11. Kriptografi Modern Prinsip-Prinsip Perancangan Cipher Blok Oleh Arifathur 2103015155 4C

 Materi mengenai Prinsip-prinsip Perancangan Cipher Blok:

1. Prinsip Confusion dan Diffusion dari Shannon:

Prinsip ini dikemukakan oleh Claude Shannon, seorang matematikawan dan kriptografer terkenal. Prinsip Confusion dan Diffusion bertujuan untuk mencapai keamanan yang kuat dalam cipher blok. Confusion mengacu pada mengacaukan hubungan antara kunci dan teks terang, sehingga sulit bagi penyerang untuk menebak kunci. Ini dapat dicapai melalui substitusi non-linear, di mana satu nilai plaintext digantikan dengan nilai ciphertext yang tidak mudah diprediksi. Contohnya adalah penggunaan kotak-S (S-box) dalam Advanced Encryption Standard (AES).

Diffusion mengacu pada menyebarkan pengaruh satu bit plaintext atau kunci ke banyak bit ciphertext, sehingga perubahan kecil pada plaintext atau kunci akan berdampak besar pada ciphertext. Ini dapat dicapai melalui permutasi atau pengacakan bit dalam plaintext atau ciphertext. Contohnya adalah permutasi dalam DES (Data Encryption Standard), di mana bit-bit input diacak secara sistematis sebelum melalui fungsi substitusi.

2. Cipher berulang (iterated cipher):

Cipher berulang adalah pendekatan umum dalam perancangan cipher blok, di mana operasi cipher dasar diulang beberapa kali dalam serangkaian putaran. Setiap putaran menggunakan kunci yang berasal dari kunci utama yang sama, tetapi disesuaikan untuk setiap putaran. Pendekatan ini meningkatkan keamanan dan kerumitan cipher, karena setiap putaran mengaburkan hubungan antara plaintext dan ciphertext.

Contoh dari cipher berulang adalah Advanced Encryption Standard (AES), di mana terdapat serangkaian 10 putaran (atau lebih, tergantung pada ukuran kunci) yang menggunakan operasi substitusi dan permutasi untuk menghasilkan ciphertext dari plaintext.

3. Jaringan Feistel (Feistel Network):

Jaringan Feistel adalah struktur perancangan cipher blok yang populer dan fleksibel. Cipher blok dengan struktur ini terdiri dari sejumlah putaran yang melakukan operasi substitusi dan permutasi pada setengah blok plaintext, sementara setengah blok lainnya di-XOR dengan hasil dari operasi sebelumnya. Jaringan Feistel memungkinkan enkripsi dan dekripsi menggunakan struktur yang sama, dengan hanya membalikkan urutan kunci putaran.

Contoh terkenal dari jaringan Feistel adalah DES (Data Encryption Standard), yang menggunakan 16 putaran. Setiap putaran DES terdiri dari operasi substitusi melalui fungsi kotak-S (S-box) dan permutasi melalui fungsi P-box.

4. Kotak-S (S-box):

Kotak-S (Substitution Box) adalah komponen kunci penting dalam cipher blok modern. Kotak-S menggantikan blok plaintext dengan blok ciphertext menggunakan tabel substitusi non-linear. Setiap nilai input dalam blok plaintext diubah menjadi nilai output yang sesuai dalam kotak-S. Kotak-S menyediakan konfusi dalam cipher blok dengan mengaburkan hubungan antara input dan output.

Contoh terkenal dari penggunaan kotak-S adalah pada algoritma AES, di mana kotak-S terdiri  dari matriks 16x16 yang terdiri dari 256 elemen. Setiap elemen dalam kotak-S direpresentasikan oleh 8 bit. Proses substitusi menggunakan kotak-S bertujuan untuk mencapai konfusi yang kuat dalam cipher blok.

Sebagai contoh, dalam AES, terdapat kotak-S yang diinisialisasi dengan nilai-nilai tetap. Misalnya, jika kita memiliki input 0x53, maka pada putaran pertama AES, nilai tersebut akan digantikan dengan nilai output dari kotak-S yang sesuai. Jika nilai outputnya adalah 0xBF, maka 0x53 akan diubah menjadi 0xBF dalam ciphertext.

Kotak-S bekerja dengan menggantikan setiap nilai input dengan nilai output yang sesuai berdasarkan tabel substitusi. Tabel substitusi diatur sedemikian rupa sehingga setiap elemen memiliki pengaruh yang signifikan terhadap elemen-elemen lain dalam tabel tersebut, meningkatkan tingkat keamanan cipher blok.

Kotak-S juga dapat digunakan untuk mengimplementasikan operasi substitusi non-linear pada jaringan Feistel. Setiap putaran dalam jaringan Feistel dapat melibatkan kotak-S yang berbeda atau setiap blok plaintext yang berbeda, meningkatkan kompleksitas dan keamanan enkripsi.

Secara keseluruhan, prinsip-prinsip perancangan cipher blok, seperti prinsip Confusion dan Diffusion, penggunaan cipher berulang, jaringan Feistel, dan kotak-S, merupakan komponen penting dalam menciptakan sistem cipher blok yang kuat dan aman. Dengan menerapkan prinsip-prinsip ini, cipher blok dapat memberikan keamanan yang diperlukan untuk melindungi data dan informasi sensitif dari akses yang tidak sah.

SOAL

Soal 1:

Jelaskan prinsip Confusion dan Diffusion dalam perancangan cipher blok. Berikan contoh implementasinya dalam suatu cipher blok.

Jawaban:

Prinsip Confusion dan Diffusion adalah prinsip yang dikemukakan oleh Claude Shannon dalam perancangan cipher blok. Confusion mengacu pada mengacaukan hubungan antara kunci dan teks terang, sedangkan Diffusion mengacu pada menyebarkan pengaruh satu bit plaintext atau kunci ke banyak bit ciphertext.

Contoh implementasi prinsip ini dapat ditemukan dalam Advanced Encryption Standard (AES). AES menggunakan kotak-S (S-box) untuk menghasilkan substitusi non-linear, menciptakan konfusi. Selain itu, permutasi yang kompleks pada level bit dilakukan dalam setiap putaran untuk mencapai diffusi yang kuat.

Soal 2:

Apa yang dimaksud dengan cipher berulang (iterated cipher)? Jelaskan keuntungan dan contoh penggunaannya dalam cipher blok.

Jawaban:

Cipher berulang adalah pendekatan dalam perancangan cipher blok di mana operasi cipher dasar diulang beberapa kali dalam serangkaian putaran. Keuntungan dari pendekatan ini adalah meningkatkan keamanan dan kerumitan cipher, karena setiap putaran mengaburkan hubungan antara plaintext dan ciphertext.

Contoh penggunaan cipher berulang adalah pada Advanced Encryption Standard (AES). AES menggunakan serangkaian putaran yang terdiri dari operasi substitusi dan permutasi. Dengan melakukan putaran berulang, AES menciptakan keamanan yang kuat dan dapat melindungi data dari serangan yang tidak sah.

Soal 3:

Apa yang dimaksud dengan jaringan Feistel? Jelaskan cara kerjanya dan berikan contoh penggunaannya dalam cipher blok terkenal.

Jawaban:

Jaringan Feistel adalah struktur perancangan cipher blok yang populer. Cipher blok dengan struktur ini terdiri dari sejumlah putaran yang melakukan operasi substitusi dan permutasi pada setengah blok plaintext, sementara setengah blok lainnya di-XOR dengan hasil dari operasi sebelumnya. Jaringan Feistel memungkinkan enkripsi dan dekripsi menggunakan struktur yang sama, dengan hanya membalikkan urutan kunci putaran.

Contoh penggunaan jaringan Feistel adalah pada Data Encryption Standard (DES). DES menggunakan 16 putaran dengan fungsi substitusi melalui kotak-S dan permutasi melalui fungsi P-box. Jaringan Feistel memberikan keamanan yang kuat dan efisiensi dalam proses enkripsi dan dekripsi.

Soal 4:

Jelaskan konsep Kotak-S (S-box) dalam perancangan cipher blok. Berikan contoh penggunaan Kotak-S dalam cipher blok terkenal.

Jawaban:

Kotak-S (Substitution Box) adalah komponen penting dalam perancangan cipher blok. Kotak-S menggantikan blok plaintext dengan blok ciphertext menggunakan tabel substitusi non-linear. Setiap nilai input dalam blok plaintext diubah menjadi nilai output yang sesuai dalam Kotak-S. 

Soal 5:

Mengapa prinsip Confusion dan Diffusion penting dalam perancangan cipher blok? Jelaskan.

Jawaban:

Prinsip Confusion dan Diffusion penting dalam perancangan cipher blok karena mereka membantu meningkatkan keamanan dan ketahanan cipher terhadap serangan kriptanalisis. Confusion membuat hubungan antara plaintext dan ciphertext menjadi kompleks, sehingga sulit bagi penyerang untuk menebak hubungan tersebut. Diffusion memastikan bahwa perubahan kecil pada plaintext atau kunci akan menyebabkan perubahan yang signifikan pada ciphertext.

Soal 6:

Jelaskan perbedaan antara cipher blok dengan cipher aliran. Apa keunggulan dan kelemahan masing-masing jenis cipher tersebut?

Jawaban:

Cipher blok dan cipher aliran adalah dua jenis utama dalam kriptografi simetris. Perbedaan utama antara keduanya terletak pada cara operasi dan penggunaan kunci.

Soal 7:

Apa peran kotak-S (S-box) dalam perancangan cipher blok? Jelaskan.

Jawaban:

Kotak-S (S-box) merupakan komponen penting dalam perancangan cipher blok yang bertujuan untuk memberikan substitusi non-linear. Kotak-S menggantikan nilai-nilai input dalam blok plaintext dengan nilai-nilai output yang sesuai berdasarkan tabel substitusi yang telah ditentukan sebelumnya.

Soal 8:

Apakah semua cipher blok menggunakan prinsip jaringan Feistel? Berikan contoh cipher blok yang tidak menggunakan jaringan Feistel.

Jawaban:

Tidak semua cipher blok menggunakan prinsip jaringan Feistel. Ada cipher blok lain yang menggunakan struktur yang berbeda dalam perancangannya.

Soal 9:

Apa keuntungan penggunaan cipher berulang (iterated cipher) dalam perancangan cipher blok? Berikan contoh cipher blok yang menggunakan pendekatan ini.

Jawaban:

Penggunaan cipher berulang (iterated cipher) dalam perancangan cipher blok memiliki beberapa keuntungan. Pertama, dengan menggunakan operasi cipher dasar yang diulang dalam serangkaian putaran, cipher berulang dapat meningkatkan tingkat keamanan. Setiap putaran mengaburkan hubungan antara plaintext dan ciphertext, membuatnya lebih sulit bagi penyerang untuk menebak kunci atau mencari pola dalam data yang dienkripsi.

Soal 10:

Jelaskan bagaimana prinsip Confusion dan Diffusion saling melengkapi dalam perancangan cipher blok.

jawaban: 

Prinsip Confusion dan Diffusion saling melengkapi dalam perancangan cipher blok untuk mencapai keamanan yang kuat.

Prinsip Confusion, yang melibatkan konfusi dalam hubungan antara plaintext dan ciphertext, bekerja dengan mengaburkan pola dan statistik dalam data yang dienkripsi. Hal ini membuat serangan statistik menjadi lebih sulit dilakukan, karena tidak ada hubungan yang jelas antara input dan output. Prinsip Confusion juga bertujuan untuk memperkuat ketergantungan antara kunci dan ciphertext, sehingga sulit bagi penyerang untuk menemukan kunci yang benar.

source: https://onlinelearning.uhamka.ac.id