ENKRIPSI CITRA DIGITAL MENGGUNAKAN ALGORITMA BLOCK CIPHER RC4 DAN CHAOTIC LOGISTIC MAP

Transkripsi

1 J-ICON, Vol. 2 No. 1, Maret 2014, pp. 21~30 21 ENKRIPSI CITRA DIGITAL MENGGUNAKAN ALGORITMA BLOCK CIPHER RC4 DAN CHAOTIC LOGISTIC MAP Hanum Khairana Fatmah 1, Adriana Fanggidae 2, dan Yulianto T. Polly 3 1,2,3 Jurusan Ilmu Komputer, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana ABSTRAK Citra (image) merupakan salah satu bentuk data atau informasi yang disajikan secara visual. Dengan berkembangnya teknologi saat ini penyebaran informasi dapat dilakukan oleh siapa saja, kapan saja dan melalui saluran atau kanal apa saja. Pada penelitian ini digunakan algoritma RC4 dan chaotic logistic map yang berfungsi untuk menjaga keamanan citra digital. Citra uji berekstensi.bmp dan.jpeg, dan blok yang digunakan merupakan nilai-nilai faktorisasi dari ukuran pixel kolom citra uji. Pengujian menggunakan koefisien korelasi, dimana semakin kecil nilai koefisien korelasi dari cipherimage yang dihasilkan maka hubungan antar pixel berdakatan antara plainimage dan cipherimage semakin lemah (tidak mirip). Hasil pengujian terhadap 20 citra uji didapatkan bahwa prose enkripsi dengan menggunakan 10 blok memiliki korelasi terendah sebanyak 25%, sehingga dapat dikatakan bahwa algoritma block cipher RC4 dan chaotic logistic map tidak cocok untuk mengenkripsi citra dengan jumlah blok yang besar. Kata kunci : enkripsi citra digital, block cipher, algoritma RC4, chaotic logistic map. ABSTRACT Digital image is an information in visual form. This time information can be spread by anyone, anywhere and by any channel. This research using block cipher RC4 algorithm and chaotic logistic map in order to secure the digital image. The image extension are.bmp and.jpeg and the block that used is a factor value of test image coloumn. The testing used corelation coefisien which the smaller corelation coefisien value between the cipherimage and the plainimage then the correlation of neighboring pixels in the cipherimage becomes weak or close to zero (not look alike). The testing result applicable to 20 testing images show that the encryption process with 10 blocks have the lowest correlation it is about 25% so, we can conclude that block cipher RC4 algorithm and chaotic logistic map is not suitable to encrypt the digital images with big number of block. Keywords: digital image encryption, block cipher, RC4 algorithm, chaotic logistic map. I. PENDAHULUAN Citra (image) merupakan salah satu bentuk data atau informasi yang disajikan secara visual. Dengan berkembangnya teknologi saat ini penyebaran informasi dapat dilakukan oleh siapa saja, kapan saja dan melalui saluran atau kanal apa saja. Pesan yang berisi informasi atau data tidak selamanya bersifat publik. Ada juga pesan yang bersifat rahasia dan tentunya karena bersifat rahasia maka keamanan pesan haruslah terjaga agar tidak bocor. Banyak cara yang sudah dilakukan untuk menjaga kerahasiaan data atau informasi. Salah satu cara populer untuk menjaga kerahasiaan data atau informasi yaitu dengan menggunakan kriptografi. Kebanyakan algoritma kriptografi yang tersedia ditujukan untuk mengenkripsi data teks. Algoritma kriprografi konvensional seperti DES, AES, Blowfish, RC4, RSA, dan lain-lain tidak mangkus digunakan untuk mengenkripsi data citra karena algortima-algortima tersebut membutuhkan waktu yang lama untuk mengenkripsi. Alasan yang lain yaitu karena citra digital memiliki karakteristik unik yaitu : (i) adanya ISSN

2 22 ISSN redundansi data, (ii) adanya korelasi kuat antara pixel-pixel yang berdekatan dan (iii) kurang sensitif seperti data teks dalam pengertian sedikit perubahan tidak menurunkan kualitas citra [11]. Dalam paper ini peneliti mengusulkan sistem pengamanan pesan yang menggunakan algoritma block cipher RC4 dan Chaotic Logistic Map sebagai alat untuk mengenkripsi citra digital. II. MATERI DAN METODE Penggunaan chaotic logistic map dalam pengenkripsian citra sebelumnya telah dilakukan oleh [7] dengan menggabungkannya dengan metode One Time Pad. Peneliti menggunakan One Time Pad karena sudah terbukti aman dan sulit untuk diserang oleh kriptanalis karena panjang kunci yang harus sama dengan panjang plain image. Pada [11] citra digital dibagi menjadi blok-blok plain image dengan setiap blok berupa 16 pixel citra. Peneliti menggunakan external key sebanyak 80 bit dan dua kali chaotic logistic map. Kondisi awal yang digunakan untuk kedua chaos berasal dari external key. Agar cipher image tahan terhadap berbagai serangan maka kunci rahasia akan terus berubah setiap selesai mengenkripsi satu blok citra 2.1 Chaos Chaos merupakan CSPRNG (Cryptography Secure Pseudorandom Generator) atau pembangkit bilangan acak semu yang aman untuk kriptografi. Yang dimaksud dengan acak adalah bilangan yang tidak mudah diprediksi oleh pihak lawan. Penemu teori chaos adalah seorang ahli meteorologi, Edward Lorentz pada tahun 1960 ketika ia membuat model perkiraan cuaca. Model matematis cuaca diiterasi untuk memperoleh perkiraan cuaca pada waktu yang akan datang. Semakin lama waktu dperkiraan cuaca yang dihitung, semakin panjang iterasi yang harus dilakukan. Dengan mengubah sedikit awal iterasi yang hanya sebesar , ia menemukan bahwa perkiraan cuaca yang dihasilkan mengalami divergensi yang besar. Gambar 2.10 memperlihatkan plot kurva dan iterasi terhadap model cuaca tersebut dengan menggunakan nilai awal kurva yang berbeda sebesar Gambar 2.1 Eksperimen Lorentz Chaotic Logistic Map Logistic map adalah salah satu bentuk yang paling sederhana dari proses chaotic. Persamaan dari logistic map adalah : X n+1 = λ X n (1 X n ) Persamaan...(2.1) Dimana X n adalah variable state, yang terletak di interval [0,1] dan λ disebut sebagai parameter sistem yang dapat memiliki nilai antara 1 dan 4 (laju pertumbuhan). J-ICON, Vol. 2 No. 1, Maret 2014 : 21~30

3 J-ICON ISSN Gambar 2.2 Diagram bifurcation untuk persamaan logistik X n+1 = λ X n 1 X n Satu masalah yang muncul dari bilangan acak dengan chaos adalah nilainya yang berupa bilangan riil antara 0 dan 1, sedangkan kriptografi beroperasi dalam himpunan bilangan bulat yang nilainya dari 0 sampai 255. Agar barisan nilai chaos dapat dipakai untuk enkripsi dan dekripsi, maka nilai chaos dikonversi ke integer. Konversi nilai chaos dilakuakn dengan menggunakan fungsi pemotongan. Caranya nilai chaos dikalikan dengan 10 berulangkali sampai ia mencapai panjang angka (size) yang diinginkan, lalu memotong hasil perkalian tersebut untuk mengambil bagian integer-nya saja. Secara matematis nilai chaos x dikonversi ke integer dengan menggunakan persamaan berikut : T x, Size = x 10 count, x 0 Yang dalam hal ini count mulai dari 1 dan bertambah 1 sampai x 10 count > 10 size 1. Hasilnya kemudian diambil abgian integer saja (dibandingkan dengan pasangan garis ganda pada persamaan 2.11). sebagai contoh, misalkan x= dan size = 4, maka dimulai dari count = 1 sampai dengan count= 6 diperoleh; = > 10 3 Kemudian ambil bagian integer-nya dengan; = 3176 Jadi diperoleh sebuah elemen dari barisan kunci yaitu Cara yang sama dilakukan untuk nilai-nilai chaos lainnya. 2.3 RC4 RC4 membangkitkan aliran kunci (keystream) yang kemudian di-xor-kan dengan plainteks pada waktu enkripsi (atau di-xor-kan dengan bit-bit cipherteks pada waktu didekripsi). Tidak seperti stream cipher yang memproses data dalam bit, RC4 memproses data dalam ukuran byte ( 1 byte = 8 bit). Untuk membangkitkan aliran kunci, cipher menggunakan status internal yang terdiri dari dua bagian yaitu : 1. Permutasi angka 0 sampai 255 didalam larik S 0, S 1,, S 255. Permutasi merupakan fungsi dari kunci U. 2. Dua buah pencacah indeks, i dan j. Langkah-langkah RC4 adalah sebagai berikut : 1. Inisialisasi larik S sehingga S 0 = 0, S 1 = 1,, S 255 = 255 Dalam notasi algoritmik, langkah 1 ditulis sebagai berikut : for i 0 to 255 do S[i] i Endfor 2. Jika panjang kunci U < 256, lakukan padding yaitu penambahan byte semu sehingga panjang kunci menjadi 256 byte. Misalnya jika U = abc yang hanya terdiri dari 3 byte (3 huruf), maka lakukan padding dengan penambahan byte (huruf) semu misalnya U = abcabcabc... sampai panjang U mencapai 256 byte. 3. Lakukan permutasi permutasi terhadap nilai-nilai di dalam larik S dengan cara sebagai berikut : J 0 for i 0 to 255 do j ( j + S [ i ] + U [ i ] ) mod 256 Enkripsi Citra Digital Menggunakan Algoritma Block Cipher RC4 dan Chaotic Logistic Map (Hanum Khairana Fatmah)

4 24 ISSN swap ( S [ i ], S [ j ] ) (*Pertukaran nilai S[i] dengan S[j] *) endfor 4. Bangkitkan Aliran kunci (keystream) dan lakukan enkripsi dengan cara sebagai berikut : i 0 j 0 for idx endfor 0 to PanjangPlainteks 1 do i ( i + 1) mod 256 j ( j + S [ i ] ) mod 256 swap (S [ i ], S [ j ] ) (*Pertukaran nilai S [ i ] dan S [ j ]*) t ( S [ i ] + S [ j ] ) mod 256 K S [ t ] (*keystream*) c K XOR P[idx] (*enkripsi*) Aliran-kunci K dipilih dengan mengambil nilai S[i] dan S[j] dan menjumlahkannya dalam modulo 256. Hasil penjumlahan adalah indeks t sedemikian sehingga S[t] menjadi kunci-aliran K yang kemudian digunakan untuk mengenkripsi plainteks ke-idx RC4 Modifikasi Pada RC4 modifikasi, stream cipher dirubah menjadi block cipher. Citra digital dibagi menjadi n blok yang diinginkan dan dilakukan enkripsi pada masing-masing blok plain image. Kunci U akan dibangkitkan melalui external key dan panjang kunci U 256 byte. Blok pertama menggunakan 256 byte kunci U untuk ciphering lalu pada blok kedua, nilai piksel citra asli digunakan sebagai nilai awal untuk membangkitkan kunci seterusnya hingga blok terakhir. Gambar 2.3 Skema Enkripsi RC4 Modifikasi 2.4 Koefisien Korelasi Koefisien korelasi digunakan untuk mengetahui bagaimana keeratan hubungan antara suatu variabel dengan variabel lain [2]. r xy = cov (x,y) D x D(y) (3.2) E(y) Dimana cov x, y = 1 n D x = 1 n D y = 1 n E x = 1 n E y = 1 n n i=1 n i=1 n i=1 n i=1 x i n y i x i E(x) y i x i E(x) 2 y i E(y) 2 i=1 (2.21) Yang dalam hal ini, r = Nilai koefisien korelasi n = banyaknya data x = piksel pertama y = piksel kedua J-ICON, Vol. 2 No. 1, Maret 2014 : 21~30

5 J-ICON ISSN III. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini pengujian dilakukan terhadap proses enkripsi dan dekripsi dimana pengujian menggunakan 20 data uji citra digital terdiri dari 10 citra uji yang memiliki ukuran yang berbeda dan 10 data uji yang memiliki ukuran yang sama diuji dengan mengenkripsi data uji menggunakan kunci abcdefghijklmnop dan data uji dibagi menjadi blok-blok yang tersedia. 3.1 Hasil Pengujian pertama dilakukan untuk 10 data uji dengan ukuran yang berbeda hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini : Tabel 4.1 Hasil pengujian 10 data uji dengan ukuran berbeda Nama Citra Uji Blok Baby.bmp 250x275 Baby.bmp 250x275 Brave.bmp 250x318 Cat.bmp 250x350 Cat.bmp 250x350 Fondant.bmp 250x Enkripsi Citra Digital Menggunakan Algoritma Block Cipher RC4 dan Chaotic Logistic Map (Hanum Khairana Fatmah)

6 26 ISSN Nama Citra Uji Blok , , ,0091 Gunung.bmp , x , , , , , ,0305 Lyons.bmp , x , , ,0126 H, V, D : Horizontal, vertikal, diagonal Pengujian kedua yang dilakukan untuk 10 data uji dengan ukuran yang sama yaitu 250x250. Hasil pengujian terdapat pada tabel 4.2 di bawah ini : Tabel 4.2 Hasil Pengujian untuk 10 data uji dengan ukuran yang sama yaitu 250x250 Nama Citra Uji Blok , , ,0183 Ayam.bmp , , , , , , , ,0064 Cake.bmp , , , , , , , ,0137 Crc.bmp , , , , ,2858 J-ICON, Vol. 2 No. 1, Maret 2014 : 21~30

7 J-ICON ISSN Nama Citra Uji Et.bmp Nama Citra Uji Kue.bmp Nba.bmp Paprika.bmp Podhamer.bmp Blok , , , , , , , ,2226 Blok , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,2481 Enkripsi Citra Digital Menggunakan Algoritma Block Cipher RC4 dan Chaotic Logistic Map (Hanum Khairana Fatmah)

8 28 ISSN Nama Citra Uji Blok , , ,0124 Sami.bmp , , , , , , , ,0081 Sapi.bmp , , , , ,0353 H, V, D : Horizontal, vertikal, diagonal Citra hasil menunnjukkan perbedaan secara visual antara citra asli dan citra hasil enkripsi yang dapat dilihat pada tabel 4.3 Tabel 4.3 Perbedaan Citra secara visual antara citra asli dan citra hasil enkripsi Hasil Enkripsi Pengujian Nama Citra Uji Blok Asli I Baby.bmp 250x275 Brave.bmp 250x318 I II Cat.bmp 250x350 Fondant.bmp 250x300 Ayam.bmp 250x250 Cake.bmp 250x250 Crc.bmp 250x250 Et.bmp 250x250 J-ICON, Vol. 2 No. 1, Maret 2014 : 21~30

9 J-ICON ISSN Pembahasan Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan terhadap 20 data uji dapat diketahui keberhasilan proses enkripsi melalui nilai koefisien korelasi dari cittra hasil enkripsi yang dihasilkan. Cittra hasil enkripsi yang mempunyai nilai koefisien terkecil memiliki korelasi pixel berdekatan antara citra asli dan citra hasil enkripsi sangat lemah [9]. Presentase nilai korelasi koefisien pada citra hasil enkripsi dapat dilihat pada tabel 4.4 di bawah ini : Tabel 4.4 Presentase nilai korelasi koefisien pada citra hasil enkripsi Pengujian Presentase koefisien korelasi citra hasil enkripsi (sejumlah blok) I - 10 % 20 % 10 % 20% 10 % 30 % - II % 40 % 20 % 20% - - Presentase Rata- Rata - 5 % 20 % 25 % 20 % 15 % 15 % - Pada pengujian pertama dan pengujian kedua pembagian blok adalah sama, yaitu berdasarkan nilainilai faktorisasi yang diperoleh dari ukuran kolom pixel citra uji. Berdasarkan tabel 5.4 dapat dilihat presentase blok yang memiliki nilai koefisien korelasi terendah yaitu sebesar 25%, sehingga dapat dikatakan bahwa algoritma block cipher RC4 dan chaotic logistic map tidak cocok untuk mengenkripsi citra dengan jumlah blok yang besar. Hal ini dikarenakan bahwa dengan semakin banyak blok yang digunakan dalam proses enkripsi maka semakin sedikit melibatkan pixel-pixel sehingga korelasi yang terjadi antara pixel semakin kuat. IV. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengamatan dan pengujian pada sistem Enkripsi Citra Digital menggunakan Algoritma Block Cipher RC4 dan Chaotic Logistic Map maka dapat disimpulkan sebagai berikut : a. Sistem dapat mengenkripsi dan mendekripsi citra digital menggunakan algoritma block cipher RC4 dan chaotic logistic map. b. Hasil pengujian menunjukkan nilai presentase koefisien korelasi cipherimage blok 1 (0%), blok 2 (5%), blok 5 (20 %), blok 10 (25%), blok 25 (20%), blok 50 (15%), blok 125 (15%) dan blok terkahir sebanyak (0%) sehingga dapat dapat dikatakan bahwa algoritma block cipher RC4 dan chaotic logistic map tidak cocok untuk mengenkripsi citra dengan jumlah blok yang besar. c. Semakin banyak blok yang digunakan dalam proses enkripsi maka semakin sedikit melibatkan pixelpixel sehingga korelasi yang terjadi antara pixel semakin kuat, mengakibatkan cipherimage sangat mudah ditebak dan diserang. d. Algoritma block cipher RC4 dan chaotic logistic map berhasil membuat korelasi kerapatan piksel yang berdekatan menjadi lemah. e. Metode koefisien korelasi sangat baik digunakan dalam unjuk kerja keampuhan kriptografi 4.2 Saran Saya menyarankan agar peneliti selanjutnya dapat mengembangkan penelitian ini dengan membuat jumlah blok yang lebih besar ataupun dapat dibandingkan dengan algoritma-algoritma enkripsi citra digital lainnya. Enkripsi Citra Digital Menggunakan Algoritma Block Cipher RC4 dan Chaotic Logistic Map (Hanum Khairana Fatmah)

10 30 ISSN DAFTAR PUSTAKA [1] Abdulsattar, F, S., 2009, On The Security of Bitmaps Images using Scrambling based Encryption Method, Journal of Engineering and Development, Al-Mustansiriya University. [2] Algifari, 2013, Analisis Regresi teori, Kasus dan Solusi, edisi 2, BPFE, Yogyakarta. [3] Cobb, Chey., 2004, Cryptography for Dummies, Wilwy Publishing Inc, Indiana. [4] Dent, A, W., 2005, User;s guide to Cryptography and Standars, Artech House Inc, Norwood. [5] Jogiyanto., 2005, Analisis dan Desain Sistem Informasi, Andi Punlisher, Yogyakarta. [6] Menezes, A., Oorschot, P, V., Vanstone, S., 1996., Handbook of Applied Cryptography, CRC Press. [7] Munir, R., 2011, Algoritma Enkripsi Citra dengan Pseudo One Time Pad yang Menggunakan Sistem Chaos, Bandung. [8] Munir, R., 2006, Kriptografi, Informatika, Bandung. [9] Munir, R., 2012, Security Analysis of Selective Image Encryption Algorithm Based on Chaos and CBC-like Mode, Bandung. [10] Network Associates, 1990, An Introduction to Cryptography, Network Associates, United States of America. [11] Pareek, N, K., Patidar, V., and Sud, K, K., 2006, Image Encryption using Chaotic Logistic Map, Journal Image and Vision Computing, edisi 24, halaman [12] Schneier, Bruce., 1996, Applied Cryptography, John Wille and Sons Inc. J-ICON, Vol. 2 No. 1, Maret 2014 : 21~30