Tugas 11 [La Denna Hasri Monasari] : Kriptografi 4TI23

Assalamualaikum Wr.Wb

Nama : La Denna Hasri Monasari

NIM    : 2103015115

Kriptografi Modern (Prinsip Perancangan Block Cipher)

Prinsip-prinsip Perancangan Cipher Blok

1. Prinsip Confusion dan Diffusion dari Shannon. 
2. Cipher berulang (iterated cipher).
3. Jaringan Feistel (Feistel Network).
4. Kotak-S (S-box)

Prinsip Confusion dan Diffusion dari Shannon

• Banyak algoritma kriptografi klasik yang telah berhasil dipecahkan karena distribusi statistik plainteks dalam suatu bahasa diketahui. 
• Claude Shannon dalam makalah klasiknya tahun 1949, Communication theory of secrecy systems, memperkenalkan prinsip confusion dan diffusion untuk membuat serangan statistik menjadi rumit. 
• Dua prinsip tersebut menjadi panduan dalam merancang algoritma kriptografi. 

 Confusion

• Prinsip ini menyembunyikan hubungan apapun yang ada antara plainteks, cipherteks, dan kunci. 
• Prinsip confusion membuat kriptanalis frustasi untuk mencari pola-pola statistik yang muncul pada cipherteks. 
• One-Time Pad adalah contoh algoritma yang confuse. Confusion dapat direalisasikan dengan menggunakan algoritma substitusi yang kompleks. 
• DES mengimplementasikan substitusi dengan menggunakan kotak-S.

Diffusion

• Prinsip ini menyebarkan pengaruh satu bit plainteks atau kunci ke sebanyak mungkin cipherteks. 
• Sebagai contoh, pengubahan kecil pada plainteks sebanyak satu atau dua bit menghasilkan perubahan pada cipherteks yang tidak dapat diprediksi. 
• Mode CBC dan CFB menggunakan prinsip ini.
• Pada algoritma DES, diffusion direalisasikan dengan menggunakan operasi permutasi.

Cipher Berulang (Iterated Cipher) 

• Fungsi transformasi sederhana yang mengubah plainteks menjadi cipherteks diulang sejumlah kali. 
• Pada setiap putaran digunakan upa-kunci (subkey) atau kunci putaran (round key) yang dikombinasikan dengan plainteks.

Jaringan Feistel (Feistel Network)

• Jaringan Feistel banyak dipakai pada algoritma kriptografi DES, LOKI, GOST, FEAL, Lucifer, Blowfish, dan lain-lain karena model ini bersifat reversible untuk proses enkripsi dan dekripsi.
• Sifat reversible ini membuat kita tidak perlu membuat algoritma baru untuk mendekripsi cipherteks menjadi plainteks.
• Sifat reversible tidak bergantung pada fungsi f sehingga fungsi f dapat dibuat serumit mungkin.

Kotak-S (S-box)

• Kotak-S adalah matriks yang berisi substitusi sederhana yang memetakan satu atau lebih bit dengan satu atau lebih bit yang lain. 
• Pada kebanyakan algoritma cipher blok, kotak-S memetakan m bit masukan menjadi n bit keluaran, sehingga kotak-S tersebut dinamakan kotak m  n S-box. 
• Kotak-S merupakan satu-satunya langkah nirlanjar di dalam algoritma, karena operasinya adalah look-up table. Masukan dari operasi look-up table dijadikan sebagai indeks kotak-S, dan keluarannya adalah entry di dalam kotak-S. 

Soal

1. Apa yang dimaksud dengan kriptografi modern?
2. Jelaskan prinsip dasar dalam perancangan block cipher.
3. Apa perbedaan antara aliran cipher dan block cipher?
4. Apa yang dimaksud dengan Feistel network dalam desain block cipher?
5. Berikan contoh dari beberapa block cipher yang populer saat ini.
6. Jelaskan mode operasi ECB (Electronic Codebook) dalam penggunaan block cipher.
7. Apa kelemahan dari mode operasi ECB?
8. Apa itu mode operasi CBC (Cipher Block Chaining) dalam penggunaan block cipher?
9. Apa kelebihan dari mode operasi CBC dibandingkan dengan ECB?
10. Apa yang dimaksud dengan penggantian bit dalam perancangan block cipher?

Jawaban 

1. Kriptografi modern adalah cabang kriptografi yang berkaitan dengan pengembangan metode-metode kriptografi yang aman dan efisien dalam mengamankan informasi dan melindungi privasi. Kriptografi modern menggunakan algoritma kriptografi yang kuat, dengan prinsip-prinsip matematis dan komputasi modern.

2. Prinsip dasar dalam perancangan block cipher meliputi:

• Konfusinya: Mengacak dan mengaburkan hubungan antara plaintext dan ciphertext melalui penggunaan transformasi matematis kompleks.
• Difusinya: Memastikan penyebaran informasi plaintext ke dalam seluruh blok ciphertext secara merata dan kompleks melalui proses permutasi dan substitusi.

3. Perbedaan antara aliran cipher dan block cipher adalah:

• Aliran cipher mengenkripsi data bit per bit atau byte per byte, sedangkan block cipher mengenkripsi data dalam blok-blok tetap.
• Aliran cipher memanfaatkan algoritma kunci dan aliran kunci untuk menghasilkan keystream yang diterapkan pada plaintext, sedangkan block cipher mengenkripsi blok-blok data secara terpisah dengan menggunakan algoritma kunci yang sama.

4. Feistel network adalah suatu struktur yang digunakan dalam desain block cipher. Ia terdiri dari serangkaian ronde di mana setengah blok plaintext diproses dengan fungsi non-linear dan hasilnya diubah dengan setengah blok lainnya menggunakan operasi XOR. Feistel network memberikan keamanan pada block cipher dengan memperkenalkan permutasi dan substitusi yang kompleks.

5. Beberapa block cipher yang populer saat ini meliputi:

• Advanced Encryption Standard (AES)
• Data Encryption Standard (DES)
• Triple Data Encryption Standard (3DES)
• Serpent
• Twofish

6. Mode operasi ECB (Electronic Codebook) adalah mode operasi yang paling sederhana dalam penggunaan block cipher. Pada mode ini, plaintext dipecah menjadi blok-blok yang sama dan setiap blok dienkripsi secara terpisah dengan menggunakan algoritma kunci yang sama. Ciphertext yang dihasilkan untuk setiap blok akan menjadi blok ciphertext yang sesuai.

7. Kelemahan dari mode operasi ECB adalah kurangnya keamanan dan ketahanan terhadap serangan. Jika blok-blok plaintext yang sama dienkripsi, mereka akan menghasilkan blok ciphertext yang sama. Hal ini dapat memberikan informasi kepada pihak yang tidak berwenang tentang pola dalam data dan memungkinkan adanya serangan plaintext terpilih.

8. Mode operasi CBC (Cipher Block Chaining) adalah mode operasi dalam penggunaan block cipher di mana setiap blok ciphertext di-XOR-kan dengan blok plaintext sebelumnya sebelum dilakukan enkripsi. Hal ini memastikan bahwa setiap blok ciphertext bergantung pada seluruh blok plaintext sebelumnya dalam urutan. IV (Initialization Vector) digunakan sebagai blok plaintext awal dalam penggunaan CBC.

9. Kelebihan dari mode operasi CBC dibandingkan dengan ECB adalah ketahanannya terhadap serangan plaintext terpilih dan kemampuannya untuk menyembunyikan pola dalam data. Karena setiap blok ciphertext bergantung pada blok plaintext sebelumnya, serangan terhadap blok individu akan sulit dilakukan. Selain itu, penggunaan IV juga memberikan variasi yang meningkatkan keamanan.

10. Penggantian bit (bit substitution) dalam perancangan block cipher merujuk pada penggantian atau substitusi bit-bit dalam blok plaintext atau ciphertext dengan bit-bit yang lain. Penggantian bit ini dapat dilakukan dengan menggunakan tabel substitusi (S-boxes) yang menghubungkan masukan dengan keluaran bit-bit yang berbeda. Penggantian bit membantu menciptakan efek konfusi dalam enkripsi dan meningkatkan keamanan algoritma block cipher.

Terimakasih

Wassalamualaikum Wr.Wb

Sumber Tugas

Sumber Materi