BAB 06 - KRIPTOGRAFI

Definisi Kriptografi

4 Tujuan Kriptografi (CIAA)

Sejarah Singkat Kriptografi

Cabang-Cabang Kriptografi

Dua istilah paling fundamental dalam kriptografi: plaintext (pesan asli) dan ciphertext (pesan terenkripsi). Memahami keduanya adalah kunci memahami seluruh proses kriptografi.

Definisi

Contoh: Caesar Cipher

Cipher paling terkenal dalam sejarah, digunakan Julius Caesar untuk berkomunikasi dengan jenderalnya. Menggunakan substitusi dengan geseran 3 huruf:

Caesar Cipher (shift = 3)
# Alfabet asli:
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

# Alfabet cipher (geser 3):
D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

# Contoh:
Plaintext : HELLO WORLD
Ciphertext: KHOOR ZRUOG

# Cara kerja:
H + 3 = K
E + 3 = H
L + 3 = O
L + 3 = O
O + 3 = R
(spasi tetap spasi)
W + 3 = Z
... dst

Implementasi Python Caesar Cipher

Python
def caesar_encrypt(plaintext, shift):
    """Enkripsi plaintext dengan Caesar cipher."""
    result = ""
    for char in plaintext:
        if char.isalpha():
            # Tentukan offset (A=65 untuk uppercase, a=97 untuk lowercase)
            offset = 65 if char.isupper() else 97
            # Geser karakter
            shifted = (ord(char) - offset + shift) % 26 + offset
            result += chr(shifted)
        else:
            result += char  # Karakter non-alpha tetap
    return result

def caesar_decrypt(ciphertext, shift):
    """Dekripsi = enkripsi dengan shift negatif."""
    return caesar_encrypt(ciphertext, -shift)

# Contoh penggunaan
pesan = "HELLO WORLD"
kunci = 3

terenkripsi = caesar_encrypt(pesan, kunci)
print(f"Ciphertext: {terenkripsi}")
# Output: Ciphertext: KHOOR ZRUOG

terdekripsi = caesar_decrypt(terenkripsi, kunci)
print(f"Plaintext : {terdekripsi}")
# Output: Plaintext : HELLO WORLD

Kelemahan Caesar Cipher

Python - Brute Force Caesar
def crack_caesar(ciphertext):
    """Coba semua 25 kemungkinan kunci."""
    for shift in range(1, 26):
        decrypted = caesar_decrypt(ciphertext, shift)
        print(f"Shift {shift:2d}: {decrypted}")

# Contoh:
crack_caesar("KHOOR ZRUOG")
# Shift  1: JNGNQ YQTNF
# Shift  2: IMFMP XPSME
# Shift  3: HELLO WORLD  <-- BACA INI!
# Shift  4: GDKKN VNQKC
# ... dst

Perbedaan Plaintext vs Ciphertext

Enkripsi dan dekripsi adalah dua sisi dari mata uang yang sama. Enkripsi mengubah plaintext menjadi ciphertext, dekripsi mengembalikannya. Keduanya membutuhkan kunci (key) dan algoritma (cipher).

Definisi Formal

Notasi Matematis

Notasi Kriptografi
# Enkripsi:
C = E(K, M)
#   C = Ciphertext
#   E = Algoritma Enkripsi
#   K = Kunci (Key)
#   M = Plaintext (Message)

# Dekripsi:
M = D(K, C)
#   M = Plaintext (harus sama dengan plaintext asli)
#   D = Algoritma Dekripsi
#   K = Kunci
#   C = Ciphertext

# Sifat fundamental:
D(K, E(K, M)) = M
# Dekripsi(enkripsi(pesan)) = pesan asli

Peran Kunci (Key)

Kunci adalah rahasia utama dalam kriptografi. Algoritma biasanya bersifat publik (diketahui semua orang), tapi kunci harus dirahasiakan.

Ukuran Kunci & Keamanan

Mode Operasi Enkripsi

Untuk data besar, enkripsi blok (seperti AES) perlu mode operasi:

Kriptografi simetris (symmetric-key cryptography) menggunakan kunci yang SAMA untuk enkripsi dan dekripsi. Ini adalah jenis kriptografi paling cepat dan paling banyak digunakan untuk mengenkripsi data dalam jumlah besar.

Algoritma Simetris Populer

AES (Advanced Encryption Standard)

AES adalah standar enkripsi simetris paling banyak digunakan di dunia. Dikembangkan oleh Joan Daemen & Vincent Rijmen (Belgia), diadopsi NIST tahun 2001 menggantikan DES.

Karakteristik AES:

• Block cipher - memproses data per blok 128 bit
• Key size: 128, 192, atau 256 bit
• Number of rounds: 10, 12, atau 14 (tergantung key size)
• Setiap round: SubBytes, ShiftRows, MixColumns, AddRoundKey
• Cepat di hardware & software modern (AES-NI instruction di CPU)

Proses Enkripsi AES (simplified):

AES-256 Encryption Flow
# Input: 128-bit plaintext + 256-bit key

Round 0: AddRoundKey           # XOR dengan round key

Round 1-13:
  1. SubBytes              # Substitusi non-linear (S-box)
  2. ShiftRows             # Geser baris
  3. MixColumns            # Campur kolom (diffusion)
  4. AddRoundKey           # XOR dengan round key

Round 14 (final):
  1. SubBytes
  2. ShiftRows
  3. AddRoundKey           # Tidak ada MixColumns di final round

# Output: 128-bit ciphertext

Praktik: Menggunakan AES dengan OpenSSL

Bash - OpenSSL AES
# Enkripsi file dengan AES-256-CBC
$ openssl enc -aes-256-cbc -salt -pbkdf2 \
    -in rahasia.txt -out rahasia.enc
Enter pass phrase: ********
Verifying - Enter pass phrase: ********

# Dekripsi file
$ openssl enc -d -aes-256-cbc -pbkdf2 \
    -in rahasia.enc -out rahasia-decrypt.txt
Enter pass phrase: ********

# Enkripsi dengan password di command line (TIDAK DISARANKAN!)
$ openssl enc -aes-256-cbc -pbkdf2 \
    -in data.txt -out data.enc \
    -pass pass:"MySecretPassword123!"

# Enkripsi string langsung
$ echo "Hello World" | openssl enc -aes-256-cbc -pbkdf2 \
    -pass pass:"kunci123" | base64
U2FsdGVkX1+...

# Dekripsi string
$ echo "U2FsdGVkX1+..." | base64 -d | openssl enc -d \
    -aes-256-cbc -pbkdf2 -pass pass:"kunci123"
Hello World

Kelebihan & Kekurangan

Masalah Distribusi Kunci

Masalah terbesar kriptografi simetris: bagaimana Alice dan Bob berbagi kunci rahasia tanpa pihak ketiga (Eve) mengetahuinya?

Implementasi Python: AES dengan cryptography library

Python - AES Encryption
# Install: pip install cryptography
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
import os

def aes_encrypt(plaintext, key):
    """Enkripsi AES-256-GCM."""
    # Generate IV (Initialization Vector) acak
    iv = os.urandom(12)  # 96 bit untuk GCM
    
    # Buat cipher
    cipher = Cipher(
        algorithms.AES(key),
        modes.GCM(iv),
        backend=default_backend()
    )
    encryptor = cipher.encryptor()
    
    # Enkripsi
    ciphertext = encryptor.update(plaintext) + encryptor.finalize()
    tag = encryptor.tag  # Authentication tag
    
    return iv + ciphertext + tag

def aes_decrypt(encrypted_data, key):
    """Dekripsi AES-256-GCM."""
    iv = encrypted_data[:12]
    tag = encrypted_data[-16:]
    ciphertext = encrypted_data[12:-16]
    
    cipher = Cipher(
        algorithms.AES(key),
        modes.GCM(iv, tag),
        backend=default_backend()
    )
    decryptor = cipher.decryptor()
    
    return decryptor.update(ciphertext) + decryptor.finalize()

# Contoh penggunaan
key = os.urandom(32)  # 256-bit key
pesan = b"Rahasia negara: menyerang fajar!"

terenkripsi = aes_encrypt(pesan, key)
print(f"Ciphertext: {terenkripsi.hex()}")

terdekripsi = aes_decrypt(terenkripsi, key)
print(f"Plaintext : {terdekripsi.decode()}")

Kriptografi asimetris (public-key cryptography) adalah revolusi terbesar dalam sejarah kriptografi. Ditemukan tahun 1976 oleh Diffie-Hellman, ia memecahkan masalah distribusi kunci yang menghantui kriptografi simetris selama puluhan tahun.

Ide Revolusioner

Menggunakan sepasang kunci:

• Public Key (kunci publik) - dibagikan ke semua orang, untuk enkripsi
• Private Key (kunci privat) - dirahasiakan, untuk dekripsi

Kedua kunci ini berbeda secara matematis, tapi saling terkait. Apa yang dienkripsi dengan public key, hanya bisa didekripsi dengan private key yang sesuai.

Algoritma Asimetris Populer

RSA: Cara Kerja (Simplified)

RSA (Rivest-Shamir-Adleman) adalah algoritma asimetris paling terkenal. Dasarnya: faktorisasi bilangan prima itu sulit.

RSA Mathematics (Simplified)
# GENERASI KUNCI:
1. Pilih dua bilangan prima besar: p, q
   # Contoh kecil: p = 61, q = 53

2. Hitung n = p × q
   # n = 61 × 53 = 3233

3. Hitung φ(n) = (p-1) × (q-1)
   # φ(n) = 60 × 52 = 3120

4. Pilih e (public exponent), biasanya 65537
   # Syarat: 1 < e < φ(n), gcd(e, φ(n)) = 1
   # Contoh: e = 17

5. Hitung d (private exponent) - modular inverse dari e
   # d × e ≡ 1 (mod φ(n))
   # d = 2753

# PUBLIC KEY = (n, e) = (3233, 17) - DIBAGIKAN
# PRIVATE KEY = (n, d) = (3233, 2753) - DIRAHASIAKAN

# ENKRIPSI (pakai public key):
c = m^e mod n
# Contoh: m = 65 (pesan), c = 65^17 mod 3233 = 2790

# DEKRIPSI (pakai private key):
m = c^d mod n
# Contoh: m = 2790^2753 mod 3233 = 65 (pesan asli!)

Hybrid Cryptography: Terbaik dari Dua Dunia

Dalam praktiknya, hampir semua sistem modern menggunakan kombinasi simetris + asimetris:

Praktik: Generate RSA Key dengan OpenSSL

Bash - RSA Key Generation
# Generate private key RSA 2048-bit
$ openssl genrsa -out private-key.pem 2048

# Extract public key dari private key
$ openssl rsa -in private-key.pem -pubout -out public-key.pem

# Lihat isi private key
$ cat private-key.pem
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MIIEvQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBKcwggSjAgEAAoIBAQC...
...
-----END PRIVATE KEY-----

# Enkripsi file dg public key
$ openssl rsautl -encrypt -inkey public-key.pem -pubin \
    -in rahasia.txt -out rahasia.enc

# Dekripsi dg private key
$ openssl rsautl -decrypt -inkey private-key.pem \
    -in rahasia.enc -out rahasia-decrypt.txt

# Generate key dg password (lebih aman)
$ openssl genrsa -aes256 -out private-protected.pem 4096
Enter pass phrase: ********

Perbandingan Simetris vs Asimetris

Hash function adalah fungsi matematika satu arah (one-way) yang mengubah data ukuran berapa pun menjadi string dengan panjang tetap. Hash adalah "sidik jari digital" - unik untuk setiap data, tapi tidak bisa dibalik.

Definisi

Algoritma Hash Populer

Praktik: Hash di Command Line

Bash - Hash Commands
# Hash string dengan MD5
$ echo -n "hello" | md5sum
5d41402abc4b2a76b9719d911017c592  -

# Hash string dengan SHA-256
$ echo -n "hello" | sha256sum
2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824  -

# Hash file
$ sha256sum dokumen.pdf
a1b2c3d4e5f6...  dokumen.pdf

# Verifikasi hash (bandingkan dg file .sha256)
$ sha256sum -c checksums.sha256
dokumen.pdf: OK

# Avalanche effect - bandingkan hash "hello" dan "hello."
$ echo -n "hello"  | sha256sum
2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824

$ echo -n "hello." | sha256sum
c0535e4be2b79ffd93291305436bf889314e4a3faec05ecffcbb7df31ad9e51a
# Perhatikan: hanya tambah 1 karakter (titik), tapi hash BERBEDA TOTAL!

Hash untuk Password

JANGAN PERNAH menyimpan password plaintext atau hash sederhana (MD5/SHA) di database! Gunakan password hashing khusus:

Solusi: Password Hashing dengan Salt + Stretching

• Salt: random string ditambahkan ke password sebelum hash - mencegah rainbow table
• Stretching/Work factor: hash diulang ribuan kali - memperlambat brute force
• Memory-hard: butuh banyak RAM - mencegah GPU attack

Python - Password Hashing
# Install: pip install bcrypt
import bcrypt

# Hash password
password = b"MySecretPassword123!"
salt = bcrypt.gensalt(rounds=12)  # 2^12 = 4096 rounds
hashed = bcrypt.hashpw(password, salt)
print(f"Hash: {hashed}")
# Output: b'$2b$12$KIXfQvH...'

# Verifikasi password
bcrypt.checkpw(b"MySecretPassword123!", hashed)  # True
bcrypt.checkpw(b"WrongPassword", hashed)          # False

# Argon2 (lebih modern)
# pip install argon2-cffi
from argon2 import PasswordHasher
ph = PasswordHasher()
hash = ph.hash("MySecretPassword123!")
ph.verify(hash, "MySecretPassword123!")  # True

Kegunaan Hash Function

Digital signature (tanda tangan digital) adalah mekanisme kriptografi yang memberikan autentikasi (siapa pengirim), integritas (pesan tidak diubah), dan non-repudiation (pengirim tidak bisa menyangkal). Ini adalah padanan digital dari tanda tangan basah di dokumen fisik.

Cara Kerja

Digital signature menggunakan kriptografi asimetris secara terbalik:

• Menandatangani: pakai private key pengirim
• Memverifikasi: pakai public key pengirim

Langkah-langkah Detail

1. Alice membuat pesan M
2. Alice menghitung hash H(M) dengan SHA-256
3. Alice menandatangani: S = Sign(H(M), PrivateKeyAlice)
4. Alice mengirim (M, S) ke Bob
5. Bob menghitung hash H(M) dari pesan yang diterima
6. Bob memverifikasi: Verify(S, PublicKeyAlice) = H(M)?
7. Jika cocok: signature valid, pesan asli dari Alice, tidak diubah

Sertifikat Digital & CA

Masalah: bagaimana Bob yakin public key yang dia terima benar-benar milik Alice? Eve bisa saja mengirim public key-nya sendiri dan mengaku sebagai Alice. Solusinya: Certificate Authority (CA).

Praktik: Membuat Digital Signature dengan OpenSSL

Bash - Digital Signature
# 1. Generate key pair
$ openssl genrsa -out alice-private.pem 2048
$ openssl rsa -in alice-private.pem -pubout -out alice-public.pem

# 2. Alice membuat pesan
$ echo "Perjanjian rahasia antara Alice dan Bob" > pesan.txt

# 3. Alice hitung hash & tanda tangani
$ openssl dgst -sha256 -sign alice-private.pem \
    -out pesan.sig pesan.txt

# 4. Alice kirim (pesan.txt + pesan.sig + alice-public.pem) ke Bob

# 5. Bob verifikasi signature
$ openssl dgst -sha256 -verify alice-public.pem \
    -signature pesan.sig pesan.txt
Verified OK

# Jika pesan diubah, verifikasi gagal:
$ echo "Perjanjian DIUBAH" >> pesan.txt
$ openssl dgst -sha256 -verify alice-public.pem \
    -signature pesan.sig pesan.txt
Verification Failure

Penerapan Digital Signature

Enkripsi vs Digital Signature

Setelah memahami teori, saatnya melihat bagaimana kriptografi digunakan dalam teknologi sehari-hari. Anda mungkin tidak menyadarinya, tapi kriptografi bekerja di balik layar setiap detik saat Anda online.

1. HTTPS / TLS (Web Security)

HTTPS (HTTP over TLS) adalah fondasi keamanan web modern. Setiap website yang Anda kunjungi dengan https:// menggunakan kriptografi.

Kriptografi dalam TLS 1.3:

• Key exchange: ECDHE (Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral)
• Authentication: RSA atau ECDSA signature pada sertifikat
• Bulk encryption: AES-256-GCM atau ChaCha20-Poly1305
• Hash: SHA-256 atau SHA-384

Bash - Cek TLS di website
# Lihat detail TLS/SSL website
$ openssl s_client -connect abdurrozak.my.id:443 -tls1_3

# Output (simplified):
CONNECTED(00000003)
---
SSL handshake has read 4567 bytes and written 456 bytes
Verification: OK
---
New, TLSv1.3, Cipher is TLS_AES_256_GCM_SHA384
Server public key is 2048 bit
Secure Renegotiation IS NOT supported
---
Certificate chain
 0 s:CN = abdurrozak.my.id
   i:C = US, O = Let's Encrypt, CN = R3
---

# Cek sertifikat website
$ echo | openssl s_client -connect google.com:443 2>/dev/null | \
    openssl x509 -noout -text

2. End-to-End Encryption (Messaging)

WhatsApp, Signal, iMessage menggunakan Signal Protocol - protokol E2E paling aman saat ini.

3. Cryptocurrency (Bitcoin)

Bitcoin menggunakan tiga jenis kriptografi secara bersamaan:

• ECDSA (Elliptic Curve): untuk tanda tangan transaksi (otentikasi pemilik)
• SHA-256: untuk mining (proof-of-work) & alamat
• Merkle Tree: struktur data untuk verifikasi efisien

Python - Bitcoin Address Generation (Simplified)
# Install: pip install ecdsa base58
import hashlib
import ecdsa
import base58

# 1. Generate private key (random 256-bit)
private_key = ecdsa.SigningKey.generate(curve=ecdsa.SECP256k1)
print(f"Private Key: {private_key.to_string().hex()}")

# 2. Derive public key
public_key = private_key.get_verifying_key()
print(f"Public Key : {public_key.to_string().hex()}")

# 3. Bitcoin address = SHA256 + RIPEMD160 + Base58Check
sha256_hash = hashlib.sha256(public_key.to_string()).digest()
ripemd160 = hashlib.new('ripemd160')
ripemd160.update(sha256_hash)
address_hash = ripemd160.digest()

# Add version byte (0x00 for mainnet)
versioned = b'\x00' + address_hash

# Checksum (4 bytes of double SHA256)
checksum = hashlib.sha256(hashlib.sha256(versioned).digest()).digest()[:4]
bitcoin_address = base58.b58encode(versioned + checksum)

print(f"Bitcoin Address: {bitcoin_address.decode()}")
# Contoh output: 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa

4. PGP/GPG (Email Encryption)

PGP (Pretty Good Privacy) oleh Phil Zimmermann (1991) - sistem enkripsi email end-to-end. Menggunakan web of trust (bukan CA).

Bash - GPG Basic Usage
# Generate key pair
$ gpg --full-generate-key
# Pilih RSA 4096, masukkan nama & email, set passphrase

# List keys
$ gpg --list-keys
$ gpg --list-secret-keys

# Export public key (untuk dibagikan)
$ gpg --armor --export alice@example.com > alice-public.asc

# Import public key teman
$ gpg --import bob-public.asc

# Enkripsi file untuk Bob
$ gpg --encrypt --recipient bob@example.com rahasia.txt
# Output: rahasia.txt.gpg

# Dekripsi file (hanya Bob yang bisa)
$ gpg --decrypt rahasia.txt.gpg > rahasia.txt

# Tanda tangani file
$ gpg --sign --detach-sign dokumen.pdf
# Output: dokumen.pdf.sig

# Verifikasi signature
$ gpg --verify dokumen.pdf.sig dokumen.pdf

5. Password Manager

Password manager seperti Bitwarden, 1Password, KeePass menggunakan kriptografi untuk menyimpan password Anda dengan aman:

• Master password di-hash dengan PBKDF2/Argon2 (ribuan iterasi)
• Encryption key diturunkan dari master password
• Semua data dienkripsi dengan AES-256-GCM
• Zero-knowledge: provider tidak bisa baca data Anda

6. Disk Encryption

Full disk encryption melindungi seluruh isi hard drive:

• BitLocker (Windows) - AES-128/256
• FileVault (macOS) - AES-128/256
• LUKS (Linux) - AES, Serpent, Twofish

Bash - LUKS Disk Encryption (Linux)
# Format partition dg LUKS
$ sudo cryptsetup luksFormat /dev/sdb1
# WARNING! Data akan terhapus. Ketik YES untuk konfirmasi.

# Buka encrypted partition
$ sudo cryptsetup open /dev/sdb1 my-encrypted
Enter passphrase: ********

# Mount
$ sudo mkfs.ext4 /dev/mapper/my-encrypted
$ sudo mount /dev/mapper/my-encrypted /mnt/secure

# Tutup
$ sudo umount /mnt/secure
$ sudo cryptsetup close my-encrypted

# Cek status
$ sudo cryptsetup status my-encrypted
/dev/mapper/my-encrypted is active and is in use.
  type:    LUKS1
  cipher:  aes-xts-plain64
  key location: dm-crypt
  mode:    read/write

Ringkasan Penerapan

Praktik Komprehensif: Verifikasi File Download

Setiap kali Anda download software penting, VERIFIKASI HASH-nya:

Bash - Verifikasi File Download
# Contoh: download Ubuntu ISO
$ wget https://releases.ubuntu.com/24.04/ubuntu-24.04-desktop-amd64.iso

# Download file SHA256SUMS resmi
$ wget https://releases.ubuntu.com/24.04/SHA256SUMS

# Download signature file
$ wget https://releases.ubuntu.com/24.04/SHA256SUMS.gpg

# Import kunci GPG Ubuntu
$ gpg --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys \
    843938DF228D22F7B3742BC0D94AA3F0AFE21DFA

# Verifikasi signature file SHA256SUMS
$ gpg --verify SHA256SUMS.gpg SHA256SUMS
gpg: Good signature from "Ubuntu CD Image Automatic Signing Key"

# Verifikasi hash ISO
$ sha256sum -c SHA256SUMS 2>&1 | grep ubuntu
ubuntu-24.04-desktop-amd64.iso: OK

# Jika OK, file asli dan tidak dimodifikasi!

Masa Depan: Post-Quantum Cryptography

Uji pemahaman Anda tentang Bab 06! Target minimal: 70% untuk melanjutkan ke Bab 07.