PENERAPAN WATERMARKING UNTUK PENYISIPAN HAK CIPTA PADA CITRA DIGITAL DENGAN METODE COX ANTONIUS JEMI G 64103052 DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
PENERAPAN WATERMARKING UNTUK PENYISIPAN HAK CIPTA PADA CITRA DIGITAL DENGAN METODE COX ANTONIUS JEMI G 64103052 Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Departemen Ilmu Komputer DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK ANTONIUS JEMI. Penerapan Watermarking untuk Penyisipan Hak Cipta pada Citra Digital dengan Metode Cox. Dibimbing oleh SUGI GURITMAN dan SHELVIE NIDYA NEYMAN. Perkembangan komputer dan perangkat-perangkat lain yang serba digital sekarang ini telah membuat data digital semakin banyak digunakan. Perkembangan tersebut memberikan kemudahan-kemudahan yang mengakibatkan data digital dapat digunakan secara bebas tanpa memperhatikan aspek hak cipta (Intellectual Property Right). Belakangan ini muncul penggunaan steganography untuk mengatasi masalah hak cipta pada data digital yang dikenal dengan istilah watermarking. Watermarking merupakan cara penyembunyian atau penanaman data/informasi tertentu (baik berupa catatan umum maupun rahasia) ke dalam suatu data digital lainnya, dan mampu menghadapi proses-proses pengolahan sinyal digital sampai tahap tertentu. Pada penelitian ini dilakukan proses penyisipan citra digital yang dijadikan watermark ke dalam citra digital yang dijadikan cover image, dimana kedua citra digital tersebut dapat berupa citra RGB maupun grayscale dengan format BMP. Setelah disisipkan, kemudian dibandingkan hasilnya dengan cover image yang asli untuk melihat seberapa besar distorsi yang terjadi. Dari citra yang dihasilkan tersebut dicoba untuk ditarik kembali watermark-nya, lalu dibandingkan dengan watermark yang asli untuk melihat seberapa besar distorsi yang terjadi. Penulis juga mencoba menguji ketahanan metode Cox ini terhadap serangan yang berupa rotasi citra (baik rotasi sebesar 90 0, 180 0, maupun 270 0 ), kompresi JPEG, operasi cropping dan operasi resizing. Untuk mengukur distorsi yang terjadi antara dua buah citra digital, digunakan perhitungan dengan Peak Signal to Noise Ratio (PSNR). Hasil percobaan menunjukkan bahwa metode Cox tidak memberikan pengaruh kualitas citra yang besar pada watermarked image karena didapatkan PSNR rata-rata di atas 30 db. Jika dibandingkan dengan PSNR yang dihasilkan dari proses kompresi JPEG yang rata-rata sebesar 30-40 db, maka hasil tersebut masih dianggap mengalami distorsi yang tidak terlalu besar. Pengaruh metode Cox pada watermark yang ditemu kembalikan dengan watermark yang asli menunjukkan pengaruh yang cukup kecil. Hal ini dapat terlihat dari rata-rata PSNR yang bernilai sebesar 40.8978 db. Hasil lain dari percobaan ini adalah bahwa metode Cox termasuk tahan terhadap serangan yang berupa rotasi citra (baik rotasi 90 0, 180 0, maupun 270 0 ), akan tetapi kurang tahan terhadap serangan yang berupa kompresi JPEG. Metode Cox ini juga tidak tahan terhadap serangan berupa cropping dan resizing, namun pada kasus resizing dengan memperbesar citra maka watermark masih dapat ditarik kembali jika ukurannya dikembalikan ke ukuran semula terlebih dahulu sebelum watermark ditarik. Kata kunci : watermarking, Cox.
Judul Nama NRP : Penerapan Watermarking untuk Penyisipan Hak Cipta pada Citra Digital dengan Metode Cox : Antonius Jemi : G64103052 Menyetujui: Pembimbing I Pembimbing II Dr. Sugi Guritman NIP 131 999 582 Shelvie Nidya Neyman, S.Kom., M.Si. NIP 132 311 916 Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP 131 473 999 Tanggal lulus:
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Bandarlampung pada tanggal 29 Maret 1985 sebagai anak ketiga dari empat bersaudara, anak dari pasangan Yohanes Tukiman dan Christin Sukarti. Pada tahun 2003 penulis lulus dari SMU Xaverius Bandarlampung dan pada tahun yang sama melanjutkan pendidikan ke Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru) pada Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan penulis pernah menjabat sebagai anggota Divisi Language Development dari himpunan profesi dari Departemen Ilmu Komputer yang bernama Himalkom (Himpunan Mahasiswa Ilmu Komputer) tahun jabatan 2005/2006. Selain itu juga penulis mencoba untuk bekerja sebagai seorang announcer di sebuah radio swasta yang ada di Bogor hingga saat tulisan ini dibuat. Penulis sempat melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Divisi SalakIT Hotel Salak The Heritage selama dua bulan, yaitu dari bulan Juli sampai bulan September 2006, dengan kegiatan utama membangun sebuah sistem untuk mengatur produk-produk inventory yang dimiliki Hotel Salak, yang selanjutnya diberi nama Salak Inventory System (SaInS).
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan anugerah yang telah diberikan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Penerapan Watermarking untuk Penyisipan Hak Cipta pada Citra Digital dengan Metode Cox, merupakan karya ilmiah yang dibuat sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Orang tua dan keluarga penulis yang selama ini telah memberi dukungan baik material maupun spiritual sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini dan dapat menyelesaikan studinya. 2. Dr. Sugi Guritman selaku dosen pembimbing I (terima kasih atas segala masukan, saran, dan arahannya). 3. Shelvie Nidya Neyman, S.Komp. selaku dosen pembimbing II (terima kasih atas ide awal terpilihnya topik penelitian ini, serta saran dan arahannya). 4. Wisnu Ananta Kusuma, S.T., M.T. selaku dosen penguji (terima kasih karena telah bersedia menguji hasil dari penelitian yang telah saya lakukan). 5. Lindayati, Irena S., dan Amalia R. (teman-teman satu bimbingan), terima kasih karena telah berjuang bersama-sama selama penelitian ini. Air mata sedih maupun gembira telah kita lalui bersama hingga akhirnya kita semua dapat menyelesaikan penelitian kita masing-masing. 6. Gibtha F.L., M. Pandi, Agung P.I.S., Meynar, Firat R., Hadikusuma W., you guys rock!!!!!! Terima kasih atas segala bantuan, dukungan, persahabatan, dan semua kenangan indah yang kita alami selama kuliah ini. 7. Ilkomerz 40 yang selama ini telah berjuang bersama-sama menghadapai masa-masa sulit selama perkuliahan dan telah memberikan segala bantuannya dalam melakukan penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. 8. Bu Sri Nurdiati, Bu Imas, Pak Panji, Pak Firman, Pak Ridha, Pak Pendi, Pak Soleh, Pak Yadi, Mas Irvan, dan semua dosen serta staf yang bekerja di Departemen Ilmu Komputer, terima kasih atas semua ilmu, bantuan, dan kerja sama yang sangat baik selama penulis kuliah di Departemen Ilmu Komputer, Institut Pertanian Bogor. 9. Semua KISI Crew dan Pamiarsa Muda Bogor, terima kasih atas pengertian, doa, dan dukungannya selama penelitian ini dilakukan. 10. Pihak-pihak lain yang telah membantu terselesaikannya penelitian ini, baik secara langsung maupun tidak langsung, yang namanya tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih. Bogor, Juli 2007 Antonius Jemi
v DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vi PENDAHULUAN Latar Belakang...1 Tujuan...1 Ruang Lingkup...2 Manfaat Penelitian...2 TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking...2 Discrete Cosine Transform (DCT)...3 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)...4 Metode Cox...4 METODE PENELITIAN Studi Pustaka...5 Penentuan Masalah...5 Penentuan Tujuan, Latar Belakang, Ruang Lingkup, dan Manfaat Penelitian...5 Implementasi...5 Analisis Hasil Implementasi...6 Penarikan Kesimpulan...7 HASIL DAN PEMBAHASAN Kualitas citra dari watermarked image dan watermark hasil ekstraksi...8 Waktu yang Diperlukan pada Proses Penyisipan dan Pengekstraksian Watermark...9 Uji Ketahanan Metode Cox terhadap Operasi Rotasi pada Citra Digital... 10 Uji Ketahanan Metode Cox terhadap Kompresi JPEG pada Citra Digital... 11 Uji Ketahanan Metode Cox terhadap Operasi Cropping... 12 Uji Ketahanan Metode Cox terhadap Operasi Resizing... 12 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan... 13 Saran... 13 DAFTAR PUSTAKA... 13 LAMPIRAN... 14
vi DAFTAR TABEL Halaman 1 Nilai-nilai PSNR dari masing-masing watermarked image dan watermark hasil ekstraksi...9 2 Waktu untuk proses penyisipan dan pengekstraksian watermark...10 3 Perubahan watermark hasil pengekstraksian dari watermarked image yang dirotasi...10 4 Perubahan watermark hasil pengekstraksian dari watermarked image yang dikompresi...11 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Contoh visible watermark...2 2 Proses penyisipan watermark pada citra digital...3 3 Proses verifikasi watermark pada citra digital...3 4 Perumusan DCT dua dimensi...3 5 Perumusan inversi DCT dua dimensi...4 6 Tahapan penelitian...5 7 Tahapan penyisipan hak cipta...5 8 Tahapan pengekstraksian hak cipta...6 9 Tahapan pengekstraksian hak cipta...6 10 Tahapan pengekstraksian hak cipta...7 11 Tahapan pengekstraksian hak cipta...7 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Citra digital yang digunakan sebagai cover image...15 2 Citra digital yang digunakan sebagai watermark...17 3 Watermarked image yang dihasilkan dari proses watermarking...18 4 Watermark hasil ekstraksi dari watermarked image pada proses watermarking...38
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Sekarang ini, hampir semua orang sudah mengenal komputer. Komputer sudah digunakan di berbagai aspek kehidupan, seperti untuk menyimpan data perusahaan, mengatur keuangan, bahkan untuk sekedar sarana hiburan seperti untuk mendengarkan lagu, menonton video, main game, dan sebagainya. Seiring dengan perkembangan komputer digital dan perangkat-perangkat lainnya yang serba digital, kebanyakan orang lebih memilih untuk menggunakan data digital. Beberapa keunggulan dari data yang berbentuk digital antara lain: mudah dan murah dalam penduplikasian dan hasilnya sama dengan aslinya, mudah dan murah dalam penyimpanan untuk kemudian dapat diolah atau diproses lebih lanjut, dan mudah didistribusikan, baik melalui media seperti disk maupun melalui jaringan seperti internet. Selain itu, dengan berkembangnya teknologi internet sebagai jaringan terluas yang menghubungkan hampir semua komputer yang ada di seluruh dunia, maka semakin mempermudah setiap komputer untuk saling memperoleh data orang lain. Melalui internet, setiap komputer di dunia dapat saling bertukar data satu sama lain dengan mudah. Kemudahan-kemudahan yang dimiliki oleh data digital tersebut tanpa disadari dapat berbalik menjadi kelemahan-kelemahan dari data digital itu sendiri. Kemudahan dalam memperoleh, menduplikasi, dan mengolah data digital, akan semakin membuka jalan bagi semua orang untuk menggunakan data orang lain dengan sewenang-wenang dan bahkan tanpa ijin dari pemilik data. Keamanan data menjadi sesuatu yang sangat penting dan menjadi kebutuhan yang vital dalam penggunaan data digital. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu metode atau alat yang dapat digunakan untuk mengamankan data digital. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengamankan data adalah dengan menyisipkan keterangan hak cipta pada data yang akan diamankan, yang dapat digunakan sebagai bukti jika ada orang yang menggunakan data dengan tidak semestinya. Copyright protection mungkin merupakan aplikasi watermarking yang paling terkenal sekarang ini. Tujuannya adalah untuk menambahkan informasi mengenai sumber, biasanya hak cipta dari pemilik, dari data untuk mencegah pihak lain yang akan mengclaim hak cipta dari data tersebut (Katzenbeisser & Petitcolas 2000). Data digital yang akan diterapkan pada penelitian kali ini hanya data yang berupa citra digital. Sekarang ini sudah terdapat beberapa metode watermarking yang dapat diterapkan pada citra digital, seperti metode: Least Significant Bit Coding, Patchwork (diperkenalkan oleh Bender), Pitas and Kaskalis, Caroni, Cox, Randomly Sequenced Pulse Position Modulated Code (RSPPMC), dan lain-lain. Akan tetapi penulis tertarik dengan metode-metode yang memanfaatkan karakteristik Discrete Cosine Transform (DCT). Hal ini dikarenakan perubahan nilai DCT pada suatu citra pengaruhnya lebih kecil dibandingkan perubahan nilai piksel dari citra tersebut. Metode watermarking yang akan digunakan pada penelitian kali ini adalah metode Cox yang diusulkan oleh Ingemar J. Cox, Joe Kilian, Tom Leighton, dan Talal Shamoon, karena metode ini memanfaatkan karakteristik Discrete Cosine Transform (DCT) pada metode penyisipan maupun pengekstraksian label hak cipta. Metode ini mendukung ketahanan terhadap operasioperasi sinyal (seperti konversi digital-analog dan analog-digital, resampling, requantization, dan signal enhancement), ketahanan terhadap operasi-operasi geometris (seperti rotasi, translasi, dan lainnya), dan ketahanan terhadap serangan (Cox et al. 1997). Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: 1 Mempelajari kinerja proses watermarking dengan metode Cox pada citra digital dengan format bitmap (BMP). 2 Menganalisis pengaruh perubahan nilai koefisien DCT terpilih pada proses watermarking terhadap besarnya distorsi pada watermarked image dan pengaruh perubahan yang terjadi pada watermark setelah watermark diekstrak kembali dibandingkan dengan watermark yang asli. 3 Mengetahui seberapa besar ketahanan metode Cox terhadap beberapa jenis serangan sebagai berikut: operasi rotasi citra, baik 90 0, 180 0, maupun 270 0, kompresi JPEG, operasi cropping, dan operasi resizing.
2 Ruang Lingkup Pesan gambar dan cover image yang akan digunakan dalam penelitian ini hanya dibatasi untuk citra digital yang memiliki format bitmap (BMP), baik yang memiliki tiga warna (RGB) maupun satu warna (grayscale), dimana pesan gambarnya harus memiliki ukuran yang lebih kecil daripada cover imagenya. Pada penelitian kali ini, metode watermarking yang akan digunakan adalah metode Cox. Manfaat Penelitian Dari penelitian ini diharapkan dapat diketahui pengaruh perubahan nilai DCT pada metode Cox terhadap perubahan kualitas citra. Dengan penelitian ini juga diharapkan dapat diketahui ketahanan dari penerapan metode Cox terhadap perlakuan operasi rotasi citra, kompresi JPEG pada citra, operasi cropping, dan operasi resizing. TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking Digital watermarking adalah suatu teknik yang mengijinkan seorang individu untuk menambahkan catatan hak cipta yang tersembunyi atau pesan verifikasi lain ke dalam dokumen-dokumen atau sinyal-sinyal audio, video, atau citra. Watermark sebenarnya muncul pertama kali dalam bentuk kertas buatan tangan sejak 700 tahun yang lalu. Setelah penemuan tersebut, watermark digunakan secara luas di seluruh Eropa. Kata digital watermark pertama kali disebutkan pada tahun 1992 oleh Andrew Tirkel dan Charlos Osborne, dalam paper: Tirkel et al. Electronic Watermark. DICTA 93, Macquarie University, p.666-673. Watermarking sebenarnya berkaitan dengan steganografi, tetapi digunakan dalam konteks dan cara pandang yang berbeda. Secara literatur, kata Steganografi berasal dari bahasa Yunani yaitu Steganographia, yang berarti tulisan tersembunyi (covered writing). Steganografi adalah ilmu dan seni menyembunyikan pesan rahasia (hiding message) sedemikian sehingga keberadaan pesan tidak terdeteksi oleh manusia (Munir 2004). Tujuan dari steganografi sendiri adalah untuk menyembunyikan informasi yang tidak ingin diketahui oleh pihak lain ke dalam suatu media yang dapat mengalihkan perhatian dan tidak membuat pihak lain curiga. Jadi, perbedaan mendasar antara steganografi dan kriptografi adalah kriptografi berusaha menyembunyikan arti dari suatu informasi, sedangkan steganografi berusaha menyembunyikan keberadaan dari suatu informasi. Baik watermarking maupun steganografi digunakan untuk menyembunyikan informasi atau memindahkan informasi ke dalam suatu media cover. Perbedaan antara steganografi dan watermarking antara lain: steganografi bersifat tidak robust atau memiliki robustness yang terbatas, sedangkan watermarking didesain untuk bersifat robust, steganografi mencoba untuk menyembunyikan fakta bahwa terdapat informasi yang tersembunyi, sedangkan watermarking didesain untuk memindahkan informasi yang tersembunyi meskipun tidak selalu terlihat, dan pada steganografi, informasi rahasia disimpan ke dalam media cover yang tidak berarti apa-apa, sedangkan pada watermarking justru media cover tersebut yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta. Secara garis besar, watermark terbagi menjadi dua tipe, yaitu visible watermark dan invisible watermark. Visible watermark Watermark jenis ini dapat terlihat oleh indera manusia. Visible watermark bersifat sangat robust karena keberadaan watermark dapat dikenali dengan mudah dan biasanya sangat sulit untuk dihapus. Watermark yang disisipkan dapat bersifat solid ataupun semitransparan, dan untuk memindahkannya membutuhkan cropping yang signifikan. Contoh hasil penyisipan visible watermark dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 Contoh visible watermark (Kipper G. 2004).