Algoritma Kriptografi

Back to IF4020 Kriptografi

Algoritma Kriptografi

Questions/Cues

• Apa tiga jenis algoritma kriptografi?
• Bagaimana cara kerja kriptografi simetri dan apa masalah utamanya?
• Apa itu kriptografi nir-simetri (kunci publik) dan sejak kapan ada?
• Kunci mana yang publik dan mana yang privat pada asymmetric?
• Apa itu fungsi hash dan mengapa ia irreversible?
• Kapan tiap jenis dipakai?

Reference Points

• IF4020 Kriptografi — Pengantar Kriptografi (Slides 58-63)

Tiga Jenis Algoritma Kriptografi

Algoritma kriptografi dibagi menjadi tiga: simetri, nir-simetri (kunci publik), dan fungsi hash.

flowchart TD
    K["Algoritma Kriptografi"]
    K --> S["Simetri<br/>1 kunci rahasia bersama"]
    K --> A["Nir-simetri<br/>kunci publik + kunci privat"]
    K --> H["Fungsi Hash<br/>tanpa kunci, irreversible"]
    S --> S1["DES, AES, Blowfish, RC4, 3DES, IDEA"]
    A --> A1["RSA, ElGamal, DSA, Diffie-Hellman, ECC"]
    H --> H1["MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-3 (Keccak), RIPEMD"]

Kriptografi Simetri (Symmetric-key)

• Kunci enkripsi = kunci dekripsi, dan harus dijaga privat / rahasia (secret / shared secret).
• Notasi: E_K(P) = C dan D_K(C) = P dengan K yang sama.
• Sudah ada sejak ribuan tahun lalu hingga tahun 1976 (saat itu satu-satunya jenis kriptografi).
• Contoh: DES, AES, Serpent, Blowfish, Loki, MARS, RC6, Twofish, 3-DES, IDEA, FEAL, RC4, SEAL, Panama.

Masalah utama: distribusi kunci. Alice dan Bob harus lebih dahulu menyepakati kunci rahasia yang sama lewat saluran aman — padahal justru saluran aman itulah yang belum mereka punya. Selain itu jumlah kunci membengkak: n pihak yang saling berkomunikasi butuh n(n-1)/2 kunci.

Kriptografi Nir-Simetri (Asymmetric-key / Public-key)

• Kunci enkripsi ≠ kunci dekripsi (K1 ≠ K2).
• Kunci enkripsi → tidak rahasia (public key); kunci dekripsi → rahasia (private key).
• Notasi: E_{K1}(P) = C dan D_{K2}(C) = P.
• Mulai ditemukan sejak tahun 1976. Nama lain: kriptografi kunci publik (public-key cryptography).
• Contoh: RSA (Rivest-Shamir-Adleman), ElGamal, DSA, Diffie-Hellman, Merkle Knapsack, Rabin, EPOC, McEliece, XTR, ECC (Elliptic Curve Cryptography).

Karena kunci enkripsi boleh publik, siapa pun bisa mengirim pesan terenkripsi kepada Bob, tetapi hanya Bob (pemegang private key) yang bisa mendekripsinya. Ini menyelesaikan masalah distribusi kunci pada skema simetri. Bila urutan kunci dibalik (enkripsi dengan private key), skema ini menjadi dasar tanda tangan digital.

Fungsi Hash

• Mengkompresi pesan berukuran sembarang menjadi message-digest berukuran tetap (fixed).
• Irreversible — tidak bisa dikembalikan menjadi pesan semula.
• Tidak memakai kunci.
• Contoh: MD5, SHA-1, SHA-2, Keccak (SHA-3), RIPEMD, WHIRLPOOL.

Kegunaan: memeriksa integritas pesan. Perubahan sekecil apa pun pada masukan menghasilkan nilai hash yang sangat berbeda, sehingga penerima dapat mendeteksi bila pesan telah diubah. Contoh slide: "Halo" → a6df57fb6fe377d80b4a257b4a92cba…, nomor telepon 08122113451 → 09c88f0b91d74b292e6f89587ab63921.

Ringkasan Perbandingan

Aspek	Simetri	Nir-simetri	Fungsi hash
Jumlah kunci	1 (bersama, rahasia)	2 (publik + privat)	0
Sejak	ribuan tahun lalu – 1976	1976	modern
Reversibel	ya (dengan kunci)	ya (dengan private key)	tidak
Kegunaan pokok	kerahasiaan, cepat	distribusi kunci, tanda tangan	integritas
Kecepatan	cepat	lambat	cepat

Summary

Ada tiga jenis algoritma kriptografi. Simetri memakai satu kunci rahasia yang sama untuk enkripsi dan dekripsi (E_K(P)=C, D_K(C)=P) — cepat, tetapi menghadapi masalah distribusi kunci dan pembengkakan jumlah kunci; contohnya DES, AES, RC4. Nir-simetri / kunci publik (sejak 1976) memakai pasangan kunci: kunci enkripsi publik, kunci dekripsi privat — menyelesaikan distribusi kunci dan mendasari tanda tangan digital; contohnya RSA, ElGamal, Diffie-Hellman, ECC. Fungsi hash memampatkan pesan sembarang menjadi message-digest tetap yang irreversible dan tanpa kunci, dipakai untuk memeriksa integritas; contohnya MD5, SHA-3. Dalam praktik ketiganya dikombinasikan, dan miskonsepsi seputar pemilihannya dibahas di Ekosistem, Tantangan Masa Depan, dan Miskonsepsi.

Additional Information

Hybrid Cryptosystem

Sistem nyata (TLS, PGP, Signal) memakai hybrid: kriptografi kunci publik hanya untuk menukar kunci sesi yang kecil, lalu seluruh data besar dienkripsi dengan cipher simetri yang jauh lebih cepat. Ini menggabungkan keunggulan keduanya — distribusi kunci mudah, throughput tinggi.

Properti Fungsi Hash Kriptografis

Hash yang layak kripto harus punya: preimage resistance (sulit mencari pesan dari digest), second-preimage resistance (sulit mencari pesan lain dengan digest sama), dan collision resistance (sulit mencari dua pesan berbeda berdigest sama). MD5 dan SHA-1 sudah patah untuk collision resistance — gunakan SHA-256 atau SHA-3.

Kapan Pakai yang Mana

• Enkripsi file besar / lalu lintas jaringan → simetri (AES-GCM).
• Menukar kunci atau mengirim pesan ke penerima yang belum berbagi kunci → kunci publik (RSA-OAEP, ECDH).
• Menjamin integritas / menyimpan password (dengan salt + KDF) / checksum → fungsi hash (SHA-256, Argon2).

Proyek Eksplorasi Mandiri

1. Ukur throughput AES vs RSA untuk mengenkripsi file 100 MB, lalu jelaskan mengapa sistem nyata memilih pendekatan hybrid.
2. Demonstrasikan efek avalanche: ubah satu bit pada masukan SHA-256 dan hitung berapa bit digest yang berubah.

Bacaan Lanjutan

• W. Diffie & M. Hellman, “New Directions in Cryptography”, IEEE Trans. Information Theory, 1976.
• Handbook of Applied Cryptography, Bab 7 (simetri), Bab 8 (kunci publik), Bab 9 (fungsi hash).