ANALISA PROSES ENKRIPSI DAN DESKRIPSI DENGAN METODE DES

Transkripsi

1 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / ANALISA PROSES ENKRIPSI DAN DESKRIPSI DENGAN METODE DES Muhamad Danuri Dosen Jurusan Manajemen Informatika, AMIK JTC Semarang ABSTRAKSI Makalah ini membahas tentang studi terhadap salah satu algoritma kriptografi block cipher, yaitu DES (Data Encryption Standard). DES adalah salah satu metode penyandian dengan sistem block cipher. Yaitu sistem penyandian yang pengacakannya dilakukan secara blok demi blok dengan blok input (teks asli) 64 bit dan menghasilkan output (teks sandi) yang juga per blok 64 bit, algoritma yang digunakan adalah kunci simetris dengan panjang kunci 64 bit. Algoritma ini termasuk algoritma penyandian simetris, dimana untuk proses enkripsi dan dekripsi pesan menggunakan kunci yang sama. Jadi, walaupun seorang kriptografer mengerti dengan baik algoritma yang digunakan untuk menyandikan pesan tersebut, tapi kalau tidak tahu kunci yang digunakan, maka tidak akan dapat mendekripsi pesan tersebut. Dalam makalah ini juga akan dijelaskan sejarah DES, beberapa kelemahan dan kelebihan algoritma DES, Kata kunci: Data Encryption Standard, cipher block, enkripsi, dekripsi, Lucifer, DES, kriptografi 1. PENDAHULUAN Masalah keamanan merupakan salah satu aspek penting dari sebuah system informasi. Salah satu hal yang penting dalam komunikasi menggunakan komputer dan dalam jaringan komputer untuk menjamin keamanan pesan, data, ataupun informasi adalah enkripsi. Disini enkripsi dapat diartikan sebagai kode atau chiper. Sebuah sistem pengkodean menggunakan suatu tabel atau kamus yang telah didefinisikan untuk kata dari informasi diberbagai aplikasi yang membutuhkan penyandiapada saat operasionalnya. Tercatat penggunaan sistem sandi DES terbesar saitu adalah pada industri perbankan disampinpemerintahan dan militer. Hal ini mengingat padinstitusi tersebut data / informasi yang ditansmisikadan disimpan banyak yang merupakan data pentinyang sensitif dan bersifat rahasia. 2. METODE PENYELESAIANYA : Permasalahan yang akan diulas pada paper ini adalah melakukan enkripsi pada tulisan MSI1 dengan mengunakan Metode Enkripsi DES. 3. Landasan Teori 3.1. Sejarah DES Algoritma DES dikembangkan di IBM dibawah kepemimpinan W.L. Tuchman pada tahun Algoritma ini didasarkan pada algoritma LUCIFER yang dibuat oleh Horst Feistel. Algoritma ini telah disetujui oleh National Bureau of Standard (NBS) setelah penilaian kekuatannya oleh National Security Agency (NSA) Amerika Serikat Tinjauan Umum DES termasuk ke dalam sistem kriptografi simetri dan tergolong jenis cipher blok. DES beroperasi pada ukuran blok 64 bit. DES mengenkripsikan 64 bit plainteks menjadi 64 bit cipherteks dengan menggunakan 56 bit kunci internal (internal key) atau upa-kunci (subkey). Kunci internal dibangkitkan dari kunci eksternal (external key) yang panjangnya 64 bit.

2 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Skema global dari algoritma DES adalah sebagai berikut (lihat Gambar 1): 1. Blok plainteks dipermutasi dengan matriks permutasi awal (initial permutation (IP). 2. Hasil permutasi awal kemudian di-enciphering- sebanyak 16 kali (16 putaran). Setiap putaran menggunakan kunci internal yang berbeda. 3. Hasil enciphering kemudian dipermutasi dengan matriks permutasi balikan (invers initial permutation atau IP -1 ) menjadi blok cipherteks. Plainteks IP 16 kali Enciphering Cipherteks Gambar 1. Skema Global Algoritma DES Di dalam proses enciphering, blok plainteks terbagi menjadi dua bagian, kiri (L) dan kanan (R), yang masing-masing panjangnya 32 bit. Kedua bagian ini masuk ke dalam 16 putaran DES. Pada setiap putaran i, blok R merupakan masukan untuk fungsi transformasi yang disebut f. Pada fungsi f, blok R dikombinasikan dengan kunci internal K i. Keluaran dai fungsi f di-xor-kan dengan blok L untuk mendapatkan blok R yang baru. Sedangkan blok L yang baru langsung diambil dari blok R sebelumnya. Ini adalah satu putaran DES. Secara matematis, satu putaran DES dinyatakan sebagai L i = R i 1 R i = L i 1 f(r i 1, K i ) Gambar 2 memperlihatkan skema algoritma DES yang lebih rinci.

3 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Plainteks IP L R f K 1 L 1 = R R1 L f ( R, K1) f K 2 L 2 = R 1 R2 L1 f ( R1, K 2 ) L 15 = R 14 R15 L14 f ( R14, K15) f K 16 R16 L15 f ( R15, K16) L 16 = R 15 IP -1 Cipherteks Gambar 2. Algoritma Enkripsi dengan DS Catatlah bahwa satu putaran DES merupakan model jaringan Feistel (lihat Gambar 3). L i - 1 R i1 f K i L i R i Gambar 3. Jaringan Feistel untuk satu putaran DES Perlu dicatat dari Gambar 2 bahwa jika (L 16, R 16 ) merupakan keluaran dari putaran ke-16, maka (R 16, L 16 ) merupakan pra-cipherteks (pre-ciphertext) dari enciphering

4 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / ini. Cipherteks yang sebenarnya diperoleh dengan melakukan permutasi awal balikan, IP -1, terhadap blok pra-cipherteks Permutasi Awal Sebelum putaran pertama, terhadap blok plainteks dilakukan permutasi awal (initial permutation atau IP). Tujuan permutasi awal adalah mengacak plainteks sehingga urutan bit-biit di dalamnya berubah. Pengacakan dilakukan dengan menggunakan matriks permutasi awal berikut ini: Cara membaca tabel/matriks di atas: dua entry ujung kiri atas (58 dan 5) berarti: pindahkan bit ke-58 ke posisi bit 1 pindahkan bit ke-5 ke posisi bit 2, dst 3.4. Pembangkitan Kunci Internal Karena ada 16 putaran, maka dibutuhkan kunci internal sebanyak 16 buah, yaitu K 1, K 2,, K 16. Kunci-kunci internal ini dapat dibangkitkan sebelum proses enkripsi atau bersamaan dengan proses enkripsi. Kunci internal dibangkitkan dari kunci eksternal yang diberikan oleh pengguna. Kunci eksternal panjangnya 64 bit atau 8 karakter. Misalkan kunci eksternal yang tersusun dari 64 bit adalah K. kunci eksternal ini menjadi masukan untuk permutasi dengan menggunakan matriks permutasi kompresi PC-1 sebagai berikut: Dalam permutasi ini, tiap bit kedelapan (parity bit) dari delapan byte kunci diabaikan. Hasil permutasinya adalah sepanjang 56 bit, sehingga dapat dikatakan panjang kunci DES adalah 56 bit. Selanjutnya, 56 bit ini dibagi menjadi 2 bagian, kiri dan kanan, yang masingmasing panjangnya 28 bit, yang masing-masing disimpan di dalam C dan D : C : berisi bit-bit dari K pada posisi 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 58, 5, 42, 34, 26, 18 1, 2, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 6, 52, 44, 36 D : berisi bit-bit dari K pada posisi 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7, 62, 54, 46, 38, 3, 22 14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 28, 2, 12, 4 Selanjutnya, kedua bagian digeser ke kiri (left shift) sepanjang satu atau dua bit bergantung pada tiap putaran. Operasi pergeseran bersifat wrapping atau round-shift. Jumlah pergeseran pada setiap putaran ditunjukkan pada Tabel 1 sbb:

5 Tabel 1. Jumlah pergeseran bit pada setiap putaran INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Putaran, i Jumlah pergeseran bit Misalkan (C i, D i ) menyatakan penggabungan C i dan D i. (C i+1, D i+1 ) diperoleh dengan menggeser C i dan D i satu atau dua bit. Setelah pergeseran bit, (C i, D i ) mengalami permutasi kompresi dengan menggunakan matriks PC-2 berikut: Dengan permutasi ini, kunci internal K i diturunkan dari (C i, D i ) yang dalam hal ini K i merupakan penggabungan bit-bit C i pada posisi: 14, 17, 11, 24, 1, 5, 3, 28, 15, 6, 21, 1 23, 19, 12, 4, 26, 8, 16, 7, 27, 2, 13, 2 dengan bit-bit D i pada posisi: 41, 52, 31, 37, 47, 55, 3, 4, 51, 45, 33, 48 44, 49, 39, 56, 34, 53, 46, 42, 5, 36, 29, 32 Jadi, setiap kunci internal K i mempunyai panjang 48 bit. Proses pembangkitan kunci-kunci internal ditunjukkan pada Gambar 4. Bila jumlah pergeseran bit-bit pada Tabel 1 dijumlahkan semuanya, maka jumlah seluruhnya sama dengan 28, yang sama dengan jumlah bit pada C i dan D i. Karena itu, setelah putaran ke-16 akan didapatkan kembali C 16 = C dan D 16 = D.

6 Kunci eksternal INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Permutasi PC-1 C D Left Shift Left Shift C 1 D 1 Left Shift Left Shift Permutasi PC-2 K 1 j j Permutasi PC-2 Left Shift Left Shift K j C 16 D 16 Permutasi PC-2 K 16 Gambar 4. Proses pembangkitan kunci-kunci internal DES 3.5. Enciphering Proses enciphering terhadap blok plainteks dilakukan setelah permutasi awal (lihat Gambar 1). Setiap blok plainteks mengalami 16 kali putaran enciphering (lihat Gambar 2). Setiap putaran enciphering merupakan jaringan Feistel yang secara matematis dinyatakan sebagai L i = R i 1 R i = L i 1 f(r i 1, K i ) Diagram komputasi fungsi f diperlihatkan pada Gambar 5.

7 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / bit R i-1 Ekspansi menjadi 48 bit E(R i-1 ) 48 bit 48 bit 48 bit K i E( Ri 1) K i A S 1... S 8 Matriks substitusi 32 bit 32 bit B P(B) Gambar 5. Rincian komputasi fungsi f E adalah fungsi ekspansi yang memperluas blok R i 1 yang panjangnya 32-bit menjadi blok 48 bit. Fungsi ekspansi direalisasikan dengan matriks permutasi ekspansi sbb: Selanjutnya, hasil ekpansi, yaitu E(R i 1 ), yang panjangnya 48 bit di-xor-kan dengan K i yang panjangnya 48 bit menghasilkan vektor A yang panjangnya 48-bit: E(R i 1 ) K i = A Vektor A dikelompokkan menjadi 8 kelompok, masing-masing 6 bit, dan menjadi masukan bagi proses substitusi. Proses substitusi dilakukan dengan menggunakan delapan buah kotak-s (S-box), S 1 sampai S 8. Setiap kotak-s menerima masukan 6 bit dan menghasilkan keluaran 4 bit. Kelompok 6-bit pertama menggunakan S 1, kelompok 6-bit kedua menggunakan S 2, dan seterusnya. (cara pensubstitusian dengan kotak-s sudah dijelaskan pada materi Prinsip-prinsip Perancangan Cipher Blok ) Kedelapan kotak-s tersebut adalah: S 1 : S 2 : S 3 :

8 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / S 4 : S 5 : S 6 : S 7 : S8: Keluaran proses substitusi adalah vektor B yang panjangnya 48 bit. Vektor B menjadi masukan untuk proses permutasi. Tujuan permutasi adalah untuk mengacak hasil proses substitusi kotak-s. Permutasi dilakukan dengan menggunakan matriks permutasi P (P-box) sbb: Bit-bit P(B) merupakan keluaran dari fungsi f. Akhirnya, bit-bit P(B) di-xor-kan dengan L i 1 untuk mendapatkan R i (lihat Gambar 6): R i = L i 1 P(B) Jadi, keluaran dari putaran ke-i adalah (L i, R i ) = (R i 1, L i 1 P(B))

9 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / bit L i-1 f 32 bit R i Gambar 6. Skema perolehan R i 3.6. Permutasi Terakhir (Inverse Initial Permutation) Permutasi terakhir dilakukan setelah 16 kali putaran terhadap gabungan blok kiri dan blok kanan. Proses permutasi menggunakan matriks permutasi awal balikan (inverse initial permutation atau IP -1 ) sbb: Dekripsi Proses dekripsi terhadap cipherteks merupakan kebalikan dari proses enkripsi. DES menggunakan algoritma yang sama untuk proses enkripsi dan dekripsi. Jika pada proses enkripsi urutan kunci internal yang digunakan adalah K 1, K 2,, K 16, maka pada proses dekripsi urutan kunci yang digunakan adalah K 16, K 15,, K 1. Untuk tiap putaran 16, 15,, 1, keluaran pada setiap putaran deciphering adalah L i = R i 1 R i = L i 1 f(r i 1, K i ) yang dalam hal ini, (R 16, L 16 ) adalah blok masukan awal untuk deciphering. Blok (R 16, L 16 ) diperoleh dengan mempermutasikan cipherteks dengan matriks permutasi IP -1. Prakeluaran dari deciphering adalah adalah (L, R ). Dengan permutasi awal IP akan didapatkan kembali blok plainteks semula. Tinjau kembali proses pembangkitan kunci internal pada Gambar 4. Selama deciphering, K 16 dihasilkan dari (C 16, D 16 ) dengan permutasi PC-2. Tentu saja (C 16, D 16 ) tidak dapat diperoleh langsung pada permulaan deciphering. Tetapi karena (C 16, D 16 ) = (C, D ), maka K 16 dapat dihasilkan dari (C, D ) tanpa perlu lagi melakukan pergeseran bit. Catatlah bahwa (C, D ) yang merupakan bit-bit dari kunci eksternal K yang diberikan pengguna pada waktu dekripsi. Selanjutnya, K 15 dihasilkan dari (C 15, D 15 ) yang mana (C 15, D 15 ) diperoleh dengan menggeser C 16 (yang sama dengan C ) dan D 16 (yang sama dengan C ) satu bit ke kanan. Sisanya, K 14 sampai K 1 dihasilkan dari (C 14, D 14 ) sampai (C 1, D 1 ). Catatlah bahwa (C i 1, D i 1 ) diperoleh dengan menggeser C i dan D i dengan cara yang sama seperti pada Tabel 1, tetapi pergeseran kiri (left shift) diganti menjadi pergeseran kanan (right shift).

10 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / PEMBAHASAN 4.1. Enkripsi Dengan Algoritma DES Berikut ini diuraikan proses enkripsi data dengan menggunakan algoritma DES M S I 1 PLAINTEXT ASCII HEX 4D BIN PLAINTEXT (HEX) KUNCI (HEX) OUTPUT (HEX) 4D FE4D6AA259A38B4 8EA716A53BC7B8 OUTPUT DES Eenkripsi PROSES : -- Enkripsi DES -- Input : Kunci : L[] : R[] : Ronde 1 - E : SK : E XOR SK : L[1] : R[1] : Ronde 2 - E : SK : E XOR SK : L[2] : R[2] : Ronde 3 - E : SK : E XOR SK : L[3] : R[3] : Ronde 4 - E : SK : E XOR SK : L[4] :

11 R[4] : INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Ronde 5 - E : SK : E XOR SK : L[5] : R[5] : Ronde 6 - E : SK : E XOR SK : L[6] : R[6] : Ronde 7 - E : SK : E XOR SK : L[7] : R[7] : Ronde 8 - E : SK : E XOR SK : L[8] : R[8] : Ronde 9 - E : SK : E XOR SK : L[9] : R[9] : Ronde 1 - E : SK : E XOR SK : L[1] : R[1] : Ronde 11 - E : SK : E XOR SK : L[11] : R[11] : Ronde 12 - E : SK : E XOR SK : L[12] : R[12] :

12 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Ronde 13 - E : SK : E XOR SK : L[13] : R[13] : Ronde 14 - E : SK : E XOR SK : L[14] : R[14] : Ronde 15 - E : SK : E XOR SK : L[15] : R[15] : Ronde 16 - E : SK : E XOR SK : L[16] : R[16] : Output : Deskripsi Dengan Algoritma DES Berikut ini diuraikan proses Deskripsi data dengan menggunakan algoritma DES, dari data yang telah dilakukan Enkripsi -- Dekripsi DES -- Input : Kunci : L[] : R[] : Ronde 16 - E : SK : E XOR SK : L[16] : R[16] : Ronde 15 - E : SK : E XOR SK : L[15] : R[15] :

13 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Ronde 14 - E : SK : E XOR SK : L[14] : R[14] : Ronde 13 - E : SK : E XOR SK : L[13] : R[13] : Ronde 12 - E : SK : E XOR SK : L[12] : R[12] : Ronde 11 - E : SK : E XOR SK : L[11] : R[11] : Ronde 1 - E : SK : E XOR SK : L[1] : R[1] : Ronde 9 - E : SK : E XOR SK : L[9] : R[9] : Ronde 8 - E : SK : E XOR SK : L[8] : R[8] : Ronde 7 - E : SK : E XOR SK : L[7] : R[7] :

14 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / Ronde 6 - E : SK : E XOR SK : L[6] : R[6] : Ronde 5 - E : SK : E XOR SK : L[5] : R[5] : Ronde 4 - E : SK : E XOR SK : L[4] : R[4] : Ronde 3 - E : SK : E XOR SK : L[3] : R[3] : Ronde 2 - E : SK : E XOR SK : L[2] : R[2] : Ronde 1 - E : SK : E XOR SK : L[1] : R[1] : Output : Analisis Hasil Proses Enkripsi Dan Dekripsi: ENKRIPSI : M S I 1 PLAINTEXT ASCII HEX 4D BIN

15 INFOKAM Nomor I / Th. VII/ Maret / PLAINTEXT (HEX) KUNCI (HEX) OuPut (HEX) 4D FE4D6AA259A38B4 8EA716A53BC7B8 OUTPUT Eenkripsi DES DESKRIPSI : OU T enk HEX 8 EA 71 6A 5 3B C7 B8 Proses DEskripsi Out Des HEX 4D D hasil sama dengan input Plaintext Penghilangan didepan menjadi 4D Penguraian hasil Deskripsi : BIN HEX 4D ASCII M S I 1 PLAINTEXT TErbukti dari hasil enkripsi dan Deskripsi yang dilakukan MSI1 tetap Utuh 5. KESIMPULAN 5.1. Proses enkripsi dan dekripsi suatu data dengan algoritma DES denga menggunakan Palintext dan dengan pemilihan kuncinya secara bebas Waktu yang diperlukan untuk proses enkripsi dan dekripsi dipengaruhi oleh ukuran file, spesifikasi pada perangkat keras, dan proses lain yang sedang dilakukan oleh perangkat keras Plainteks yang diproses dengan kunci 1, kunci 2, dan kunci 3 menghasilkan cipherteks dengan jumlah karakter yang lebih besar, karena adanya proses padding dan disimpan dalam bentuk heksadesimal. Jika salah satu kunci atau ketiga kunci dirubah, maka cipherteks juga akan berubah Untuk mendapatkan plainteks kembali dari hasil deskripsi dapat diuraikan dengan melakukan konversi hasil deskripsi dari biner ke Hex lalu dilakukan pembuangan nilai yang ditambahkan dan akhirnya di desimalkan dan dicari symbol ASCIInya. DAFTAR PUSTAKA courses/ec71/23/report-avon.pdf /27/6/27/sistem-sandi-des-data-encryption- standard/ 1/algoritma-des-1/ Munir, Rinaldi. (24). Bahan Kuliah IF554 Kriptografi. Departemen Teknik Informatika Institut Teknologi Bandung. [5] Schneier, Bruce. (1996). Applied Cryptography 2nd. John Wiley & Sons. i/computer_security/bab_2.pdf