Serangan Berdasarkan Informasi yang Dimiliki

Back to IF4020 Kriptografi

Serangan Berdasarkan Informasi yang Dimiliki

Questions/Cues

• Apa itu serangan terhadap kriptografi dan apa yang diasumsikan diketahui penyerang?
• Apa lima jenis serangan berdasarkan informasi yang tersedia?
• Mengapa ciphertext-only attack paling sulit dan chosen-ciphertext paling “kuat”?
• Bagaimana Caesar dan Vigenère jatuh oleh tiap model serangan?
• Kapan algoritma disebut aman secara komputasi (computationally secure)?

Reference Points

• IF4020 Kriptografi — Serangan pada Kriptografi (Slides 1-21)

Pendahuluan dan Definisi Serangan

Inti kriptografi adalah menjaga kerahasiaan pesan atau kunci dari pihak ketiga: musuh, lawan, penyadap, kriptanalis. Lawan berusaha memecahkan cipherteks dengan menyerang sistem kriptografi. Tujuannya: mengungkap plainteks dari cipherteks, atau mendapatkan kunci dekripsi agar bisa mendekripsi potongan cipherteks lain.

Serangan (attack) adalah setiap usaha atau percobaan penyerang untuk menemukan kunci atau plainteks dari cipherteksnya. Asumsinya: penyerang mengetahui algoritma yang dipakai. Ini Prinsip Kerckhoffs: semua algoritma harus publik, hanya kunci yang rahasia (Terminologi Dasar Kriptografi). Jadi keamanan sistem terletak pada kunci.

Lima Jenis Serangan Berdasarkan Informasi

#	Serangan	Yang dimiliki/dikuasai penyerang
1	Ciphertext-only	hanya cipherteks
2	Known-plaintext	pasangan (plainteks, cipherteks) tertentu
3	Chosen-plaintext	bisa memilih plainteks lalu mendapat cipherteksnya
4	Adaptive-chosen-plaintext	memilih plainteks bertahap berdasarkan hasil sebelumnya
5	Chosen-ciphertext	bisa memilih cipherteks lalu mendapat plainteksnya (oracle dekripsi)

flowchart LR
    A["Ciphertext-only<br/>(paling sulit)"] --> B["Known-plaintext"]
    B --> C["Chosen-plaintext"]
    C --> D["Adaptive<br/>chosen-plaintext"]
    B --> E["Chosen-ciphertext"]
    A -. "informasi &amp; kendali penyerang bertambah" .-> D

1. Ciphertext-Only Attack

Kriptanalis hanya punya cipherteks. Ini serangan paling sulit karena informasinya paling sedikit. Teknik: exhaustive key search, terkaan, analisis frekuensi, dan sebagainya.

Diberikan $C_i=E_k(P_i)$ untuk beberapa $i$; deduksi $P_1,\dots ,P_i$ atau $k$ untuk mendapatkan $P_{i+1}$ dari $C_{i+1}$.

Contoh Caesar: penyerang hanya punya KHOORZRUOG. Karena hanya ada 25 pergeseran, ia mencoba semuanya (brute force); pergeseran 3 ke kiri menghasilkan HELLOWORLD, kunci dan pesan terungkap.

2. Known-Plaintext Attack

Diberikan pasangan $P_i$ dan $C_i=E_k(P_i)$; deduksi $k$ untuk mendapatkan $P_{i+1}$ dari $C_{i+1}$. Sering terjadi karena sebagian isi pesan bisa ditebak, khususnya pesan berformat terstruktur:

• From dan To pada email, salam pembuka Dengan hormat dan penutup wassalam pada surat resmi.
• #include dan kata kunci program pada source code, header file, protokol standar.

Dengan pasangan itu, kunci dapat dicari (lihat Playfair dan Affine Cipher dan Hill Cipher dan Enigma Cipher: $K=C{P}^{-1}$). Contoh Caesar: cipherteks KHOOR ZRUOG dan diketahui plainteks memuat HELLO; pasangan $H\to K$ memberi pergeseran $k=3$, lalu seluruh cipherteks didekripsi.

3. Chosen-Plaintext Attack

Kriptanalis memilih plainteks sesuka hati (yang paling mengarahkan penemuan kunci), mengirimkannya ke sistem enkripsi, dan mengamati cipherteks. Asumsi: penyerang punya akses ke sistem enkripsi.

• Caesar: pilih AAAAA; keluar FFFFF, jadi $A\to F$ dan pergeseran = 5.
• Vigenère: pilih $P=\text{AAAA}\dots =000\dots$; karena $C=(P+K)\mathrm{mod}26$, maka $C=K$. Cipherteks yang keluar adalah kuncinya.
• Ilustrasi ATM: kriptanalis ke-1 mengubah PIN dan memasukkannya ke ATM; ATM mengenkripsi PIN dengan kunci $k$ dan mengirim cipherteks ke bank; kriptanalis ke-2 menyadap cipherteks itu dan mempelajarinya untuk menyimpulkan $k$.

4. Adaptive-Chosen-Plaintext Attack

Variasi chosen-plaintext: penyerang tidak hanya memilih plainteks, tetapi menyesuaikan plainteks berikutnya berdasarkan cipherteks query sebelumnya. Ia “belajar” bertahap, memilih plainteks yang lebih cerdas.

• Caesar: kirim A dan dapat F (dugaan pergeseran 5); untuk memastikan kirim B dan dapat G. Pola konsisten, kunci pasti 5.
• Vigenère: kirim AAAA (dapat $C=K$), lalu BBBB (1111) untuk memverifikasi hasil dengan $K$ yang sama.

5. Chosen-Ciphertext Attack

Penyerang memilih cipherteks dan mendekripsinya dengan sebuah oracle dekripsi, lalu memakai hasilnya untuk memecahkan cipher atau mencari kunci: $C_i$, $P_i=D_k(C_i)$. Deduksi $k$ (yang mungkin diperlukan untuk mendekripsi pesan di masa depan).

Contoh Caesar: penyerang memilih cipherteks A, dekripsi menghasilkan X; jadi pergeseran $k=3$.

Aman Secara Komputasi

Berbeda dengan OTP yang aman secara informasi-teoretis (One-Time Pad dan Perfect Secrecy), algoritma dikatakan computationally secure bila memenuhi tiga kriteria:

1. Persamaan matematika operasinya sangat kompleks sehingga tidak mungkin dipecahkan secara analitik.
2. Biaya memecahkan cipherteks melampaui nilai informasi yang dikandungnya.
3. Waktu memecahkan cipherteks melampaui lamanya informasi itu harus dirahasiakan.

Summary

Serangan adalah usaha lawan menemukan kunci atau plainteks, dengan asumsi ia mengetahui algoritma (Kerckhoffs), sehingga keamanan bertumpu pada kunci. Berdasarkan informasi yang dimiliki ada lima model: ciphertext-only (paling sulit; brute force, frekuensi), known-plaintext (pasangan P-C, sering karena format pesan bisa ditebak), chosen-plaintext (memilih $P$, mis. AAAA pada Vigenère menghasilkan $C=K$), adaptive-chosen-plaintext (memilih $P$ bertahap sesuai hasil sebelumnya), dan chosen-ciphertext (memilih $C$ untuk didekripsi oracle). Cipher klasik seperti Caesar jatuh oleh semuanya. Sistem disebut computationally secure bila mustahil dipecahkan secara analitik, dan biaya serta waktu pemecahannya melampaui nilai dan masa rahasia informasi. Klasifikasi lain berdasarkan tujuan penyerang ada di Serangan Berdasarkan Tujuan Penyerang.

Additional Information

Model Serangan dan Definisi Keamanan Modern

Definisi keamanan cipher modern dirumuskan lewat model ini: IND-CPA (penyerang chosen-plaintext tak bisa membedakan enkripsi dua pesan pilihannya) dan IND-CCA2 (sama, tetapi dengan akses oracle dekripsi adaptif). AES-GCM dan RSA-OAEP dirancang mencapai IND-CCA2. Chosen-ciphertext bukan teori semata: padding oracle attack dan Bleichenbacher attack pada RSA PKCS#1 v1.5 memakai oracle dekripsi nyata (pesan galat server) untuk memulihkan plainteks.

Chosen-Plaintext di Dunia Nyata

Serangan BEAST dan CRIME/BREACH pada TLS adalah chosen-plaintext: skrip penyerang di browser korban menyuntikkan plainteks pilihan ke dalam request terenkripsi dan mengamati panjang/isi cipherteks. Perang Dunia II juga mencatat “gardening”: Sekutu memancing Jerman mengenkripsi teks yang bisa ditebak (mis. menanam ranjau di lokasi tertentu agar dilaporkan) sebagai crib untuk Enigma.

Proyek Eksplorasi Mandiri

1. Buat oracle enkripsi Vigenère (kunci tersembunyi) dan tulis penyerang chosen-plaintext yang memulihkan kunci dengan satu query AAAA...; lalu ubah oracle menjadi cipher Hill 2x2 dan tunjukkan berapa query minimal yang dibutuhkan.
2. Klasifikasikan 10 serangan terkenal (mis. Bleichenbacher, BEAST, meet-in-the-middle) ke kelima model di atas.

Bacaan Lanjutan

• William Stallings, Cryptography and Network Security, Bab 1 dan 2 (Overview, model serangan).
• Hackers-Arise, Cryptography Basics Part 2: Attack Models for Cryptanalysis.
• Jonathan Katz & Yehuda Lindell, Introduction to Modern Cryptography, Bab 3 (CPA, CCA security).