operasi matematika yang digunakan pada algoritma ini yaitu permutasi, penyusunan kembali suatu kumpulan objek dalam urutan yang berbeda dari urutan awalnya dan operasi XOR, sebuah operasi dengan dua buah masukan berupa benar atau salah, di mana operasi ini akan mengeluarkan nilai salah jika kedua masukan memiliki nilai yang sama dan mengeluarkan nilai benar jika kedua masukan memiliki nilai yang berbeda. Pertama-tama blok plainteks akan dipermutasi dengan permutasi awal (IP). Selanjutnya hasil permutasi awal akan dimasukkan sebagai input pada feistel network yang akan dilakukan sebanyak 16 kali. Pada tahap terakhir hasil dari 16 ronde feistel network akan dipermutasi dengan inverse dari permutasi awal (IP-1) untuk menghasilkan cipherteks.
Saat ini algoritma DES sudah dianggap tidak aman lagi untuk melindungi proses pengiriman informasi. Hal ini terbukti pada tahun 1998 terdapat sebuah mesin bernama Deep Crack yang mampu meretas algoritma DES menggunakan metode brute force hanya dalam waktu 56 jam saja. Oleh sebab itu diperlukan algoritma lain yang lebih sulit untuk diretas. Salah satu solusi dari permasalahan ini yaitu dengan memodifikasi algoritma DES yang telah ada menggunakan graf. Graf tersebut akan digunakan untuk membangun kunci yang digunakan dalam 16 ronde feistel network.
Untuk memodifikasi algoritma DES menggunakan graf, beberapa teori yang berhubungan dengan graf seperti sirkuit Hamilton, sebuah sirkuit pada graf yang mengunjungi setiap simpulnya tepat satu kali dan graph automorphism, bentuk simetris dari sebuah graf yang dipetakan terdahap dirinya sendiri dengan tetap menjaga ketetanggaan dari simpul-simpulnya akan digunakan. Graf yang digunakan pada algoritma ini ada 2 buah graf kubus yang saling berhubungan. Sebuah graf kubus adalah sebuah graf dengan 8 buah simpul yang masing-masing simpulnya memiliki derajat 3 sehingga dapat digambarkan menyerupai bentuk kubus. Kunci yang digunakan adalah sebuah sirkuit Hamilton pada tersebut yang telah dipetakan terhadap dirinya sendiri sehingga tidak membentuk graph automorphism dari graf awalnya.
Dalam skripsi ini, dibuat sebuah perangkat lunak yang dapat mengubah sebuah plainteks
2 Bab 1. Pendahuluan
menjadi cipherteks dengan menggunakan algoritma DES dan algoritma DES yang telah dimodifikasi menggunakan graf. Dengan menggunakan perangkat lunak tersebut pengguna dapat melihat perbedaan cipherteks hasil enkripsi dari DES dan DES hasil modifikasi.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, rumusan masalah penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana cara memodifikasi algoritma DES menggunakan graf dalam pembangunan kunci? 2. Bagaimana cara mengimplementasikan algoritma DES yang telah dimodifikasi menggunakan
graf?
3. Bagaimana perbandingan keamanan antara algoritma DES yang telah dimodifikasi dengan algoritma DES?
1.3
Tujuan
Berdasarkan identifikasi masalah, tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mempelajari cara memodifikasi algoritma DES menggunakan graf sebagai pembangun kunci. 2. Mengimplementasikan algoritma DES yang telah dimodifikasi menggunakan graf.
3. Menganalisis perbandingan keamanan antara algoritma DES dan algoritma DESBG.
1.4
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini terdapat sebuah batasan yang digunakan yaitu pemilihan sirkuit Hamilton yang digunakan untuk proses pembangunan kunci dilakukan secara otomatis oleh perangkat lunak. Hal ini dilakukan untuk memudahkan pengguna dalam menggunakan perangkat lunak yang dibuat sehingga pengguna tidak perlu membuat sebuah graf dan mencari sirkuit Hamilton dari graf tersebut.
1.5
Metodologi
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Melakukan studi literatur tentang kriptografi, enkripsi, dan algoritma DES. 2. Melakukan studi literatur tentang graf dan graph automorphism.
3. Melakukan implementasi secara manual algoritma DES yang telah dimodifikasi menggunakan graf.
4. Membuat perancangan diagram kelas perangkat lunak.
5. Mengimplementasikan hasil perancangan menggunakan bahasa pemrograman Java. 6. Melakukan pengujian terhadap implementasi algoritma.
7. Melakukan analisa terhadap hasil pengujian perangkat lunak. 8. Membuat kesimpulan berdasarkan hasil analisis.
1.6. Sistematika Pembahasan 3
1.6
Sistematika Pembahasan
Pembahasan dalam penelitian ini akan dilakukan secara sistematis sebagai berikut: 1. Bab 1 Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi peneli-tian, dan sistematika pembahasan.
2. Bab 2 Landasan Teori
Bab ini berisi dasar teori tentang kriptografi, feistel network, algoritma Data Encryption Standard, graf, sirkuit Hamilton dan graf automorphism.
3. Bab 3 Analisis
Bab ini berisi analisis masalah, studi kasus, diagram aliran proses, dan rancangan diagram kelas.
4. Bab 4 Perancangan
Bab ini perisi perancangan perangkat lunak yang akan dibangun yang meliputi kebutuhan masukan dan keluaran perangkat lunak, perancangan antarmuka, dan diagram kelas lengkap. 5. Bab 5 Implementasi dan Pengujian
Bab ini berisi implementasi antarmuka perangkat lunak, pengujian fungsional perangkat lunak, dan pengujian eksperimental perangkat lunak.
6. Bab 6 Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan berdasarkan penelitian yang telah dilakukan serta saran bagi pengembangan selanjutnya.
