BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN PROGRAM Perancangan program aplikasi yang dibuat dalam skripsi ini menggunakan aturan linear sequential (waterfall). Metode ini terdiri dari empat tahapan yaitu analisis, perancangan, pembuatan, dan implementasi. Tahap analisis, perancangan, dan pembuatan akan dibahas dalam Bab 3 ini, sedangkan tahap implementasi akan dilanjutkan di Bab 4. 3.1 Analisis Masalah Perkembangan teknologi digital yang semakin pesat, terutama pada internet, memudahkan siapapun untuk mendapatkan atau bertukar informasi dengan mudah dan cepat dalam berbagai bentuk tanpa batas ruang dan waktu. Ancaman akan keamanan informasi menjadi hal sangat penting, karena ancaman ini akan berakibat pada data atau pesan rahasia yang dikomunikasikan. Dengan pertumbuhan ilmu pengetahuan di bidang informatika, teknik-teknik pengamanan informasi pada jaman dahulu dapat diterapkan pada pengamanan data atau pesan rahasia melalui jaringan internet. Salah satunya adalah cryptography, yaitu ilmu dan seni untuk menjaga keamanan data atau pesan rahasia yang dikirim dari suatu tempat ke tempat yang lain. Cara kerja cryptography adalah mengacaukan data atau pesan rahasia sehingga data atau pesan rahasia tersebut tidak dapat dimengerti. Namun, cryptography tetap dapat dipecahkan walaupun membutuhkan waktu. Kemudian berkembanglah steganography, yang merupakan kelanjutan dari cryptography. Berbeda dengan cryptography, steganography lebih mengurangi
51 kecurigaan karena data atau pesan rahasia disembunyikan ke dalam suatu media sehingga tidak ada pihak yang mengetahui keberadaan data atau pesan rahasia tersebut. 3.2 Usulan Pemecahan Masalah Melihat masalah keamanan data atau pesan rahasia tersebut, maka hal yang dapat dilakukan adalah merancang suatu program aplikasi yang dapat menyisipkan data atau pesan rahasia tersebut ke dalam suatu media yang dapat diakses setiap orang dengan teknik steganography. Cryptography dan steganography sama-sama memiliki kelemahan. Maka steganography dan cryptography akan digunakan secara bersamaan untuk menghasilkan perlindungan yang lebih baik terhadap sebuah pesan. Telah banyak studi tentang steganography pada media citra (image) dan suara (audio) dengan berbagai metode. Media lain yang dapat digunakan untuk menyisipkan data atau pesan rahasia adalah digital video. Ada beberapa metode untuk menerapkan steganography, yaitu disisipkan pada domain spasial dan disisipkan pada domain frekuensi. Domain spasial adalah ruang di mana data ditampilkan dalam piksel-piksel dan penyisipan dilakukan dengan sedikit mengubah nilai piksel-piksel tertentu. Contoh metode penyisipan pada domain spasial adalah Least Significant Bit (LSB), Singular Value Decomposition (SVD), dan Minimax Eigenvalue Decomposition (MED). Domain frekuensi adalah mentransformasi data menjadi frekuensi kemudian penyisipan data dilakukan dengan sedikit mengubah nilai koefisien tertentu yang dipilih. Contoh metode penyisipan pada domain frekuensi adalah Discrete Cosine Transform (DCT), Discrete Wavelet Transform (DWT), dan Discrete Fourier Transform (DFT).
52 Steganography pada domain spasial memiliki kelebihan yaitu menghasilkan imperceptibility yang baik sehingga kualitas media penampung tidak jauh berubah dari kualitas media asli, namun juga memiliki kekurangan yaitu tidak tahan terhadap serangan berupa cropping dan compression. Steganography pada domain frekuensi memiliki kelebihan yaitu menghasilkan robustness yang baik sehingga media penampung tahan terhadap serangan-serangan, namun juga memiliki kekurangan yaitu membutuhkan perhitungan matematis yang rumit. Oleh karena kriteria utama suatu steganography adalah keamanan, imperceptibility, dan robustness; maka program aplikasi yang dirancang akan menggabungkan metode domain spasial dengan domain frekuensi. Metode domain spasial yang paling sering digunakan adalah LSB karena kemudahan dan kecepatan implementasinya. LSB memodifikasi bit-bit LSB pada setiap byte warna pada sebuah piksel frame video dengan digantikan oleh bit-bit LSB pesan. Namun, metode membutuhkan tempat penyimpanan yang relatif besar dan dapat secara drastis mengubah unsur pokok warna dari piksel sehingga menunjukkan perbedaan yang nyata dari cover file menjadi stego file dan stego file yang dihasilkan tidak dapat dikompresi dengan format lossy compression sebab dapat menghilangkan pesan. Metode domain frekuensi yang paling sering digunakan adalah DCT karena tahan terhadap serangan seperti compression. DCT merepresentasi banyak data point yang merupakan penjumlahan dari fungsi kosinus yang berosilasi pada frekuensi yang berbeda-beda dan mengubah sedikit image dari beberapa frame video sehingga perubahan yang terjadi tidak dirasakan. Namun, metode ini kurang baik digunakan pada data yang bersifat periodik dan smooth, juga membutuhkan waktu yang lama jika image dari digital video yang digunakan memiliki resolusi bidang yang luas.
53 Metode yang digunakan adalah metode SVD dan DWT. Metode DWT menyediakan feature yang penting seperti rekonstruksi yang sempurna, directional selectivity yang baik, dan shift invariance yang dapat meningkatkan ketahanan. Metode DWT telah diuji dalam beberapa serangan, seperti lossy compression, additive noise, rotation, scaling, cropping, dan joint attack yang melibatkan kombinasi dari distorsi sebelumnya sehingga menjamin robustness yang baik. Sedangkan metode SVD dapat menyisipkan pesan atau data rahasia pada nilai-nilai singular dengan pertimbangan bahwa nilai singular tidak akan mengalami perubahan yang signifikan jika terjadi sedikit gangguan pada video sehingga menjamin imperceptibility yang baik. Skema ini melakukan penyisipan nilai-nilai singular SVD pesan ke dalam nilai-nilai singular SVD tiap subband (koefisien-koefisien) DWT dari frame video. Untuk pengacakan informasi (enkripsi) dengan cryptography, digunakan algoritma Data Encryption Standard (DES). Format file yang paling sesuai untuk steganography adalah yang memiliki tingkat redundancy yang tinggi. Redundancy adalah jumlah bit berlebih dari sebuah objek yang menghasilkan akurasi jauh lebih besar dari yang dibutuhkan untuk merepresentasi objek. Oleh sebab itu, video yang paling sesuai adalah video tidak terkompresi bitmap 24-bit. Maka video yang dipilih adalah file yang berformat AVI, karena merupakan file uncompressed video, sehingga dapat memuat jumlah data atau pesan rahasia yang cukup besar dan hasil video yang telah disisipkan tidak akan terlalu berpengaruh pada kualitasnya.
54 3.3 Prosedur Penyisipan dan Pengekstraksi Pesan Dalam merancang program aplikasi ini, terdapat dua algoritma utama yaitu algoritma penyisipan data atau pesan rahasia dan algoritma pengekstraksi data atau pesan rahasia. Algoritma penyisipan berfungsi untuk menyisipkan data atau pesan rahasia ke dalam video, sedangkan algoritma pengekstraksi berfungsi untuk mengambil data atau pesan rahasia yang telah disisipkan pada video. 3.3.1 Transformasi Ruang Warna Citra berwarna yang akan disisipkan bekerja pada ruang warna RGB. Ruang warna ini membagi komponen warnanya menjadi tiga kanal terpisah, yaitu kanal merah (red) R, kanal hijau (green) G, dan kanal biru (blue) B. Kombinasi dari ketiga kanal ini membentuk sebuah warna tertentu dan dapat diubah menjadi satu koefisien luminance yaitu Y(intensitas warna keseluruhan pada citra) yang berupa bentuk hitam/putih dari citra dan dua koefisien chrominance yaitu Cb (kombinasi warna biru/kuning) dan Cr (kombinasi warna merah/hijau). Penyisipan pesan rahasia dilakukan pada nilai warna luminance, karena indera penglihatan manusia lebih peka terhadap intensitas dibandingkan terhadap warna. Pada warna berpengaruh pada terang-gelap citra, sehingga stego-image yang dihasilkan akan terlihat lebih alami. Untuk itu perlu dilakukan transformasi citra dari ruang warna RGB ke ruang warna YCbCr. Rumus transformasi ruang warna RGB menjadi YCbCr adalah:
55 Komponen luminance dibagi menjadi blok-blok 64x64 dan komponen chrominance dibagi menjadi blok-blok 32x32. Gambar 3.1 Dekomposisi Sub-band Luminance (Y) dan Chrominance (Cb, Cr) Dan ketika pesan telah disisipkan dan citra akan dikembalikan dari ruang warna YCbCr menjadi ruang warna RGB, rumus transformasinya adalah: 3.3.2 Algoritma Penyisipan Pesan Berikut ini adalah urutan algoritma penyisipan pesan. 1. Bagi video menjadi scene-scene video V Si. 2. Ubah frame video F dari format matriks warna RGB menjadi YCbCr. 3. Hitung 2D-DWT pada matriks Y (luminance) tiap frame F. Operasi ini menghasilkan tujuh sub-band DWT (LL 2, HL 2, LH 2, HH 2, HL 1, LH 1, HH 1 ). Setiap sub-band adalah matriks dari koefisien DWT.
56 Gambar 3.2 Dekomposisi Frame Sub-band 2D-DWT 4. Gunakan operator SVD pada sub-band LL 2. Operator SVD mendekomposisi matriks koefisien sub-band menjadi tiga matriks independen: LL 2 = U LL2 S LL2 V LL2 Gambar 3.3 Operasi SVD 5. Samakan ukuran data atau pesan rahasia dengan ukuran sub-band LL 2 yang akan disisipkan. 6. Penyisipan dilakukan dengan cara menyubstitusi matriks singulir kiri dan kanan (matriks U dan V) data atau pesan rahasia pada matriks U dan V sub-band LL 2. 7. Lakukan inverse SVD pada matriks LL 2 yang telah dimodifikasi sehingga mendapatkan matriks koefisien LL 2 '. 8. Lakukan inverse DWT pada matriks koefisien LL 2 '. Operasi ini menghasilkan frame video F'. 9. Ubah frame video F' dari matriks warna YCbCr menjadi RGB. 10. Rekonstruksi frame menjadi scene video V Si '.
57 11. Rekonstruksi scene menjadi stego-video. Untuk lebih jelasnya, algoritma penyisipan pesan dapat dilihat pada gambar: Gambar 3.4 Algoritma Penyisipan Pesan 3.3.3 Algoritma Pengekstraksi Pesan Berikut ini adalah urutan algoritma pengekstraksi pesan. 1. Bagi stego-video menjadi scene-scene video V Si '. 2. Ubah frame video F' dari matriks warna RGB menjadi YCbCr. 3. Hitung 2D-DWT dari frame F'. Operasi ini menghasilkan tujuh sub-band DWT (sll 2, shl 2, slh 2, shh 2, shl 1, slh 1,sHH 1 ) 4. Gunakan operator SVD pada sub-band sll 2. Operator SVD mendekomposisi matriks koefisien sub-band menjadi tiga matriks independen: sll 2 = Us LL2 Ss LL2 Vs LL2
58 5. Ekstraksi dilakukan dengan cara mengambil 2 b kolom pertama dan 2 b baris pertama dari matriks U dan V. 6. Rekonstruksi pesan membutuhkan matriks diagonal S yang memuat nilai-nilai singular data atau pesan rahasia serta password. Untuk lebih jelasnya, algoritma pengekstraksi pesan dapat dilihat pada gambar: Gambar 3.5 Algoritma Pengekstraksi Pesan 3.4 Perancangan Program Aplikasi 3.4.1 Perincian Syarat 1. Program dibuat menggunakan program Text Pad 4.7.2 : 32-bit Edition. 2. Metode steganography yang digunakan adalah Singular Value Decomposition (SVD) dan Discrete Wavelet Transform (DWT). 3. Metode cryptography yang digunakan adalah Data Encryption Standard (DES). 4. Media file berformat uncompressed AVI (.avi). 5. Data yang disisipkan berupa teks, image, audio, video, dan lainnya.
59 3.4.2 Bentuk Program Arsitektur perancangan aplikasi dari sebuah program terdiri dari dua konsep sebagai berikut. A. Procedural Programming Procedural programming, disebut juga imperative programming adalah pemrograman sederhana dengan menerapkan urutan-urutan langkah. Procedural programming memanggil function atau procedure, dikenal sebagai routines. Setiap procedure harus mengandung sederetan langkah-langkah algoritma, yang kemudian procedure-procedure tersebut dipanggil dari program kapan saja. B. Object Oriented Programming Object Oriented Programming (OOP) adalah pemrograman yang menggunakan class dan object serta interaksinya untuk mendesain aplikasi dan program komputer. OOP bersifat reusable sehingga untuk modul-modul yang mempunyai kemiripan pada fungsi, programmer tidak perlu membuat program berulang-ulang. Pada perancangan program aplikasi yang rumit lebih baik menerapkan OOP. OOP terdiri dari tiga bagian konsep yang membuat OOP menjadi konsep pemrograman yang handal dan dapat diimplementasikan dalam segala situasi. Tiga bagian konsep-konsep dasar OOP adalah sebagai berikut. 1. Encapsulation Encapsulation adalah konsep yang merangkap seluruh atribute dan method pada suatu bagian menjadi sebuah class. Tujuan encapsulation adalah
60 untuk memudahkan konsep pemrograman, menyembunyikan informasi rahasia, dan memungkinkan pembuatan objek-objek yang bersifat sama. 2. Inheritance Inheritance adalah konsep penurunan sifat pada OOP. Tujuan inheritance adalah untuk memudahkan pemrograman dan menjaga hubungan antar class, sehingga programmer dan user dapat mengerti dengan mudah aliran program dari yang sederhana hingga berkembang menjadi rumit. 3. Polymorphism Polymorphism adalah konsep perubahan bentuk sifat objek ketika program sedang berjalan. Polymorphism pada dasarnya adalah sebuah abstract class yang mempunyai virtual method yang diturunkan menjadi beberapa class yang harus mengimplementasikan virtual method tersebut. Tujuan polymorphism adalah untuk memantapkan arsitektur pemrograman dengan memperjelas arah hubungan antar class dan method-method dari class. 3.4.3 Hirarki Menu Hirarki menu pada program aplikasi ini dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar 3.6 Hirarki Menu
61 3.4.4 Use Case Diagram Gambar 3.7 Use Case Diagram Video Steganography
62 3.4.5 Class Diagram Gambar 3.8 Class Diagram Video Steganography
63 3.4.6 Sequence Diagram Gambar 3.9 Sequence Diagram Video Steganography
64 3.4.7 Statechart Diagram Gambar 3.10 Statechart Diagram Embedding Gambar 3.11 Statechart Diagram Extracting 3.4.8 State Transition Diagram State Transition Diagram (STD) menggambarkan sebuah sistem yang real-time dan sistem yang on-line. STD merupakan suatu keadaan yang menggambarkan suatu keadaan pada waktu tertentu. Perubahan keadaan dapat terjadi karena suatu kejadian dan sebagai akibat dari kejadian tersebut maka akan muncul suatu aksi yang menyebabkan keadaan berubah. STD membantu dalam memberikan gambaran secara keseluruhan dari program. STD untuk program aplikasi ini dapat dilihat pada gambar-gambar berikut.
65 Gambar 3.12 State Transition Diagram Menu Utama Gambar 3.13 State Transition Diagram Layar Embed
66 Gambar 3.14 State Transition Diagram Layar Extract 3.5 Perancangan Layar Rancangan layar yang digunakan memiliki empat menu, yaitu menu Embed, menu Extract, menu Help, dan menu About. Menu-menu tersebut memiliki fungsi sebagai berikut. 1. Menu Embed, digunakan untuk memilih video dan data yang akan disisipkan, memasukkan password, kemudian dilakukan proses embedding. 2. Menu Extract, digunakan untuk memilih stego-video, memasukkan password, dan melalukan proses extracting, sehingga mendapatkan data yang disisipkan.
67 3. Menu Help, digunakan untuk memberikan tutorial manual cara pemakaian program aplikasi. 4. Menu About, digunakan untuk memberikan informasi tentang program aplikasi dan pembuatnya. 3.5.1 Rancangan Layar Menu Embed Dalam menu Embed, terdapat fasilitas untuk memilih digital video serta tempat menampung video hasil proses, memilih data yang akan disisipkan, dan memasukkan password untuk keamanan rahasia. Tombol Embed untuk menjalankan proses embedding, tombol Cancel untuk membatalkan data yang dimasukkan, dan tombol Exit untuk keluar dari program aplikasi. Gambar 3.15 Rancangan Layar Menu Embed
68 3.5.2 Rancangan Layar Menu Extract Dalam menu Extract, terdapat fasilitas untuk memilih stego-video, memilih tempat menampung data hasil proses, dan memasukkan password untuk membuka pesan rahasia yang disisipkan. Tombol Extract untuk menjalankan proses extracting, tombol Cancel untuk membatalkan data yang dimasukkan, dan tombol Exit untuk keluar dari program aplikasi. Gambar 3.16 Rancangan Layar Menu Extract 3.5.3 Rancangan Layar Menu Help Pada menu Help, terdapat User Manual yang bertujuan untuk membantu user agar mengetahui fungsi-fungsi dari tiap menu dan cara pemakaian program aplikasi.
69 Gambar 3.17 Rancangan Layar Menu Help 3.5.4 Rancangan Layar Menu About Pada menu About, terdapat perincian informasi mengenai judul program aplikasi, perancang program aplikasi, tahun pembuatan program aplikasi, serta orang-oramg yang berperan dalam perancangan program aplikasi ini.
Gambar 3.18 Rancangan Layar Menu About 70