The 5th Annual Engineering Seminar. I Wayan Mustika1, Litasari1, Adi Abimanyu2, Ferzha Putra Utama1

Transkripsi

1 Perancangan Sistem Komunikasi dengan SMS Tersandi dan Pelacakan Posisi Berbasis Web untuk Mendukung Sistem Monitor Laju Paparan Radiasi pada Transportasi Zat Radioaktif 1 I Wayan Mustika1, Litasari1, Adi Abimanyu2, Ferzha Putra Utama1 Universitas Gadjah Mada, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Yogyakarta 55281, Indonesia 2 Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN), Yogyakarta Abstract Nowadays, radioactive substance is one of the potential energy resources that could benefit for human life. Despite of its benefit, radioactive substance is extremely dangerous substance if it exposes to human being since its radiation cannot be directly sensed by human sensor. Thus, the safe transshipment of radioactive substance should be guaranteed by monitoring the radioactive exposure level periodically. The purposes of this research are to build and design the secure communication system using encrypted short message (SMS) and to develop web-based location tracking to monitor the radioactive exposure level during the transportation of radioactive subtances. Hybrid Vigenere and Vernam algorithm is used for encription and decryption process, establishing secure communication between transmitter and receiver. After decryption process is performed, data is stored ito database. The web-based information system shows the current position and information of radioactive exposure level in form of digital map, tabular, and chart. Moreover, early warning system is also developed to detect the leakage of radioactive substances and thus, a necessary action could be taken immediately. The field experiment result shows the average receive SMS in Control Room Module (CRM) is seconds. The average time required for decryption process is 0.4 seconds longer when 2 In Vehicles Modules (IVMs) are used. Keywords: radioactive, Vernam and Vigenere algorithm, geographical information system (GIS), in vehicle module (IVM), control room module (CRM). 1. Pendahuluan Tenaga nuklir merupakan salah satu energi alternatif yang potensial. Pemanfaatan teknologi nuklir saat ini telah berkembang di berbagai negara termasuk di Indonesia. Teknologi nuklir tidak hanya dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik saja, namun juga dimanfaatkan di bidang kesehatan dan pertanian [1]. Banyak manfaat yang didapat dari energi nuklir apabila digunakan secara tepat, dari pembenihan tumbuhan sampai terapi kanker [2]. Di bidang pertanian, pemanfaatan nuklir digunakan untuk menghasilkan varietas unggul dengan cara menggunakan teknik radiasi dan pemuliaan tanaman. Pemanfaatan tenaga nuklir harus dilakukan dengan baik agar tidak menimbulkan kecelakaan dan bahaya bagi manusia. Salah satu langkah untuk menjaga pemanfaatan tenaga nuklir agar tetap aman digunakan adalah dengan memantau radiasi agar memberikan jaminan rasa aman bagi pihak yang berkepentingan dan orang disekitarnya. Dalam proses pemanfaatan zat radioaktif, ada kalanya zat radioaktif perlu didistribusikan dari suatu tempat ke tempat lain. Keselamatan pengangkutan zat radioaktif harus dipantau atau diawasi secara berkala dengan cara memberikan informasi tingkat radiasi zat radioaktif tersebut. Dalam transportasinya, zat radioaktif tentu memiliki risiko kebocoran sehingga segala informasi terkait dengan transportasi zat radioaktif tersebut perlu diketahui oleh pihak yang berkepentingan agar dapat diambil tindakan pengamanan sehingga paparan zat radioaktif tidak menyebar luas dan membahayakan masyarakat. Selain itu, komunikasi yang terjadi dalam memonitor zat radioaktif haruslah cukup aman dari sadapan orang yang tidak berhak. Pada tahun 2013 Adi Abimanyu dkk mengembangkan sistem pemantauan pengangkutan zat radioaktif dengan output berupa SMS yang dienkripsi menggunakan algoritme Vigenere [3]. Selanjutnya Adi Abimanyu dkk mengembangkan kembali sistem tersebut namun dengan output SMS yang terenkripsi dengan algoritme enkripsi yang berbeda, yaitu Vernam [4]. Pada tahun 2014, Adi Abimanyu membuat penelitian yang menggabungkan kedua metode penyandian SMS tersebut pada pemantauan pengangkutan zat radioaktif yang disebut dengan metode Hybrid Vigenere and Vernam (HV2). Pada penelitian tersebut, IVM mengirimkan pesan terenkripsi ke modul dekriptor untuk mendekripsi SMS dan ditampilkan pada komputer, namun belum dapat menampilkan dalam bentuk peta dan belum dapat memberikan peringatan saat terjadi kebocoran zat radioaktif [5]. Pengembangan yang dilakukan oleh Purwantoro pada tahun 2013 adalah sebuah sistem informasi berbasis Google Maps [6]. Namun data input yang digunakan pada penelitian tersebut adalah data SMS plaintext dan sistem belum dapat memantau beberapa titik pantau. Pada penelitian ini, akan dilakukan pemantauan transportasi dengan menggunakan seperangkat sistem pemantau yang diletakkan pada kendaraan pembawa zat radioaktif yang dinamakan In Vehicles Module (IVM). IVM akan memberikan data pantauan berupa C - 25

2 SMS terenkripsi algoritme hybrid Vigenere dan Vernam ke sistem informasi geografis pemantau yang terletak pada ruang kontrol yang disebut dengan Control Room Module (CRM). Selain itu, data SMS terenkripsi yang dikirim oleh IVM perlu didekripsi dan kemudian disimpan pada suatu database agar dapat diproses menjadi infomasi yang dapat mudah dipahami. Dengan adanya sistem informasi pemantau transportasi zat radioaktif ini diharapkan dapat mengakomodasi pemantauan beberapa titik transportasi dalam waktu bersamaan. 2. Tinjauan Sistem Sistem informasi yang dirancang pada CRM menggunakan algoritme hybrid, yaitu penggunaan dua algoritme kriptografi dalam melakukan dekripsi SMS. Data yang dikirimkan dari IVM ke CRM adalah berupa SMS yang telah dienkripsi dengan algoritme Vigenere dan Vernam [5]. Algoritme Vigenere yang digunakan telah dimodifikasi dari Vigenere karakter alfabetis menjadi karakter numeris, hal ini dikarenakan data laju paparan radiasi, posisi, dan waktu berkarakter numeris. Untuk mendapatkan kunci publik yang unik pada setiap SMS yang diterima, sistem menggunakan algoritme Vernam yang mengadopsi algoritme One-Time Pad (OTP) yang membangkitkan deretan karakter kunci (pad) secara acak. Setiap kunci hanya digunakan satu kali, kemudian dihancurkan agar tidak digunakan kembali untuk pesan yang lain [8]. Dengan kata lain setiap SMS akan dienkripsi dan didekripsi dengan kunci yang berbeda dengan SMS lainnya. Fokus dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem komunikasi dengan SMS tersandi dan sistem informasi geografis untuk memantau transportasi zat radioaktif. Proses kerja sistem yang akan dirancang digambarkan dengan flowchart pada Gambar 1. Proses dimulai dari penerimaan SMS terenkripsi yang dikirimkan dari IVM ke CRM. Selanjutnya data tersebut akan didekripsi menjadi plaintext (pesan asli) pada sistem dan disimpan ke dalam database. Selanjutnya data pada database akan diekstrak atau diidentifikasi untuk memisahkan data waktu, posisi (koordinat), dan data paparan. Kemudian pengguna sistem dapat menampilkan data transportasi dalam bentuk peta, tabel dan grafik. Apabila pada saat transportasi berlangsung terjadi paparan zat radioaktif di atas ambang batas (kebocoran) yang ditentukan, sistem akan memberikan peringatan berupa alarm pada peta dan pihak pengambil keputusan dapat melakukan tindakan pengamanan pada lokasi kebocoran. Sistem informasi ini akan menampilkan dan memperbaharui informasi transportasi secara periodis berdasarkan SMS yang dikirimkan IVM. Untuk menjelaskan skenario sistem pemantau pemantau transportasi zat radioaktif yang terdiri dari IVM dan CRM digambarkan dengan blok diagram pada Gambar 2. Gambar 1. Flowchart sistem kerja CRM Gbr. 2 Blok diagram IVM-CRM 3. Desain Perangkat Lunak Data yang diterima CRM dari IVM merupakan SMS terenkripsi yang perlu didekripsi terlebih dahulu kemudian diidentifikasi dengan memisahkan informasi-informasi yang dibawa oleh pesan terdekripsi (pesan asli). Berikut ini adalah penjelasan mengenai proses penerimaan pesan, dekripsi dan identifikasi SMS. 3.1 Penerimaan Data SMS Terenkripsi Sebagai bahan dasar dari informasi yang ditampilkan pada sistem informasi pemantau transportasi zat radioaktif, SMS terenkripsi dari IVM merupakan data utama yang digunakan. Data tersebut C - 26

3 akan diterima oleh CRM dengan menggunakan modem GSM sebagai alat penerima data. Untuk menghubungkan IVM dengan CRM dalam proses penerimaan data, sistem pada CRM membutuhkan SMS Gateway [9]. Setelah data diterima oleh CRM, data tersebut akan masuk ke dalam database pada tabel inbox sebelum dilakukan proses dekripsi. 3.2 Proses Dekripsi Data SMS IVM dirancang untuk melakukan enkripsi pesan sedemikian rupa agar pesan yang dikirimkan ke CRM aman. Proses dekripsi SMS terenkripsi akan dilakukan apabila data tersebut telah masuk ke dalam tabel inbox, setelah dilakukan dekripsi maka data terdekripsi tersebut akan disimpan ke dalam tabel pesan pada database. Pada proses dekripsi data, langkah selanjutnya yang dilakukan yaitu dengan mengenali nomor GSM pengirim pesan yang telah didaftarkan pada sistem, apabila nomor GSM tidak dikenali (tidak terdaftar), maka pesan hanya dapat masuk ke database (tabel inbox) namun tidak diproses lebih lanjut, misalnya seperti SMS promo dari operator GSM. Format SMS yang dapat didekripsi juga telah ditentukan sebelumnya, yaitu pesan yang berbentuk angka yang diawali dengan karakter header (*) dan diakhiri dengan karakter end (#). cipher) yang berisi informasi zat radioaktif yang terdiri dari waktu, tanggal, koordinat dan nilai paparan radiasi. Untuk langkah mendekripsi pesan terenkripsi yang diterima, proses yang pertama dilakukan adalah memisahkan penanda kemudian menghitung panjang pesan atau banyaknya karakter angka lalu dibagi menjadi dua bagian. Dalam mendekripsi pesan terenkripsi tersebut, CRM membutuhkan private key yang sama persis dengan private key digunakan oleh IVM dalam mengenkripsi pesan asli. Private key kemudian digunakan untuk mendekripsi public cipher atau bagian setengah awal pesan terenkripsi untuk mendapatkan kunci publik. Kunci publik yang telah didapatkan akan berbeda-beda karena dienkripsi dengan algoritme penyandian Vernam yang hanya akan menghasilkan kunci sekali pakai [8]. Kunci publik tersebut kemudian akan digunakan sebagai kunci untuk mendapatkan pesan asli yang terenkripsi pada bagian setengan akhir (data serial cipher). Proses penerimaan dan dekripsi SMS terenkripsi dapat ditunjukkan dengan flowchart pada Gambar Identifikasi Data SMS Data SMS terenkripsi yang telah diterima oleh CRM dari IVM akan didekripsi hingga didapat pesan asli. Pesan asli memiliki informasi waktu, tanggal, koordinat, dan nilai paparan radiasi zat radioaktif. Agar informasi yang dibawa pesan asli dapat terlihat lebih jelas fungsinya, maka perlu dilakukan identifikasi dengan memisahkan setiap informasi. Sebuah pesan asli memiliki format hhmmssddbbttllllllllbbbbbbbbblljj, untuk lebih jelas dapat dilihat pada Tabel 1. TABEL I Identifikasi Pesan Asli No (a) (b) Gambar 3. (a) Flowchart penerimaan SMS terenkripsi (b) Flowchart proses dekripsi SMS Konten SMS yang dikirim IVM berjumlah 72 atau 74 karakter angka tergantung dengan informasi yang dibawanya, ditambah lagi dengan dua karakter * dan # sebagai penanda. Pada dasarnya, pesan yang telah dipisahkan dari header dan end terdiri dari dua bagian, yaitu bagian setengah awal adalah angka yang mengandung kunci publik (public cipher) dan bagian setengah akhir adalah pesan terenkripsi (data serial Data Jam Menit Detik Tanggal Bulan Tahun Koordinat Lintang 8. Koordinat Bujur Posisi Lintang Posisi Bujur 11. Nilai Paparan Panjang Data hh (2 digit) mm (2 digit) ss (2 digit) dd (2 digit) bb (2 digit) tt (2 digit) LLLLLLLL (8 digit) BBBBBBBBB (9 digit) ll (2 digit) jj (2 digit) pppp (3 sampai 4 digit) Koordinat yang dibawa oleh pesan asli merupakan koordinat dalam format derajat (degree) dan menit (minutes) atau disebut juga dengan koordinat MinDec. Format koordinat ini adalah derajat menit koma menit (dd mm.mmmm). Tanda minus (-) pada koordinat lintang menunjukkan Selatan (South) dan tanda (+) menunjukkan Utara (North). C - 27

4 Koordinat dengan format derajat menit (MinDec) yang ada pada pesan asli perlu diubah lagi menjadi format derajat desimal (DegDec). Hal ini perlu dilakukan agar koordinat dapat ditunjukkan dengan benar pada peta Google Maps, karena Google Maps menggunakan koordinat berformat derajat desimal [9]. 3.4 Perancangan Database Terdapat lima tabel pada database yang dirancang untuk sistem informasi geografis pemantau transportasi zat radioaktif yang terdiri dari tabel user, tabel IVM, tabel pesan, tabel perjalanan, dan tabel inbox. Dalam pemodelan struktur data dan hubungan antara tabel pada database sistem informasi geografis pemantau zat radioaktif digunakan Entity Relationship Diagram (ERD) pada Gambar 4. rata jarak waktu penerimaan SMS pada pengujian 1 hingga 4 ditunjukkan pada Tabel 2 dan perbandingan standar deviasi keempat pengujian tersebut ditunjukkan pada Tabel 3. waktu dan rata-rata proses terima SMS serta waktu proses dekripsi pada CRM ditunjukkan pada Tabel 4. TABEL 2 RATA-RATA JARAK WAKTU PENERIMAAN SMS PEGUJIAN 1 HINGGA 4 Rata Jarak Waktu Terima SMS Waktu Provider A Provider B Siang 69,071 79,384 Malam 95,636 77,272 Per Provider 164, ,656 Keseluruhan 321,363 80,341 TABEL 3 PERBANDINGAN STANDAR DEVIASI PENGUJIAN 1 HINGGA 4 Standar Deviasi Data Pengujian Waktu Provider A Provider B Siang 0, ,5448 Malam 35,1376 1,1908 TABEL 4 WAKTU PROSES SMS PADA PENGUJIAN KELIMA Gambar 4. Entity Relationship Diagram CRM 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Pengujian Pengujian dilakukan dengan membawa IVM dengan kendaraan beserta dengan zat radioaktif beradiasi rendah, dalam pengujian ini menggunakan kaos lampu petromaks sebagai zat radioaktif. Pengujian sistem dilakukan sebanyak enam kali, dengan IVM yang diatur untuk mengirimkan SMS secara periodik 1 menit sekali. Pengujian 1 sampai 4 dilakukan untuk menguji waktu terima SMS dari IVM menggunakan 2 provider GSM IVM dengan waktu yang berbeda. Pengujian kelima dan keenam dilakukan untuk melihat waktu proses dekripsi saat memantau lebih dari 1 IVM, pengujian kelima menggunakan 1 IVM dan keenam menggunakan 2 IVM (terenkripsi dan tanpa enkripsi). Statistik rata Terima Dekripsi Dalam Menit 00:10:46 00:05:25 Dalam Detik ,533 10,833 Pada pengujian keenam dilakukan 2 transportasi secara bersamaan dengan menggunakan 1 IVM terenkripsi dan 1 IVM tanpa enkripsi. Kedua transportasi menghasilkan masing-masing 30 data. Untuk IVM tanpa enkripsi tidak terdapat proses dekripsi namun hanya proses identifikasi untuk memisahkan data waktu, koordinat, dan nilai paparan zat radioaktif yang terkandung dalam data SMS. Data jumlah waktu proses terima SMS terdekripsi dan C - 28

5 waktu proses identifikasi pada CRM untuk IVM tanpa enkripsi ditunjukkan pada Tabel 5. TABEL 5 WAKTU PROSES SMS TANPA ENKRIPSI PENGUJIAN KEENAM Terima Identifikasi Dalam Menit 00:10:49 00:05:30 Dalam Detik , Halaman Peta Perjalanan akan menampilkan jalur transportasi zat radio aktif secara realtime. Pada halaman ini juga terdapat tabel yang menampilkan data update perjalanan yang sedang berlangsung, serta memberikan informasi kepada pengambil keputusan apabila terjadi kebocoran zat radioaktif. Informasi kebocoran pada peta disimbolkan dengan icon berwarna kuning untuk status awas, merah untuk status bahaya, sedangkan jika berwarna hijau zat radioaktif dalam keadaan aman. Pada tabel, informasi tersebut ditandai dengan warna kolom hijau, kuning dan merah. Tampilan halaman Peta Perjalanan ditunjukkan pada Gambar 5. Sedangkan data pengujian keenam dengan menggunakan IVM terenkripsi ditunjukkan Tabel 6. TABEL 6 WAKTU PROSES SMS TERENKRIPSI PENGUJIAN KEENAM Terima Dekripsi Dalam Menit 00:14:42 00:05:37 Dalam Detik ,4 11,233 Untuk mengetahui perbedaan waktu proses terima dan proses dekripsi pada pengujian kelima dan keenam, dilakukan perbandingan data yang dihasilkan oleh IVM terenkripsi pada pengujian kelima dan keenam yang ditunjukkan pada Tabel 7. Gambar 5. Tampilan halaman peta perjalanan Halaman Tabel Perjalanan Halaman Tabel Perjalanan menampilkan data perjalanan secara keseluruhan yang dikelompokkan berdasarkan ID Perjalanan yang dipilih. Tampilan halaman Tabel Perjalanan ditunjukkan pada Gambar 6. TABEL 7 PERBANDINGAN WAKTU PROSES DATA PENGUJIAN KELIMA DAN KEENAM waktu proses terima waktu proses dekripsi Kelima 21,533 10,833 Keenam 29,4 11,233 Selisih 7,867 0,4 Transportasi 4.2 Hasil Setelah dilakukan analisis dan perancangan, maka sistem informasi dapat diaplikasikan menjadi sebuah sistem informasi pemantau transportasi zat radioaktif berbasis web. Berikut ini akan ditampilkan beberapa fitur yang dapat dilakukan oleh CRM. Gambar 6. Tampilan halaman tabel perjalanan Halaman Grafik Perjalanan Halaman Grafik Perjalanan berguna bagi pihak pengambil keputusan untuk memprediksi perubahan zat radioaktif berdasarkan pola yang ditunjukkan oleh grafik ini. Grafik ini dilengkapi dengan nilai batas yang merupakan perubahan nilai paparan yang masih dalam kondisi aman. Tampilan halaman Grafik Perjalanan ditunjukkan pada Gambar Halaman Peta Perjalanan C - 29

6 algoritme hybrid Vigenere dan Vernam dari titiktitik pemantauan (IVM) ke dalam database. 2. Terdapat perbedaan waktu penerimaan data oleh CRM dari IVM dengan provider GSM yang berbeda dan waktu pengujian yang berbeda. 3. Pada pengujian dengan menggunakan lebih dari 1 IVM, CRM mampu mendekripsi SMS dengan waktu dekripsi rata-rata lebih lama 0,4 detik dibanding saat pengujian menggunakan 1 IVM. Gambar 7. Tampilan halaman grafik perjalanan Halaman Arsip Perjalanan Halaman Arsip Perjalanan berguna bagi Administrator dan Supervisor untuk mengetahui perjalanan yang telah selesai dilakukan Halaman arsip perjalanan dapat menampilkan arsip perjalanan dalam bentuk peta, tabel, dan data dalam format pdf. Gambar 8 menunjukkan tampilan halaman Arsip Perjalanan. Gambar 8. Tampilan halaman arsip perjalanan Statistik Pengujian Berdasarkan statistik pengujian yang dilakukan, IVM diatur untuk mengirimkan SMS secara periodik setiap 1 menit sekali. Pada pengujian 1 hingga 4 menghasilkan waktu terima rata-rata data 80,341 detik atau tidak tepat 1 menit sekali. Hal ini dapat dikarenakan oleh beberapa faktor, seperti waktu komputasi yang diperlukan IVM untuk mengenkripsi SMS dan proses pengiriman SMS yang dapat dipengaruhi oleh kepadatan lalu lintas operator GSM yang terdapat pada IVM. Pengujian kelima dan keenam menunjukkan bahwa terdapat selisih waktu pada kedua pengujian. Pengujian keenam dengan menggunakan 2 IVM rata-rata lebih lama 7,867 detik untuk menerima data dan rata-rata lebih lama 0,4 detik untuk melakukan proses dekripsi dibandingkan dengan pengujian kelima. 5. Kesimpulan Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini antara lain: 1. Sistem informasi pemantauan transportasi zat radioaktif secara visual (peta dan tabel) dan realtime telah berhasil dibuat serta mampu menerima dan menyimpan data yang telah terenkripsi Daftar Pustaka [1] Humasristek. (2010, 23 September 2013) Manfaat Nuklir. Available at: +News/id/12465 [2] Y. Ikawati. (2013, 6 Maret 2014). Manfaat Teknologi Nuklir: Benih Kedelai, Vaksin Malaria, hingga Terapi Kanker. Available at: knologi-nuklir-benih-kedelai-vaksin-malariahingga-terapi-kanker [3] J. Prajitno, A. Abimanyu, J. B. Setiawan, Nurhidayat, 2011, "Rancang Bangun Digital Survey Meter Dengan Global Positioning System Untuk Radiasi Beta-Gamma," Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah. [4] A. Abimanyu, D. Yuliansari, W. Mustika, and Litasari, 2014, "Implementation of Modified Vernam Algorithm for Radioactive Transportation Monitoring System," EECCIS. [5] A. Abimanyu, 2014, "Rancang Bangun Sistem Pemantau Pengangkutan Zat Radioaktif Menggunakan SMS Tersandi," Thesis S2 Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. [6] Purwantoro, 2013, "Sistem Informasi Pemantau Pengangkutan Zat Radioaktif Berbasis Google Maps," Elektronika Instrumentasi, STTN Yogyakarta, Yogyakarta. [7] A. Abimanyu dan Jumari, 2013, "Implementasi Algoritma Vigenere Menggunakan Mikrokontroler Untuk Pengiriman SMS Pada Sistem Pemantau Pengangkutan Zat Radioaktif," Prosiding Seminar. [8] R. Munir, 2011, "Algoritma Enkripsi Citra dengan Pseudo One-Time Pad yang Menggunakan Sistem Chaos," KNIF. [9] R. R. I. R. Hanifah, Y. Christyono, 2010, "Simulasi Sistem Informasi Geografis (SIG) Pemantauan Posisi Kendaraan Via SMS Gateway," Online Jurnal TRANSMISI, pp C - 30