Cipher Transposisi - Columnar dan Rail Fence

Back to IF4020 Kriptografi

Cipher Transposisi - Columnar dan Rail Fence

Questions/Cues

• Apa yang dilakukan cipher transposisi terhadap plainteks?
• Mengapa disebut juga cipher permutasi?
• Bagaimana enkripsi dan dekripsi Columnar Transposition Cipher?
• Bagaimana kata kunci mengatur urutan pembacaan kolom?
• Bagaimana cara kerja Rail Fence Cipher?
• Apa itu super-enkripsi (product cipher)?

Reference Points

• IF4020 Kriptografi — Kriptografi Klasik Bagian 1 (Slides 31-41)

Konsep Cipher Transposisi

Cipher transposisi memperoleh cipherteks dengan mengubah posisi huruf di dalam plainteks — melakukan transpose terhadap rangkaian huruf. Disebut juga cipher permutasi, karena men-transpose karakter sama dengan mempermutasikannya. Huruf-hurufnya tidak diganti, hanya diacak urutannya.

Contoh cipher transposisi: Columnar Transposition dan Rail Fence.

Columnar Transposition Cipher

Enkripsi — tulis plainteks (spasi dibuang) baris demi baris ke dalam matriks selebar panjang kunci, lalu baca kolom per kolom secara vertikal.

Plainteks sistem dan teknologi informasi itb, panjang kunci = 6:

s i s t e m
d a n t e k
n o l o g i
i n f o r m
a s i i t b

Baca vertikal: SDNIA IAONS NLFIT TOOI EEGR TMKI MB → cipherteks SDNIAIAONSSNLFITTOOIEEGRTMKIMB.

Dekripsi — bagi panjang cipherteks dengan panjang kunci ($30/6=5$ kolom). Tulis cipherteks vertikal sepanjang 5 kolom, lalu baca horizontal untuk memperoleh plainteks kembali.

flowchart LR
    P["Plainteks<br/>(buang spasi)"] --> G["Tulis baris demi baris<br/>ke matriks selebar |kunci|"]
    G --> R["Baca kolom per kolom<br/>(vertikal)"]
    R --> C["Cipherteks"]
    C --> G2["Tulis vertikal<br/>(panjang C / |kunci| baris)"]
    G2 --> R2["Baca horizontal"]
    R2 --> P2["Plainteks"]

Columnar dengan Kata Kunci

Untuk enkripsi lebih kompleks, gunakan kata kunci sepanjang $n$ dengan huruf berbeda. Urutan alfabetis huruf kunci menentukan urutan pembacaan kolom.

Kata kunci TOMBAK → urutan alfabetis huruf: T O M B A K = 6 5 4 2 1 3. Kolom dibaca sesuai urutan angka tersebut (kolom ber-label 1 dulu, yaitu di bawah A, lalu 2 di bawah B, dst).

Plainteks sistem dan teknologi informasi itb dengan kata kunci TOMBAK → cipherteks EEGRTTTOOIMKIMBSNLFIIAONSSDNIA.

Rail Fence Transposition Cipher

Plainteks ditulis zig-zag pada beberapa “rel” (baris), lalu dibaca baris demi baris.

Plainteks CRYPTOGRAPHY AND DATA SECURITY, $k=3$ baris:

C . . . T . . . A . . . A . . . A . . . E . . . I .
. R . P . O . R . P . Y . N . D . T . S . C . R . T . Y . G . H . D . A . U . Y
. . Y . . . G . . . H . . . D . . . A . . . U . . . Y

Cipherteks (baca baris per baris): CTAAAEIRPORPYNDTSCRTYGHDAUY. Kita juga bebas mendefinisikan aturan transposisi sendiri, mis. membagi plainteks jadi blok 8-huruf lalu mempermutasi tiap blok dengan pola tetap (tambahkan huruf dummy bila blok < 8).

Super-Enkripsi (Product Cipher)

Super-enkripsi menggabungkan cipher substitusi + cipher transposisi, disebut juga product cipher. Pesan mula-mula dienkripsi dengan cipher substitusi, hasilnya dienkripsi lagi dengan cipher transposisi (atau sebaliknya).

Contoh: plainteks hello world

1. Caesar cipher ($k=3$) → KHOOR ZRUOG.
2. Cipher transposisi ($k=4$):

   K H O O
   R Z R U
   O G Z Z
   

   baca vertikal → cipherteks akhir KROHZGORZOUZ.

Cipher modern (DES, AES) memakai konsep kombinasi substitusi + transposisi ini, tetapi operasinya dibuat sekompleks mungkin dan diulang berkali-kali (rounds).

Summary

Cipher transposisi (= cipher permutasi) tidak mengganti huruf, hanya mengacak posisinya. Columnar Transposition menulis plainteks baris demi baris ke matriks selebar panjang kunci lalu membacanya kolom per kolom; dekripsi membalik prosesnya setelah menghitung jumlah baris = $|C|/|kunci|$. Dengan kata kunci, urutan alfabetis hurufnya menentukan urutan pembacaan kolom. Rail Fence menulis plainteks zig-zag pada $k$ rel lalu membaca baris demi baris. Menggabungkan cipher substitusi dan transposisi menghasilkan product cipher / super-enkripsi — prinsip yang diwarisi cipher blok modern lewat jaringan substitusi–permutasi berlapis. Analisis kelemahan cipher substitusi tunggal ada di Cipher Abjad-Tunggal dan Analisis Frekuensi.

Additional Information

Implementasi Columnar dalam Python

Enkripsi tanpa kata kunci sederhana: buat ciphertext = [''] * k; untuk tiap kolom di range(k), ambil karakter plaintext[kolom], plaintext[kolom+k], plaintext[kolom+2k], ... lalu gabungkan. Dekripsi lebih rumit karena kolom terakhir bisa lebih pendek — hitung jumlah_baris = ceil(len(ciphertext)/k) dan jumlah_sel_kosong = jumlah_baris*k - len(ciphertext), lalu isi baris demi baris dengan memperhatikan sel kosong di baris terakhir.

Kriptanalisis Cipher Transposisi

Cipher transposisi tidak mengubah frekuensi huruf — histogram cipherteks identik dengan plainteks, sehingga analisis frekuensi huruf tunggal langsung menunjukkan “ini transposisi, bukan substitusi”. Serangannya: coba semua panjang kunci yang wajar, lalu untuk tiap kandidat susun ulang dan uji dengan frekuensi bigram/trigram (anagram) — kolom yang berdampingan menghasilkan pasangan huruf yang lazim dalam bahasa target.

Proyek Eksplorasi Mandiri

1. Implementasikan columnar transposition dengan kata kunci, lalu tunjukkan bahwa scytale (dari Sejarah Kriptografi) adalah kasus khusus columnar tanpa permutasi kolom.
2. Bangun pemecah rail-fence otomatis: coba $k=2\dots 10$, skor tiap hasil dengan frekuensi trigram bahasa Indonesia.

Bacaan Lanjutan

• William Stallings, Cryptography and Network Security, Bab 3.3 (Transposition Techniques).
• Demo online: dcode.fr/columnar-transposition-cipher.