Latar Belakang Advanced Encryption Standard (AES) Rifqi Azhar Nugraha 1137050186 IF 6 A DES dianggap sudah tidak aman. rifqi.an@student.uinsgd.ac.id Perlu diusulkan standard algoritma baru sebagai pengganti DES. National Institute of Standards and Technology (NIST) mengusulkan kepada Pemerintah Federal AS untuk sebuah standard kriptografi kriptografi yang baru. NIST mengadakan lomba membuat standard algoritma kriptografi yang baru. Standard tersebut kelak diberi nama Advanced Encryption Standard (AES). Persyaratan algoritma baru: 1. Termasuk ke dalam kelompok algoritma kriptografi simetri berbasis cipher blok. 2. Seluruh rancangan algoritma harus publik (tidak dirahasiakan) 3. Panjang kunci fleksibel: 128, 192, dan 256 bit. 4. Ukuran blok yang dienkripsi adalah 128 bit. 5. Algoritma dapat diimplementasikan baik sebagai software maupun hardware. Spesifikasi Algoritma Rijndael Rijndael mendukung panjang kunci 128 bit sampai 256 bit dengan step 32 bit. Panjang kunci dan ukuran blok dapat dipilih secara independen. Setiap blok dienkripsi dalam sejumlah putaran tertentu, sebagaimana halnya pada DES. Karena AES menetapkan panjang kunci adalah 128, 192, dan 256, maka dikenal AES-128, AES-192, dan AES-256. Panjang Kunci (Nk words) Ukuran Blok (Nb words) Jumlah Putaran (Nr) AES-128 4 4 10 AES-192 6 4 12 AES-256 8 4 14 Catatan: 1 word = 32 bit Secara de-fakto, hanya ada dua varian AES, yaitu AES-128 dan AES-256, karena akan sangat jarang pengguna menggunakan kunci yang panjangnya 192 bit. Dengan panjang kunci 128-bit, maka terdapat sebanyak
2 128 = 3,4 10 38 kemungkinan kunci. Jika komputer tercepat dapat mencoba 1 juta kunci setiap detik, maka akan dibutuhkan waktu 5,4 10 24 tahun untuk mencoba seluruh kunci. Jika tercepat yang dapat mencoba 1 juta kunci setiap milidetik, maka dibutuhkan waktu 5,4 10 18 tahun untuk mencoba seluruh kunci. Algoritma Rijndael Tidak seperti DES yang berorientasi bit, Rijndael beroperasi dalam orientasi byte. Setiap putaran mengunakan kunci internal yang berbeda (disebut round key). Enciphering melibatkan operasi substitusi dan permutasi. Garis besar Algoritma Rijndael yang beroperasi pada blok 128-bit dengan kunci 128- bit adalah sebagai berikut (di luar proses pembangkitan round key): 1. AddRoundKey: melakukan XOR antara state awal (plainteks) dengan cipher key. Tahap ini disebut juga initial round. 2. Putaran sebanyak Nr 1 kali. Proses yang dilakukan pada setiap putaran adalah: a. SubBytes: substitusi byte dengan menggunakan tabel substitusi (S-box). b. ShiftRows: pergeseran baris-baris array state secara wrapping. c. MixColumns: mengacak data di masing-masing kolom array state. d. AddRoundKey: melakukan XOR antara state sekarang round key. 3. Final round: proses untuk putaran terakhir: a. SubBytes b. ShiftRows c. AddRoundKey
Algoritma Rijndael mempunyai 3 parameter: 1. plaintext : array berukuran 16-byte, yang berisi data masukan. 2. ciphertext : array berukuran 16-byte, yang berisi hasil enkripsi. 3. key : array berukuran 16-byte, yang berisi kunci ciphering (disebut juga cipher key). Dengan 16 byte, maka blok data dan kunci yang berukuran 128-bit dapat disimpan di dalam array 16 elemen (16 8 = 128). Blok plainteks disimpan di dalam matrix of byte yang bernama state dan berukuran NROWS NCOLS. Untuk blok data 128-bit, ukuran state 4 4.
Plainteks 128-bit state Pada awal enkripsi, 16-byte data masukan, in0, in1,, in15 disalin ke dalam array state (direalisasikan oleh fungsi: CopyPlaintextToState(state, plaintext)) input bytes state array output bytes in 0 in 4 in 8 in 12 S 0,0 S 0,1 S 0,2 S 0,3 out 0 out 4 out 8 out 12 in 1 in 5 in 9 in 13 S 1,0 S 1,1 S 1,2 S 1,3 out 1 out 5 out 9 out 13 in 2 in 6 in 10 in 14 S 2,0 S 2,1 S 2,2 S 2,3 out 2 out 6 out 10 out 14 in 3 in 7 in 11 in 15 S 3,0 S 3,1 S 3,2 S 3,3 out 3 out 7 out 11 out 15 Contoh: (elemen state dan kunci dalam notasi HEX)
Transformasi SubBytes() SubBytes() memetakan setiap byte dari array state dengan menggunakan S-box.
Transformasi ShiftRows() Transformasi ShiftRows() melakukan pergeseran secara wrapping (siklik) pada 3 baris terakhir dari array state. Jumlah pergeseran bergantung pada nilai baris (r). Baris r = 1 digeser sejauh 1 byte, baris r = 2 digeser sejauh 2 byte, dan baris r = 3 digeser sejauh 3 byte. Baris r = 0 tidak digeser. Geser baris ke-1: Hasil pergeseran baris ke-1 dan geser baris ke-2:
Hasil pergeseran baris ke-2 dan geser baris ke-3: Hasil pergeseran baris ke-3: Transformasi MixColumns() Transformasi MixColumns() mengalikan setiap kolom dari array state dengan polinom a(x) mod (x 4 + 1). Setiap kolom diperlakukan sebagai polinom 4-suku pada GF(2 8 ). a(x) yang ditetapkan adalah: a(x) = {03}x 3 + {01}x 2 + {01}x + {02} s (x) = a(x) s(x) s' s' s' s' s' 0, c 1, c 2, c 3, c 02 01 01 03 ({02} s 03 01 02 03 01 02 01 01 01 01 03 02 0, c 0, c 1, c ) s s s s 0, c 1, c 2, c 3, c ) ({03} s s 2, c s 3, c s' s ({02} s ) ({03} s 1, c 0, c 1, c 2, c ) s s', c s0, c s1, c ({02} s1, c ) ({03} s3, 2 c s', c ({03} s0, c ) s0, c s1, c ({02} s3, 3 c 3, c ) )
Hasil transformasi ShiftRows() sebelumnya: Operasi MixColumns() terhadap kolom pertama: Hasil transformasi MixColumns() seluruhnya: Transformasi AddRoundKey() Transformasi ini melakukan operasi XOR terhadap sebuah round key dengan array state, dan hasilnya disimpan di array state.
XOR-kan kolom pertama state dengan kolom pertama round key: Hasil AddRoundKey() terhadap seluruh kolom:
Implementasi AES AES atau algoritma Rijndael sebagai salah satu algoritma yang penting tentu memiliki berbagai kegunaan yang sudah diaplikasikan atau diimplementasikan di kehidupan sehari- hari yang tentu saja membutuhkan suatu perlindungan atau penyembunyian informasi di dalam prosesnya. Salah satu contoh penggunaan AES adalah pada kompresi 7-Zip. Salah satu proses di dalam 7-Zip adalah mengenkripsi isi dari data dengan menggunakan metode AES-256. Yang kuncinya dihasilkan melalui fungsi Hash. Perpaduan ini membuat suatu informasi yang terlindungi dan tidak mudah rusak terutama oleh virus. Hal yang serupa digunakan pada WinZip sebagai salah satu perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan kompresi. Tapi prinsip kompresi pun tidak sama dengan prinsip enkripsi. Karena kompresi adalah mengecilkan ukuran suatu data, biasanya digunakan kode Huffman dalam melakukan hal tersebut. Contoh penggunaan lain adalah pada perangkat lunak DiskCryptor yang kegunaannya adalah mengenkripsi keseluruhan isi disk/partisi pada sebuah komputer. Metode enkripsi yang ditawarkan adalah menggunakan AES-256, Twofish, atau Serpent.