Pengamanan Data Dengan Teknik Kriptografi - Keamanan Jaringan
Kriptografi adalah ilmu yang mempelajari teknik-teknik matematis yang berhubungan dengan aspek keamanan informasi seperti : keabsahan, integritas data, serta autentifikasi data. Kriptografi tidak berarti hanya memberikan keamanan informasi saja, namun lebih ke arah teknik-tekniknya. Ada empat tujuan dari ilmu kriptografi, yaitu :
- Kerahasiaan, adalah layanan yang digunakan untuk menjaga isi dari informasi dari siapapun kecuali yang memiliki otoritas,
- Integritas data, adalah berhubungan dengan penjagaan dari perubahan data secara tidak sah. Untuk menjaga integritas data, sistem harus memiliki kemampuan untuk mendeteksi manipulasi data oleh pihak-pihak yang tidak berhak, antara lain menyangkut penyisipan, penghapusan, dan pensubtitusian data lain ke dalam data yang sebenarnya
- Autentikasi, adalah berhubungan dengan identifikasi, baik secara kesatuan sistem maupun informasi itu sendiri. Dua pihak yang saling berkomunikasi harus saling memperkenalkan diri. Informasi yang dikirimkan melalui kanal harus diautentikasi keaslian, isi datanya, waktu pengiriman, dan lain-lain,
- Non-repudiasi, yang berarti begitu pesan terkirim, maka tidak akan dapat dibatalkan.
Enkripsi dan Dekripsi
1. Enkripsi
Proses utama dalam suatu algoritma kriptografi adalah enkripsi dan dekripsi. Enkripsi merubah sebuah plaintext ke dalam bentuk ciphertext. Pada mode ECB (Elekctronic Codebook), sebuah blok pada plaintext dienkripsi ke dalam sebuah blok ciphertext dengan panjang blok yang sama.
Blok cipher memiliki sifat bhahwa setiap blok harus memiliki panjang yang sama (misalnya 128 bit). Namun apabila pesan yang dienkripsi memiliki panjang blok terakhir tidak tepat 128 bit, maka diperlukan mekanisme padding, yaitu penambahan bit-bit dummies untuk menggenapi menjadi panjang blok yang sesuai; biasanya padding dilakukan pada blok terakhir plaintext.
Padding bada blok terakhir bisa dilakukan dengan berbagai macam cara, misalnya dengan penambahan bit-bit tertentu. Salah satu contoh penerapan padding dengan cara menambahkan jumlah total padding sebagai byte terakhir pada blok terakhir plaintext. Misalnya panjang blok adalah 128 bit (16 byte) dan pada blok terakhir terdiri dari 88 bit (11 byte) sehingga jumlah padding yang diperlukan adalah 5 byte, yaitu dengan menambahkan angka nol sebanyak 4 byte, kemudian menambahkan angka 5 sebanyak satu byte. Cara lain dapat juga menggunakan penambahan karakter end-of-file pada byte terakhir lalu diberi padding setelahnya.
1. Enkripsi
Proses utama dalam suatu algoritma kriptografi adalah enkripsi dan dekripsi. Enkripsi merubah sebuah plaintext ke dalam bentuk ciphertext. Pada mode ECB (Elekctronic Codebook), sebuah blok pada plaintext dienkripsi ke dalam sebuah blok ciphertext dengan panjang blok yang sama.
Blok cipher memiliki sifat bhahwa setiap blok harus memiliki panjang yang sama (misalnya 128 bit). Namun apabila pesan yang dienkripsi memiliki panjang blok terakhir tidak tepat 128 bit, maka diperlukan mekanisme padding, yaitu penambahan bit-bit dummies untuk menggenapi menjadi panjang blok yang sesuai; biasanya padding dilakukan pada blok terakhir plaintext.
Padding bada blok terakhir bisa dilakukan dengan berbagai macam cara, misalnya dengan penambahan bit-bit tertentu. Salah satu contoh penerapan padding dengan cara menambahkan jumlah total padding sebagai byte terakhir pada blok terakhir plaintext. Misalnya panjang blok adalah 128 bit (16 byte) dan pada blok terakhir terdiri dari 88 bit (11 byte) sehingga jumlah padding yang diperlukan adalah 5 byte, yaitu dengan menambahkan angka nol sebanyak 4 byte, kemudian menambahkan angka 5 sebanyak satu byte. Cara lain dapat juga menggunakan penambahan karakter end-of-file pada byte terakhir lalu diberi padding setelahnya.
2 Dekripsi
Dekripsi merupakan proses kebalikan dari proses enkripsi, merubah ciphertext kembali ke dalam bentuk plaintext. Untuk menghilangkan padding yang diberikan pada saat prpses enkripsi, dilakukan berdasarkan informasi jumlah padding yaitu angka pada byte terakhir.
Dekripsi merupakan proses kebalikan dari proses enkripsi, merubah ciphertext kembali ke dalam bentuk plaintext. Untuk menghilangkan padding yang diberikan pada saat prpses enkripsi, dilakukan berdasarkan informasi jumlah padding yaitu angka pada byte terakhir.
>> Dasar Matematis
Dasar matematis yang mendasari proses enkripsi dan deskripsi adalah relasi antara dua himpunan yaitu yang berisi elemen plaintext dan yang berisi elemen cipertext. Enkripsi dan dekripsi merupakan fungsi transformasi antara himpunan-himpunan tersebut. Apabila elemen-elemen plaintext dinotasikan dengan P, elemen-elemen ciphertext dinotasikan dengan C, sedang untuk proses enkripsi dinotasikan dengan E, dekripsi dengan notasi D, maka secara matematis proses kriptografi dapat dinyatakan sebagai berikut :
Dasar matematis yang mendasari proses enkripsi dan deskripsi adalah relasi antara dua himpunan yaitu yang berisi elemen plaintext dan yang berisi elemen cipertext. Enkripsi dan dekripsi merupakan fungsi transformasi antara himpunan-himpunan tersebut. Apabila elemen-elemen plaintext dinotasikan dengan P, elemen-elemen ciphertext dinotasikan dengan C, sedang untuk proses enkripsi dinotasikan dengan E, dekripsi dengan notasi D, maka secara matematis proses kriptografi dapat dinyatakan sebagai berikut :
Enkripsi : E(P)=C
Dekripsi : D(C)=P atau D(E(P))=P
Dekripsi : D(C)=P atau D(E(P))=P
Pada skema enkripsi konvensional atau kunci simetrik digunakan sebuah kunci untuk melakukan proses enkripsi dan dekripsinya. Kunci tersebut dinotasikan dengan K, sehingga proses kriptografinya adalah :
Enkripsi : EK(P)=C
Dekripsi : DK(C)=P atau DK(EK(P))=P
Dekripsi : DK(C)=P atau DK(EK(P))=P
Sedangkan pada sistem asymmetric-key digunakan kunci umum (public key) untuk enkripsi dan kunci pribadi (private key) untuk proses dekripsinya sehingga kedua proses tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut :
Enkripsi : EPK(P)=C
Dekripsi : DSK(C)=P atau DSK(EPK(P))=P
Dekripsi : DSK(C)=P atau DSK(EPK(P))=P
>> Teknik Kriptografi
Pada umumnya terdapat dua teknik yang digunakan dalam kriptografi, yakni: kunci simetrik dan kunci asimetrik (public-key).
Pada umumnya terdapat dua teknik yang digunakan dalam kriptografi, yakni: kunci simetrik dan kunci asimetrik (public-key).
>> Kunci Simetrik
Skema enkripsi akan disebut symmetric-key apabila pasangan kunci untuk proses enkripsi dan dekripsinya sama. Pada skema enkripsi kunci simetrik dibedakan lagi menjadi dua kelas, yaitu block-cipher dan stream-cipher.
Block-cipher adalah skema e3nkripsi yang akan membagi-bagi plaintext yang akan dikirimkan menjadi sting-string (disebut blok) dengan panjang t, dan mengenkripsinya per-blok. Pada umumnya block-cipher memproses plaintext dengan blok yang relatif panjang lebih dari 64 bit dengan tujuan untuk mempersulit penggunaan pola-pola serangan yang ada untuk membongkar kunci. Sedangkan skema stream cipher pada dasarnya juga block-cipher, hanya dengan panjang bloknya adalah satu bit.
Skema enkripsi akan disebut symmetric-key apabila pasangan kunci untuk proses enkripsi dan dekripsinya sama. Pada skema enkripsi kunci simetrik dibedakan lagi menjadi dua kelas, yaitu block-cipher dan stream-cipher.
Block-cipher adalah skema e3nkripsi yang akan membagi-bagi plaintext yang akan dikirimkan menjadi sting-string (disebut blok) dengan panjang t, dan mengenkripsinya per-blok. Pada umumnya block-cipher memproses plaintext dengan blok yang relatif panjang lebih dari 64 bit dengan tujuan untuk mempersulit penggunaan pola-pola serangan yang ada untuk membongkar kunci. Sedangkan skema stream cipher pada dasarnya juga block-cipher, hanya dengan panjang bloknya adalah satu bit.
>> Kunci Asimetrik
Skema ini adalah algoritma yang menggunakan kunci yang ber beda untuk proses enkripsi dan dekripsinya. Skema ini disebut juga sebagai sistem kriptografi Public-key karena kunci untuk enkripsi dibuat secara umum (public-key) atau dapat diketahui oleh siapa saja, tetapi untuk proses dekripsinya yang dibuat satu saja, yakini hanya oleh yang berwenang untuk mendekripsinya (disebut private-key),.
Keuntungan skema model ini, untuk berkorespondensi secara rahasia dengan banyak pihak tidak diperlukan kunci rahasia sebanyak jumlah pihak tersebut, cukup membuat dua buah kunci (disebut public-key) bagi para koresponden untuk mengenkripsi pesan, dan private-key untuk mendekripsi pesan. Berbeda dengan skema kunci simetrik yang jumlah kunci yang dibuah adalah harus sebanyak jumlah pihak yang berkorespondensi.
Skema ini adalah algoritma yang menggunakan kunci yang ber beda untuk proses enkripsi dan dekripsinya. Skema ini disebut juga sebagai sistem kriptografi Public-key karena kunci untuk enkripsi dibuat secara umum (public-key) atau dapat diketahui oleh siapa saja, tetapi untuk proses dekripsinya yang dibuat satu saja, yakini hanya oleh yang berwenang untuk mendekripsinya (disebut private-key),.
Keuntungan skema model ini, untuk berkorespondensi secara rahasia dengan banyak pihak tidak diperlukan kunci rahasia sebanyak jumlah pihak tersebut, cukup membuat dua buah kunci (disebut public-key) bagi para koresponden untuk mengenkripsi pesan, dan private-key untuk mendekripsi pesan. Berbeda dengan skema kunci simetrik yang jumlah kunci yang dibuah adalah harus sebanyak jumlah pihak yang berkorespondensi.
>> Kriptografi Block Cipher
Block cipher merupakan sebuah fungsi yang memetakan n-bit blok plaintext ke n-bit blok ciphertext, dengan n adalah panjang blok. Blok cipher umumnya memproses plaintext ke dalam blok-blok yang cukup besar (≥ 64).
Block cipher merupakan sebuah fungsi yang memetakan n-bit blok plaintext ke n-bit blok ciphertext, dengan n adalah panjang blok. Blok cipher umumnya memproses plaintext ke dalam blok-blok yang cukup besar (≥ 64).
>> Cipher Berulang
Pada teknik cipher berulang (iterated cipher), blok plaintext mengalami pengulangan fungsi transformasi beberapa kali untuk mendapatkan blok ciphertext. Fungsi transformasi pada umumnya merupakan gabungan proses subtitusi, permutasi, kompresi, atau ekspansi terhadap blok plaintext. Sebuah kunci pada setiap putaran akan dikombinasikan dengan plaintext. Parameter dalam cipher ini adalah jumlah putaran r, besar blok n dan besar kunci k. Sub-kunci Ki pada setiap putaran diperoleh dari penurunan kunci input K.
Pada teknik cipher berulang (iterated cipher), blok plaintext mengalami pengulangan fungsi transformasi beberapa kali untuk mendapatkan blok ciphertext. Fungsi transformasi pada umumnya merupakan gabungan proses subtitusi, permutasi, kompresi, atau ekspansi terhadap blok plaintext. Sebuah kunci pada setiap putaran akan dikombinasikan dengan plaintext. Parameter dalam cipher ini adalah jumlah putaran r, besar blok n dan besar kunci k. Sub-kunci Ki pada setiap putaran diperoleh dari penurunan kunci input K.
>> Feistel Cipher
Feistel cipher beroperasi terhadap panjang blok data tetap sepanjang n (genap), kemudian membagi 2 blok tersebut dengan panjang masing-masing n/2, yang dinotasikan dengan L dan R. Feistel cipher menerapkan metode cipher berulang dengan masukan pada putaran ke-I yang didapat dari keluaran sebelumnya, yang secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut :
Feistel cipher beroperasi terhadap panjang blok data tetap sepanjang n (genap), kemudian membagi 2 blok tersebut dengan panjang masing-masing n/2, yang dinotasikan dengan L dan R. Feistel cipher menerapkan metode cipher berulang dengan masukan pada putaran ke-I yang didapat dari keluaran sebelumnya, yang secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut :
Li=Ri-1
Ri=Li-1 f(Ri-1,Ki); i=1,2,3,…,r
Ri=Li-1 f(Ri-1,Ki); i=1,2,3,…,r
Ki adalah kunci untuk putaran ke-i dan f adalah fungsi transformasi.
Blok plaintext adalah gabungan L dan R awal atau secara formal plaintext dinyatakan dengan (Lo, Ro). Sedangkan blok ciphertext didapatkan dari L dan R hasil putaran terakhir setelah terlebih dahulu dipertukarkan atau dinyatakan dengan (Rr, Lr).
>> Avalanche
Pada blok cipher perubahan satu buah bit dapat menghasilkan perubahan lebih dari satu bit setelah satu putaran, lebih banyak lagi bit berubah untuk putaran berikutnya. Hasil perubahan tersebut dinamakan sebagai avalanche effect. Sebuah algoritma kriptografi memenuhi kriteria avalanche effect apabila satu buah bit input mengalami perubahan, maka probabilitas semua bit berubah adalah setengahnya. Avalanche effect merupakan salah satu karakteristik yang menjadi acuan untuk menentukan baik atau tidaknya sebuah algoritma kriptografi.
Pada blok cipher perubahan satu buah bit dapat menghasilkan perubahan lebih dari satu bit setelah satu putaran, lebih banyak lagi bit berubah untuk putaran berikutnya. Hasil perubahan tersebut dinamakan sebagai avalanche effect. Sebuah algoritma kriptografi memenuhi kriteria avalanche effect apabila satu buah bit input mengalami perubahan, maka probabilitas semua bit berubah adalah setengahnya. Avalanche effect merupakan salah satu karakteristik yang menjadi acuan untuk menentukan baik atau tidaknya sebuah algoritma kriptografi.
>> Mode Operasi
Ada beberapa mode operasi yang digunakan dalam kriptografi, seperti :
Ada beberapa mode operasi yang digunakan dalam kriptografi, seperti :
>> Electronic codebook (ECB)
Pada mode ini blok-blok plaintext (x) yang identik (yang menggunakan kunci sama) akan menghasilkan ciphertext (c) yang identik pula, yang secara matematis dapat dinyatakan :
Pada mode ini blok-blok plaintext (x) yang identik (yang menggunakan kunci sama) akan menghasilkan ciphertext (c) yang identik pula, yang secara matematis dapat dinyatakan :
Enkripsi : cj EK(xj); 1 j t
Dekripsi : xj EK-1(cj); 1 j t
Dekripsi : xj EK-1(cj); 1 j t
>> Cipher block chaining (CBC)
Pada prosesnya, koded ini melibatkan penggunaan initializing vector (IV) yang menyebabkan blok-blok ciphertext yang identik apabila dienkripsi menggunakan kunci dan IV yang sama. Berubahnya IV, kunci atau blok plaintext pertama akan menghasilkan ciphertext yang berbeda. Secara matematis dapat dinyatakan :
Pada prosesnya, koded ini melibatkan penggunaan initializing vector (IV) yang menyebabkan blok-blok ciphertext yang identik apabila dienkripsi menggunakan kunci dan IV yang sama. Berubahnya IV, kunci atau blok plaintext pertama akan menghasilkan ciphertext yang berbeda. Secara matematis dapat dinyatakan :
Enkripsi : co IV, untuk 1 j t, cj EK(cj-1 xj)
>> Cipher feedback (CFB)
Jika pada mode CBC, plaintext sebesar n bit diproses dalam sekali waktu (menggunakan sebuah n bit cipher blok), beberapa aplikasi mengharuskan r bit plaintext untuk dienkripsi terlebih dahulu dan ditransmisikan bebas delay, untuk r < n (biasanya r = 1 atau r = 8); dalam kasus ini CBF digunakan. Dalam mode ini juga melibatkan penggunaan initializing vector (IV).
Jika pada mode CBC, plaintext sebesar n bit diproses dalam sekali waktu (menggunakan sebuah n bit cipher blok), beberapa aplikasi mengharuskan r bit plaintext untuk dienkripsi terlebih dahulu dan ditransmisikan bebas delay, untuk r < n (biasanya r = 1 atau r = 8); dalam kasus ini CBF digunakan. Dalam mode ini juga melibatkan penggunaan initializing vector (IV).
>> Output feedback (OFB)
mode operasi ini digunakan apabila kesalahan propagasi sama sekali harus dihindari. Hampir mirip dengan CFB, dan juga memungkinkan enkripsi menggunakan besar blok yang berfariasi.
mode operasi ini digunakan apabila kesalahan propagasi sama sekali harus dihindari. Hampir mirip dengan CFB, dan juga memungkinkan enkripsi menggunakan besar blok yang berfariasi.
>> Kunci Lemah dan Kunci Setengah Lemah
Dalam kriptografi dikenal istilah kunci lemah (weak-key) dan kunci setengah lemah (semi weak-key). Kunci lemah adalah kunci yang apabila mengenkripsi suatu plaintext kemudian dienkripsi lagi menggunakna kunci yang sama, maka ciphertextnya adalah plaintext itu sendiri. Sedangkan yang disebut dengan kunci setengah lemah adalah sepasang kunci yang memiliki sifat jika sebuah plaintext dienkripsi dengan suatu kunci, akan dapat dienkripsi dengan kunci yang lain.
Dalam kriptografi dikenal istilah kunci lemah (weak-key) dan kunci setengah lemah (semi weak-key). Kunci lemah adalah kunci yang apabila mengenkripsi suatu plaintext kemudian dienkripsi lagi menggunakna kunci yang sama, maka ciphertextnya adalah plaintext itu sendiri. Sedangkan yang disebut dengan kunci setengah lemah adalah sepasang kunci yang memiliki sifat jika sebuah plaintext dienkripsi dengan suatu kunci, akan dapat dienkripsi dengan kunci yang lain.
