Enkripsi Citra Digital menggunakan Algoritma Chiper Block Chaning dengan Chaostic Logistic Map Maklon Frare, Juan Ledoh, Soleman Ngailo Abstract The spread of digital imagery is increasingly developed through a variety of transmission media. One form of protection for digital images to be safe is to perform encryption techniques. There are many cryptographic algorithms that perform well in image encryption technique that images the result can not be visually identified. The proposed algorithm chaning block cipher (CBC) and chaostic logistic map as a random number generator that will be installed on the lock. CBC did encrypts each block of bits plain image. Cipher resulting image can not be seen visually and meet efect confusion and diffusion. The algorithm is sensitive to changes in key bits, making it difficult to be solved by cryptanalysis. In the cipher image histogram looks flat so there is no statistical correlation between bits plain image. Keyword: Image, Cipher block chaning, chaostic logistic map. 1. Pendahuluan Semakin berkembangnya teknologi informasi memudahkan file-file yang berukuran besar seperti citra dapat dikirim dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui media transmisi. Banyak citra digital yang bersifatnya rahasia sehinga tidak dapat dikenali oleh banyak pihak. Salah satu bentuk perlindungan terhadap semua data citra digital yaitu dengan melakukan teknik enkripsi, dimana file citra digital diubah sedemikian rupah sehingga tidak dapat dikenali secara visual. Teknik untuk mengenkripsi citra digital diperlukan algoritma-algoritma kripografi dengan kualitas baik dan populer seperti RSA, RC4, DES, EBC, CBC dan lainya tidak cocok digunakan untuk citra digital karena citara digital memiliki karaktersistik yang unik yaitu pendobelan data pixel dan adanya kolerasi yang kuat antara pixl- MAHASISWA JURUSAN ILMU KOMPUTER FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK UNIVERSITAS NUSA CENDANA 2012 pixel yang berdekatan sehingga pixel-pixel tersebut belum teracak secara aman. Algoritma cipher block chaning (CBC) merupakan algoritma cipher block yang menerapkan mekanisme umpan-balik (feedback) pada sebuah block dengan melakukan fungsi XOR antara plain image dengan kunci. Chaostic logistic map merupakan pembangkit bilangan acak yang tidak memiliki periode. Sehingga jika keduanya digabungkan maka akan memenuhi dua prinsip Shannon yaitu confusion dan diffusion untuk mengurangi pendobelan data pixel yang berdekatan dan karakter unik citra digital. Untuk mengatasi kelemahan mengenkripsi dan deskripsi citra digital maka penggunaan kunci awal harus dibangkitkan secara random menggunakan metode chaostic logistic map, kemudian kunci tersebut dijadikan sebagai kunci awal dari algoritma chiper block chaning untuk mengenkripsi plain image menjadi cipher image. 1.1 Tinjauan Pustaka Banyak penelitian yang dilakukan mengenai bagaimana mengenkripsi file citra digital. Algoritma-algoritma yang dipakai cukup baik dan memiliki akurasi yang berbeda- beda. Kebanyakan algoritma yang dipakai adalah algoritma kriptografi moderen, diantaranya RC4, RSA, AES, DES dan lainnya yang kualitasnya cukup baik. Teknik untuk mengenkripsi cita digital yang baik adalah dengan membuat pixel-pixel citra yang berdekatan menjadi acak (random) sehingga sulit diserang oleh cryptanalysis. Salah satu cara yang harus dilakukan untuk yaitu dengan memakai bilangan random sehingga semua nilai pixel-pixel citra diacak sedemikian rupah agar tidak dikenali secara visual. Metode bilangan acak yang terkenal saat ini adalah
chaostic logistic map. Enkripsi citra digital yang dilakukan dengan metode ini sudah banyak dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya[1]. Kelunggulan penelitian yang dilakukan diantaranya (i) menghasilkan citra image yang tidak dapat dikenali secara visual, (ii) sesnsitif terhadap perubahan kecil pada kunci sehingga aman terhadap serangan brute force attack. Pendekatan yang kami usulkan berbeda dengan peneliti-peneliti sebelumnya yaitu cara memembangkitkan kunci awal dari chaostic logistic map dan mengkombinasikan dengan algoritma cipher block chaning untuk mengenkripsi citra digital. Kami mengharapkan dari penelitian ini yaitu menghasilkan cipher image yang tidak memiliki hubungan statistik dengan plaint image dan kunci yang diberikan serta adanya sensitive key jika terjadi perubahan satu bit kunci. Gambar 2.1 Skema enkripsi dengan CBC C i-2 C i-1 Dk P i-1 Gambar 2.2 Skema dekripsi dengan CBC Enkripsi dengan algoritma CBC secara matematis dapat dijelaskan pada persamaan(1). C i Dk P i 2. Metode Penelitian Ci = EK (Pi Ci-1) (1) 2.1 Usulan Algoritma Algoritma yang diusulkan untuk mengenkripsi citra 8 bit pixel. Setiap pixel-pixel diambil dari bit LSB sampai MSB dengan jumlah semuanya 8 bit. Algoritma yang diusulkan yaitu menggunakan cipher block chaning(cbc) dan chaostic logistic map sebagai pembangkit bilangan acak yang memenuhi prinsip memenuhi dua prinsip Shannon yaitu confusion dan diffusion[1]. Skema enkripsi CBC dapat diperlihatkan pada gambar 2.1. Setiap blok berkuran 8 bit dari pixel citra dinyatakan sebagai Pi(i=1,2,3,..,n). P i-1 P i Sedangkan untuk hasil dekripsinya dapat dijelakan pada persamaan(2). Pi = DK (Ci) Ci-1 Pada persamaan(1) dan persamaan(2) membutuhkan initialization vector (VI) untuk melakukan enkripsi maupun dekripsi. Vi tidak rahasia tetapi nilainya harus sama pada proses enkripsi maupun dekripsi. Kami mengusulkan algoritma yang memiliki kunci yang berbeda setiap blok sehingga berbeda dengan metode CBC pada umumnya yang memiliki kunci yang sama setiap blok. Kunci Ki pada setiap blok disebut internal key yang memiliki panjang 8-bit. Semua kunci internal ini dibangkitkan dari fungsi chaostic logistic map. (2) xi+1 = rxi (1 - xi) (3) C i-2 E k C i-1 E k C i Nilai xi berada diantara 0 dan 1 (0 xi 1), nilai i=1,2,3,4,. Sedangkan nilai r berada diantara 0 dan 4 (0 r 4). Nilai x 0 berperan sebagai kunci rahasia yang dibangkitkan sebagai berikut[]. Nilai dari x 0 diambil bagian integernya dari posisi 3 dengan jumlah 3 yang akan dipakai sebagai jumlah iterasi(i) dalam dalam persamaan chaos.
Misalkan x 0 = 0,198340776453, maka diambil 983 sebagai jumlah interasi. Nilai i akan berhenti sampai i 983. Misalkan i 983 = 0,298350764537, maka diambil bagian intergernya dari posisi 5 dengan jumlah 3. Kemudian interger yang diambil tersebut akan di mod dengan 256 dan akan dijadikan kunci pada blok pertama. Kunci ini akan dipakai pada persamaan(1) Nilai i 983 akan menjadi x 0 untuk mencari kunci pada blok kedua, begitu juga dengan bok yang lain. Hasil dari seluruh enkripsi yang dilakukan disebut cipher image. Proses dekripsi dilakukan berkebalikan dengan proses enkripsi. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Citra enkripsi Citra enkripsi untuk ketiga citra yang diuji dapat dilihat pada gambar (2.4) fox_e.bmp(157 x 161) Butterfly_e.bmp(295 x 200) Algoritma yang diusulkan ini dicoba pada citra grayssclale dan citra warna. Citra yang digunakan tersebut adalah fox.bmp (157 x 161) citra graysscale dan butterfly.bmp (295 x 200) citra warna serta motorgreen.bmp(450 x 450) citra warna. Parameter kunci yang digunakan adalah maklonjacobfrare dengan x 0 = 0,143064331837651 dan r=4. Hasilnya dapat dilihat pada gambar (2.3). Motorgreen_e.bmp(450 x 450) Gambar 2.4 Citra enkripsi yang telah diuji fox.bmp(157 x 161) butterfly.bmp(295 x 200) 3.2. Citra dekripsi Citra enkripsi untuk ketiga citra yang diuji dapat dilihat pada gambar (2.5) motorgreen.bmp(450 x 450) Gambar 2.3 Citra yang akan diuji fox_d.bmp(157 x 161) Butterfly_d.bmp(295 x 200)
Gambar 2.6 Histogram citra fox plaint image dan cipher image Motorgreen_d.bmp(450 x 450) Gambar 2.5 Citra dekripsi yang telah diuji Hasil dari percobaan yang dilakukan selanjutnya di buat analisis histogram dan analisis sensitive key. 3.3. Analisis Histogram Histogram merupakan alat yang berguna untuk melihat profil intensitas dari sebuah citra. Hstogram memberikan gambaran tentang komposisi citra, informasi tentang kontras dan distribusi intensitas citra secara keseluruhan. Sebuah histogram disajikan melalui sebuah diagram batang, dimana nilai intensitas pixel ditempatkan pada sumbu x dan banyak setiap intesitas pixel ditempatkan pada sumbu y [3]. Cipher image dikatakan aman terhadap serangan analisis frekuensi apabila tidak memiliki hubungan satistik dengan plaint image. Gambar 2.6 memperlihatkan plaint image fox sebelum dienkripsi, sedangkan gambar 2.6 memperlihatkan cipher image. Terlihat bahwa cipher image relatif datar(flat) sehingga tahan terhadap serangan analisis frekuensi. Gambar 2.7, dan memperlihatkan plaint image buterfly yang memaliki kanal RGB sebelum dienkripsi, sedangkan gambar 2.7(d), (e) dan (f) memperlihatkan cipher imagenya. Terlihat bahwa cipher image relatif datar(flat) sehingga tahan terhadap serangan analisis frekuensi. Gambar 2.8, dan memperlihatkan plaint image motorgreen yang memaliki kanal RGB sebelum dienkripsi, sedangkan gambar 2.8(d), (e) dan (f) memperlihatkan cipher imagenya. Terlihat bahwa cipher image relatif datar(flat) sehingga tahan terhadap serangan analisis frekuensi. Green Green Gambar 2.7 Histogram citra butterfly plaint image untuk masing-masing RGB - dan RGB (d)-(f) untuk cipher imagenya.
cipher image citra fox histogram citra Green Green citra fox dengan kunci= maklonjacobfrar dan x 0 =0,47460426886448 (d) histogram citra Gambar 2.8 Histogram citra motorgreen plaint image untuk masing-masing RGB - dan RGB (d)-(f) untuk cipher imagenya. 3.4. Analisis Sensitivitas key Algoritma enkripsi citra yang baik adalah algoritma yang memiliki sensitivitas key, artinya jika terjadi perubahan kecil pada key maka akan mempengaruhi hasil dari cipher image. Algoritma yang diusulkan ini memakai metode chaostic logistic map yang sangat sensitif terhadap perubahan nilai awal sehingga aman terhadap serangan brute force attack. Percobaan yang dilakukan untuk mengenkripsi tiga citra yang dibahas sebelumnya ini menggungunakan key = maklonjacobfrare dengan x 0 =0,143064331837651. Gambar 2.8 menunjukan citra fox yang telah didekripsi dengan key yang berbeda yaitu maklonjacobfrar dengan x 0 =0,47460426886448. Terlihat jelas bahwa kunci dekripsi mempunyai x 0 yang berbeda dengan kunci enkripsi sehigga tidak menghasilkan plaint image semula. Hasil dari percobaan ini menunjukan bahwa karakteristik chaostic logistic map yang sensitif terhadap perubahan kecil nilai awal(x 0 ). 4. Kesimpulan Algoritma yang telah diusulkan dalam pembuatan laporan ini melakukan enkripsi citra 8 bit pixel untuk setiap pixelnya. Percobaan dilakukan terhadap beberap citra baik itu citra grayscale maupun citra berwarna. Hasil enkripsinya tidak dapat dikenali lagi secara visual karena setiap bit pixel citra telah diacak dengan kunci yang dibangkitkan dari fungsi chaostic logistic map. Histogram citra memperlihatkan hasil citra enkripsi yang terlihat datar(flat), artinya tidak memiliki hubungan statistik sehingga tahan terhadap serangan analisis frekuensi. Jika terjadi perubahan 1 bit pada kunci maka dalam melakukan dekripsi tidak akan menghasilkan plaint image semula. Algoritma ini sangat sensitif sehingga tahan terhadap serangan brute force attack. Daftar Pustaka [1] Rinaldi Munir, 2004, Tipe dan Mode Algoritma Simetris,Departemen Teknik Informatika Institut Teknologi Bandung, Bandung. [2] Rinaldi Munir, 2012,Pengembangan Algoritma Selectif Citra dalam Ranah Spasial dengan Metode CBC-like barbasiskan Chaos,Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB, Bandung. [3] Achmad B, Firdausy K, 2005,Teknik Pengolahan Citra Digital menggunakan Delphi, Ardi, Yogyakarta.