Modifikasi Playfair Cipher dengan Teknik Pemutaran Kunci Dua Arah Freddi Yonathan - 13509012 Program Studi Teknik Informatika Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132, Indonesia 13509012@std.stei.itb.ac.id Abstract Playfair Cipher merupakan salah satu teknik pengenkripsian klasik yang cukup kuat karena cara pengenkripsian pasangan huruf. Playfair Cipher menggunakan matriks 5x5 untuk menyimpan 25 huruf yang dipakai dalam pengenkripsian. Susunan matriks diperoleh dari sebuah kata yang dijadikan kunci agar dapat dideskripsi. Namun teknik ini telah diketahui mempunyai kelemahan, sehingga kriptanalis mampu memecahkan pesan enkripsi Playfair Cipher tanpa mengetahui kuncinya. Kriptanalis dapat menggunakan teknik analisis frekuensi, serta analisis pasangan huruf terbalik untuk dapat memecahkan cipher teks dari Playfair Cipher. Dalam makalah ini akan dijelaskan modifikasi dari teknik Playfair Cipher untuk supaya kedua teknik kriptanalis tersebut tidak dapat memecahkan hasil enkripsi dari teknik ini. Index Terms enkripsi, kriptografi, kriptanalis, playfair I. PENDAHULUAN Kriptografi adalah salah satu ilmu ataupun seni untuk menjaga kerahasiaan, keamanan, ataupun kepemilikan data. Dalam kriptografi terdapat banyak teknik yang telah ditemukan untuk tujuan keamanan, kerahasiaan, serta kepemilikan data. Teknik ini dipecah menjadi 2 kelompok besar, yaitu kriptografi klasik dan kriptografi modern. Kriptografi klasik adalah teknik kriptografi yang telah ditemukan sebelum penggunaan komputer dalam tekniknya. Pada zamannya, teknik kriptografi ini cenderung digunakan dalam perang untuk menjaga kerahasian pesan. Sedangkan kriptografi modern adalah teknik kriptografi yang sudah melibatkan komputer. Sekarang kriptografi klasik sudah dapat dipecahkan dengan mudah dengan bantuan komputer. Salah satu teknik kriptografi klasik adalah playfair cipher. Dalam meningkatkan keamanan playfair cipher, maka akan dibahas teknik playfair cipher yang dimodifikasi, serta analisis perbandingan dengan teknik playfair cipher sebelum dimodifikasi. II. DASAR TEORI Playfair Cipher merupakan salah satu teknik kriptografi klasik yang ditemukan pada tahun 1854 oleh Charles Wheatstone. Teknik ini diberi nama Playfair sesuai dengan nama orang yang mempromosikan penggunaan teknik ini, yaitu Lord Playfair. Dalam pembentukan matriks 5x5, Playfair menggunakan kunci untuk mengatur susunan huruf pada matriks tersebut. Matriks tersebut hanya menggunakan 25 huruf, oleh karena itu, huruf J tidak dipakai, dan dalam proses enkripsi semua huruf J diganti dengan huruf I. Matriks akan diisi sesuai dengan urutan kemunculan huruf pada kunci. Huruf yang digunakan tidak boleh digunakan lagi, sedangkan huruf yang tidak digunakan kunci akan disusun setelahnya sesuai dengan urutan alfabet. Misalkan contoh kunci adalah bunga matahari, maka matriks akan menjadi : Gambar 1. Matriks hasil kunci bunga matahari Dalam teknik pengenkripsiannya Playfair mempunyai beberapa aturan sebagai berikut : 1. Plainteks dipecah menjadi kumpulan pasangan huruf. Semua huruf J diganti menjadi I. Apabila ada pasangan dengan huruf yang sama, maka disisipkan huruf X diantaranya. Apabila huruf terakhir tidak mempunyai pasangan, akan dipasangakan dengan huruf X. Contoh Plainteks : Jeremy is a good man Kemudaian dipecah menjadi kumpulan pasangan huruf, huruf J diganti menjadi I akan menjadi : IE RE MY IS AG OO DM AN Kemudian pasangan dengan huruf yang sama disisipkan X. Huruf terakhir yang tidak punya pasangan dipasangkan dengan huruf X akan menjadi :
IE RE MY IS AG OX OD MA NX. 2. Apabila pasangan huruf yang akan dienkripsi terletak pada baris dan kolom yang berbeda pada matriks, maka huruf pertama dienkripsi menjadi huruf yang berada di baris yang sama dengan huruf pertama, dan kolom yang sama dengan huruf kedua. Huruf kedua dienkripsi menjadi huruf yang terletak pada kolom yang sama dengan huruf pertama dan baris yang sama dengan huruf kedua. Contoh : enkripsi pasangan huruf IE dengan matriks yang telah dibuat dengan kunci bunga matahari di atas akan dienkripsi menjadi HK. Gambar 2. Matriks cara enkripsi huruf IE 3. Apabila pasangan huruf yang akan dienkripsi terletak pada baris yang sama pada matriks, maka huruf pertama dienkripsi dengan huruf di sebelah kanan huruf pertama, dan huruf kedua dienkripsi dengan huruf di sebelah kanan huruf kedua. Sebelah kanan dari huruf paling kanan adalah huruf paling kiri. Contoh : enkripsi pasangan huruf AG dengan matriks di atas akan menghasilkan BA. Gambar 3. Matriks cara enkripsi huruf AG 4. Apabila pasangan huruf yang akan dienkripsi terletak pada kolom yang sama pada matriks, maka huruf pertama dienkripsi dengan huruf di sebelah bawah huruf pertama, dan huruf kedua dienkripsi dengan huruf di sebelah bawah huruf kedua. Sebelah bawah dari huruf paling bawah adalah huruf paling atas. Contoh : enkripsi pasangan huruf NX dengan matriks di atas akan menghasilkan HN. Gambar 4. Matriks cara enkripsi huruf NX Dengan demikian, plain teks Jeremy is a good man akan terenkripsi menjadi. HK HF RV KZ BA PW WO IB HN III. MODIFIKASI PLAYFAIR CIPHER BESERTA VARIASINYA Ide untuk mencegah sepasang huruf akan memiliki enkripsi yang sama terus menerus adalah dengan mengganti matriks yang digunakan. Oleh karena itu, dengan memodifikasi matriks tiap kali sepasang huruf dienkripsi diharapkan pasangan huruf yang sama tidak akan terenkripsi menjadi pasangan huruf enkripsi yang sama. Teknik pemutaran kunci dua arah dilakukan dengan memutar 4 huruf disekitar huruf pertama dengan menempatkan huruf pertama yang dienkripsi searah jarum jam, kemudian memutar 4 huruf disekitar huruf kedua berlawanan arah jarum jam. Sebagai contoh dengan mempergunakan matriks bunga matahari di atas, kita akan mengenkripsi pasangan huruf IE, maka huruf IE dienkripsi terlebih dahulu menjadi HK, baru kemudian matriks diputar. Pada proses pemutaran, pertama-tama kita pilih 4 huruf disekitar huruf I. Yaitu huruf I itu sendiri, huruf disebelah kanannya, huruf disebelah kanan bawahnya, dan huruf dibawahnya. Apabila huruf I terletak di paling bawah, atau paling kanan, maka sebelah kanan dari huruf I adalah huruf di paling kiri pada baris I berada dan sebelah bawah huruf I terletak di paling atas dari kolom tempat I berada. Pada matriks bunga matahari, 4 huruf disekitar I adalah Gambar 5. Matriks 4 huruf di sekitar I sebelum diputar yang diputar searah jarum jam menjadi
I T H R K M D E F C Gambar 6. Matriks 4 huruf di sekitar I setelah diputar Kemudian 4 huruf disekitar huruf E adalah I T H R K M D E F C Gambar 7. Matriks 4 huruf di sekitar E sebelum diputar yang diputar berlawanan arah jarum jam menjadi I T H R K M D F Q C L O E P S Gambar 8. Matriks 4 huruf di sekitar E setelah diputar teks yang dihasilkan dengan menggunakan putaran yang searah ataupun berbeda arah. Plain Teks : wkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwk Cipher Teks : YF ZI VR AM XE YF ZI VR AM XE YF ZI VR AM XE Gambar 9. PlainTeks dan CipherTeks dengan putaran searah Plain Teks : wkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwkwk Cipher Teks : YF YQ VW HV HT HI HW RH RU RT RI NW LN LG LD Gambar 10. PlainTeks dan CipherTeks dengan putaran berbeda arah Pada gambar diatas terlihat hasil cipher teks yang dihasilkan menggunakan putaran yang searah akan menghasilkan pasangan huruf enkripsi yang berulang kembali, sedangkan hasil cipher teks yang dihasilkan menggunakan putaran yang berbeda arah tidak berulang kembali. IV. ANALISIS PERBANDINGAN PLAYFAIR CIPHER DENGAN MODIFIKASINYA Dengan menggunakan contoh plain teks berikut kita akan dapat melihat perbandingan playfair biasa dengan playfair modifikasi teknik pemutaran kunci dua arah. Plain Teks : Proses ini diulang terus menerus hingga semua plain teks selesai dienkripsi. Selain cara diatas, matriks dapat diputar dengan berbagai modifikasi lainnya. Misalkan empat huruf yang terpilih adalah huruf acuan, huruf di sebelah kiri acuan, huruf di sebelah kiri atas acuan, dan huruf di atas acuan. Cara lainnya adalah empat huruf yang dipilih adalah huruf acuan, huruf yang terletak 2 kotak di sebelah kanan huruf acuan, huruf yang terletak 2 kotak di sebalah kanan dan 2 kotak disebelah bawah huruf acuan, dan huruf yang terletak 2 kotak di sebelah acuan. Berbagai variasi lain masih dapat diterapkan, namun yang perlu diingat adalah variasi yang ditetapkan diketahui sehingga cipher teks tetap dapat didekripsi (matriks tidak diputar secara random). Namun variasi yang akan mengurangi keamanan adalah variasi yang mengubah arah putaran kedua huruf menjadi sama (keduanya diputar searah jarum jam atau keduanya diputar berlawanan arah jarum jam). Pada gambar di bawah ini terlihat perbedaan cipher
Hasil cipher teks dari playfair cipher tanpa dimodifikasi dengan kunci februari adalah Cipher Teks1 : ON BR BU NR GI SU CI TN KB SF IR WA MQ SU CI TN KB DP GH DK IA GK DF VD UB CH QA GO RI VA UO KF TP GZ KF DO PU UM GO HC TZ CD AQ DO OP UO KF GT GP RI TO GO RP VA DH BU CD IV KA AL DP HT PU AR SF DO ET QP PR CM VM CA KA LG CG UK IB VA GT BW QK IC KU CY GC OD QW WI DF GH IB TP RO KA QT GH GI DE DB HA QZ ON FI WI WB TP UO KF SU CI TN KB DF UI UK BU CH MX RB KC FW RI OP RB RB DS RG DH CI KD BH SF CG CV GH MY GH GE GH TE BU OP ED AQ ON BF QR VH DM VA IU TA FD OK CD HG KR YM PF TM PO UB AQ NT GW UP KF RB DS RG GO ED GH CN FI OD HT BV EA DC CH HG KR ON BF TM HF RM PF TM PO RB KC FW UP KF RB DS RG GO ED GH CN BW BW DP OT GP DP UB QP US RI ON GO QB HQ RM TP BH TH AS TZ KF VP BM MY KB IG GK DN DF PI OU SF TQ BI CI KC TO GK TR FD LG RI PF TM PO AL DF IU KA AN BU SE RK GE SY AV FY RP PR MQ SU GH PD PG TN ON DP KF HF CK ZS FD WF KB GI UB GO KF HS TO AH HS RT RT HG WZ HQ QY PR PY KA AL OH WF QA GB BY UB GC TZ KF DF FI QP TE HC BM WM HT ZK DO ON BR BU NR GI SU CI TN KB DF BF QY QD XD HQ QT GK HD BD OH MG ON FI DE DB HA OP BV BH CA NO GK IR IB LR BU ON RP KA QW SE QF CF MX OD HL GK GH GT BW WI GQ RI TO SF HD MG ON FI DE DB HA SU GH TF OP BV EF BK GH GD FD OM RI GK OP ON FP IB GH HT OK RY CD CH SU ID RP VA ON RK OH WF FW BU RB UK AV GT GI HT ON BU EI QB ML HT ZK GC OD QW WI DF GH IB DP ON BI AW CK CI TZ GH PI DY YS DF GK RP BN OK FU TB BW UK DI BY DR GK CU BN LN QH PU MT BN EF EY KA AL OD HL GK EB RU FG DR CH ON TF AN ON IE UB IL VA HD ED KU TR KQ NF BS FB UK OH TM PO RB UK HQ DI PU GI KC EB SE RP BU WF FD MG PO KF UE HQ GO GK AI US AE ID OT EI UB UB AQ WF UB GS KF PR GC OD QW WI DF GH IB OM HF BR BW UK RT RI OP SE VF CG BI UB IR LG UP PO KF QP TE HC UR BK KI EA TZ KF SR TO BU VD MG TE ES SF PU MY ET BU HG ZG FD QX FG KC PG RP VA ON BR BU NR GI SU CI TN KB PD LG UP KF GI RY VA FI BM XD AW CK GW GO AP HN GH ZS OV RT GH MY VA OM KW OM HF RP GT HI MG SF GC OD QW WI DF RI GK VI PU DY DF TF MG ON IE SF MC GR UP TH HF CA GO AP HG HC MG PO KF FM RN GH BU FS DY TO SF SY WK FD DX EA UB OD MG TO UF GQ FU CH KR AL GH CD CH AH CK FU RP IC BD FD UO DF RP FR KI GQ OP ON RP DH IW FS CQ RK OD MG HD MZ VA ON RK OH WF DB DO KF GI OT FI DF TF MG ON UI HQ RB VA PU TZ KF UB EI UB HT KC WA TN EK ZT RP PR TO PO KF PD HL GK AT BD FD OM GH AM UK IB ON BW BW ID QG GF PR VA ON BK PT OD MG ON BK QA GO AP HT UO KF HQ TO OM KW SF IC BD FD UO DF BF HL HT ZK CH DF IU TG LR BU VA QK FI TR UB FQ GO TO FD WF NQ KF VI PU DY RB PZ BW UK BH SF CG CV GH GS KF FC OH HD OD QB NQ QV QV VA PU LG FS QY PD TN OD UB GO PU KS PU IY GP NO QV PT HD QB HC FQ GO GK TR BV EA DC UK PN HT XK RI IU VA ON FI UB DO OH VG DM OD MG CH ID HP UA QV SA PR DH GH OM KW Dengan hasil analisis frekuensi sebagai berikut : Pasangan huruf paling Jumlah kemunculan sering muncul ON 25 GH 23 KF 22 DF 16 UB 16 BU 15 Tabel 1. Hasil Analisis Frekuensi Playfair tanpa modifikasi Kemudian berikut adalah hasil dari playfair cipher dengan modifikasi pemutaran kunci dua arah dengan kunci februari Cipher Teks2 :
ON BR LE ND EI SC AK GK ML SC ER AL VY BZ LM GY PV DC OC TN ZK HC RT TL WR KB DQ VA KB UC XN RV IB SM GR TN UT FL EC BT MS VP ZE ZA EB UB RC LS DI DU VW UX YI YR NH OZ XK NV MO YT NE GI IS QZ PV YN RZ BI EI NX DG RF RP OQ RX OL GC ET KI XD YQ WH IZ MG CR KI XD IG EZ IP EL IK KI ZS NC PA PG VQ HY FM EB CS BD AX EM MQ NA PV GN RZ DY KH SA RD RV HP QM YD AH ND RM UC ME EO SB HO OZ MU ZV NA IW PD FH MA NK TQ NX CM NT VH TZ FP BF DL GV IE NS XG AX MZ XG MO YR DL UK QO QY DL SK OE VW QL TA ND DF HO BH VB ME FU CF PO MG KQ TK OM KA NE NA FL ET AV HT MT XL RS BE XS PQ GR MH YI QP KM KE ED AK SE BO GE BA WC SQ XR XH HW ER SY SH ML XD CX LM UR QA XF UM NY YI RM VY OV GW XY LH TH TV XH NH PK MU RF QT LT EI PE QE OR FG EC KD KP AP BK YS VC PB BD QL OA FA XC FZ HW SQ KL KL WF AG PM HC EH GB PY KQ FD PN YI RQ HD IA VY ON FA VL EU WB BD ZC MX FK ON PS PI QS RM RI TY DB ST OG HM HV ES RM XR IW WS DW MK HA TC YD CH NM CL OF BX HT FY BG EM NB SD SZ RU RH OI AR RP ZD MW NZ RH PZ MH TD GT GB EO DU CT TH BS YX VD YB SO OL SN VD DP TG AK VS AG EO KD NO LM VM ME UV FY GC NL MA YT QN KO VK KR GU XH BX TI SB ZM XA FO LX IS QU TH PL YD EB VH WO FD KZ KW QN HE VX OE PD ZA EX OW BD ME HM PD WS SU BL ZO MT IG MG ON KC BG CE RH ED AE RC TG IH EK NW NV KL HC FQ GK XY IH CR FW GM VW TV MI UF UH AB TE YS WS KZ LK LU RN XM VD WD HX CI DK LG LM HL LV UW SM SY BM NK DN OT PK HE BA YP EW OG YH EG DO CS UQ IY FN NS NK RD CY SM KH IY SW IP IE UO AB ZR HL XY SR KI UG AC WQ IE KD MK VO GF FN TD WS ON GR WY VD IO ZC DS RI RK MR GO UF HN WU GB VH GA BU MG ZL AU IF FZ VH BY BV AC LV EN EF GT HA PY FO XZ VZ TY ZU SC ET UM SL RQ SC ND GS WR QC TR GR LF CG RA UZ WQ TM IX KI KX BL IS BM NB ZC YU EX TV FZ DH GT QW RV WR LX XF IM QR QY OK HS QR PA CS NS KL FB SO KP QL PM RF GX ZQ HO PX SL QO CG CY XL TF VP LX ZK FX TG HU FC AK DG HB TX FX NC QR YQ DT QM CG OP QF FY CT RY HW PG VA FB AZ QI FY ZM HD IK NV UW HT WK WI BT KI HQ HD UL KY KH LG MQ SA EW NF AK YI NY AK FB GR QF BQ CO QT WL EN AI ZW KI LE WV SZ WE WI YS ZN HY UG VA ZU WF AH YE HI EL EY EN NQ VY YO BH KW WS ZX TM YQ FW EY LR UA ZT SD GA IK UR CZ NP TW HR UR WU CO SE NC SU BW FO RX EN CK RI HZ FZ GD YO NI GO OE LQ GA UY UH WP LU UK LM UX TO DS WB NF LK WU EK AK GN BQ VL YU TY HN ZA FR AO DW WU TX NA KW GO GU RS BW FB WS MV LP KB SG OX SN KE HN EW FW AQ FZ VH RW PU OI PW KY DT WK UM ET KI XU VR YZ PN KC QM FE RB XT AV YB AQ UG NZ WV NU DP QS TY KB YR KE UX IL SD UD NZ IR UT ME ZX VG AQ DY YR YQ NP VK BC HB BQ GP EH AK AV DL AZ YN CR BM IY MR AW DT ZU EO PR EQ HB QA OL WH HF ED QO MY FH PK TW BF KW SH BX PO LI UT XM KH SG YS LR MZ MG NM ZN KZ XW FK XS FW FQ HS TC NM IT PV MK GK KO SD Dengan hasil analisis frekuensi sebagai berikut : Pasangan huruf paling Jumlah kemunculan sering muncul AK 8 KI 8 WS 6 FZ 5 GR 5 LM 5 Tabel 2. Hasil Analisis Frekuensi Playfair dengan modifikasi pemutaran kunci dua arah Dengan melihat hasil dari kedua jenis playfair tersebut kita dapat melihat perbandingan yang cukup jauh. Perbandingan yang cukup terlihat : 1. Terlihat perbedaan yang jauh dari jumlah kemunculan pasangan huruf yang paling sering muncul pada kedua teknik. 2. Pada hasil analisis frekuensi dengan playfair cipher yang tanpa modifikasi dapat dilihat bahwa ada tiga pasangan yang sering kali keluar. 3. Hasil analisis frekuesnsi dengan playfair cipher modifikasi lebih merata, jumlah paling sering keluar hanya 8. 4. Pada hasil analisis playfair cipher tanpa modifikasi terdapat UB dan BU yang cukup sering keluar. Kriptanalis sering mengira-ngira 2 pasang huruf yang berkebalikan ini sebagai RE dan ER karena RE dan ER adalah 2 pasang huruf berkebalikan yang paling sering keluar dalam bahasa Inggris. V. KESIMPULAN Dari hasil perbandingan di atas, dapat terlihat bahwa playfair cipher dengan teknik pemutaran kunci dua arah memiliki tingkat keamanan yang lebih baik daripada playfair cipher pada umumnya. Modifikasi playfair dengan teknik pemutaran kunci dua arah memiliki kelebihan : 1. Suatu pasangan huruf akan dienkripsi menjadi pasangan huruf yang berbeda-beda. 2. Kriptanalis tidak dapat mengandalkan analisis 2
pasang huruf yang saling berkebalikan untuk memecahkan playfair ini. 3. Hasil analisi frekuensi cipher teks dari modifikasi playfair ini akan menghasilkan frekuensi yang cukup merata yang akan membuat bingung kriptanalis. Hal tersebut dapat terlihat pada hasil frekuensi di atas dengan jumlah pasangan paling sering keluar yang hanya 8 buah. DAFTAR PUSTAKA http://en.wikipedia.org/wiki/playfair_cipher. Diakses tanggal 18 Maret 2012. http://id.wikipedia.org/wiki/kriptografi. Diakses tanggal 18 Maret 2012. PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa makalah yang saya tulis ini adalah tulisan saya sendiri, bukan saduran, atau terjemahan dari makalah orang lain, dan bukan plagiasi. Bandung, 18 April 2012 ttd Freddi Yonathan / 13509012 LAMPIRAN Screen Shot Progam
Lampiran 1. Screen shot contoh enkripsi dengan putaran searah Lampiran 2. Screen shot contoh enkripsi dengan putaran berbeda arah Lampiran 3. Screen shot analisis frekuensi playfair modifikasi teknik pemutaran kunci dua arah
Lampiran 4. Screen shot analisis frekuensi playfair tanpa modifikasi