GOST, RC5, RC6, dan Cipher Blok Lainnya

Back to IF4020 Kriptografi

GOST, RC5, RC6, dan Cipher Blok Lainnya
Questions/Cues

Apa itu GOST (Magma) dan apa bedanya dengan DES?

Bagaimana key schedule dan fungsi $f$ GOST bekerja?

Apa yang khas dari RC5 (parameter variabel, operasi rotasi bergantung data)?

Bagaimana RC6 memperluas RC5?

Apa ciri Blowfish, Serpent, Twofish, dan MARS?

Cipher simetri mana yang direkomendasikan?

Reference Points

IF4020 Kriptografi — Review Beberapa Block Cipher, Bagian 3: GOST, RC5, RC6, Serpent, dll (Slides 2-37)
Legenda warna diagram dan tabel:

■ Ungu: kotak-S / operasi non-linier (confusion)

■ Teal: rotasi / pergeseran (diffusion)

■ Oranye: XOR (⊕) dan penjumlahan modular (⊞)

■ Abu-abu putus-putus: kunci dan kunci putaran

■ Biru: struktur Feistel

■ Hijau: keluaran / pilihan yang direkomendasikan

■ Merah: tidak aman / tidak disarankan

GOST (Magma)

GOST = Gosudarstvenny Standard (“standar pemerintah”), tercantum dalam GOST 28147-89 (RFC 5830). Cipher blok standar Uni Soviet, dikembangkan 1970 tetapi baru dirilis publik 1990 setelah Uni Soviet bubar; dibuat sebagai alternatif DES. Pada standar baru GOST R 34.12-2015 (RFC 7801, 8891) cipher ini bernama Magma; standar itu juga menetapkan cipher blok 128-bit Kuznyechik. Struktur mirip DES: jaringan Feistel.

Blok 64 bit, kunci 256 bit, 32 putaran.

Hanya ada 8 kunci putaran ( $K_{1} \dots K_{8}$ , tiap 32 bit, hasil membagi kunci 256 bit menjadi 8 bagian); penjadwalan pada 32 putaran: $K_{1} .. K_{8}$ tiga kali (putaran 1-24), lalu $K_{8} .. K_{1}$ terbalik (putaran 25-32). Contoh kunci abcdefghijklmnopqrstuvwxyz123456: $K_{1}$ = abcd, $K_{2}$ = efgh, …, $K_{8}$ = 3456.

Putaran 1 2 3 4 5 6 7 8
1-8 $K_{1}$ $K_{2}$ $K_{3}$ $K_{4}$ $K_{5}$ $K_{6}$ $K_{7}$ $K_{8}$
9-16 $K_{1}$ $K_{2}$ $K_{3}$ $K_{4}$ $K_{5}$ $K_{6}$ $K_{7}$ $K_{8}$
17-24 $K_{1}$ $K_{2}$ $K_{3}$ $K_{4}$ $K_{5}$ $K_{6}$ $K_{7}$ $K_{8}$
25-32 $K_{8}$ $K_{7}$ $K_{6}$ $K_{5}$ $K_{4}$ $K_{3}$ $K_{2}$ $K_{1}$

Baris teal: delapan putaran terakhir memakai kunci terbalik. Tidak ada komputasi key schedule sama sekali, hanya pemotongan dan pengurutan.

Satu putaran: $L_{i} = R_{i - 1}$ , $R_{i} = L_{i - 1} \oplus f (R_{i - 1}, K_{i})$ . Fungsi $f$ :

Penjumlahan modulo $2^{32}$ : $R_{i - 1} + K_{i}$ (32 bit).

Substitusi: dibagi 8 bagian 4 bit, masing-masing ke kotak-S (8 kotak, tiap kotak permutasi 0..15; 4 bit masuk, 4 bit keluar). Contoh S1: masukan 0010 (2) $\to$ elemen ke-2 = 9 = 1001.

Geser sirkuler kiri 11 bit hasil gabungan 32 bit, lalu XOR dengan $L_{i - 1}$ .
flowchart TD
 R["R(i-1) 32 bit"] --> ADD(("⊞ mod 2³²"))
 KI["Ki (32 bit)"] -.-> ADD
 ADD --> SB["8 kotak-S 4 → 4 bit"]
 SB --> ROT["⋘ 11"]
 ROT --> X(("⊕"))
 L["L(i-1)"] --> X
 X --> RI["Ri"]
 R --> LI["Li = R(i-1)"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef key fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef rnd fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef sub fill:#efe7fb,stroke:#8a4fd6,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef perm fill:#dcf1f3,stroke:#1f8fa3,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef xor fill:#fbeadb,stroke:#d9731a,stroke-width:2px,color:#b4570f
 classDef out fill:#dff3e8,stroke:#2f9e63,stroke-width:2px,color:#15202e
 class R,L plain
 class ADD,X xor
 class KI key
 class SB sub
 class ROT perm
 class RI,LI out
 linkStyle 7 stroke:#4f6bed,stroke-width:2.5px
Bandingkan dengan fungsi $f$ DES (DES dan Triple DES): tidak ada ekspansi, kunci dicampur dengan penjumlahan (bukan XOR), dan P-box diganti satu rotasi 11 bit. Garis biru: jalur silang Feistel.

Dekripsi kebalikan enkripsi (Feistel dari “bawah” ke “atas”).

Perbedaan GOST vs DES:

Aspek DES GOST
Kunci 56 bit 256 bit (brute force jauh lebih sukar)
Putaran 16 32
Kotak-S $6 \to 4$ bit $4 \to 4$ bit
Key schedule rumit sederhana
Permutasi tak teratur (P-box) geser sirkuler 11 bit

RC5

Dibuat Ronald Rivest (1994), RSA Laboratories; RC6 (finalis AES) dikembangkan darinya. Khas: ukuran blok, panjang kunci, dan jumlah putaran semuanya variabel.

Parameter Simbol Nilai
Ukuran word (blok = 2 word) $w$ 16, 32, 64 bit
Jumlah putaran $r$ 0..255
Panjang kunci (byte) $b$ 0..255 (0 sampai 2040 bit)

Kunci putaran: $t = 2 r + 2$ word $S [0.. t - 1]$ . Kunci $K$ disalin ke larik $L$ ( $c$ word), lalu $S$ diinisialisasi dengan konstanta dari $e$ dan $ϕ$ (rasio emas):

$S [0] = P_{w}, S [i] = S [i - 1] + Q_{w} (P_{32} = B7E15163, Q_{32} = 9E3779B9)$

$P_{w} = O dd [(e - 2) 2^{w}]$ , $Q_{w} = O dd [(ϕ - 1) 2^{w}]$ . Akhirnya $L$ dan $S$ dicampur sebanyak $3 max (r, c)$ iterasi (penjumlahan, rotasi 3, rotasi bergantung $X + Y$ ).

Enkripsi (blok 64 bit, $A$ dan $B$ masing-masing 32 bit):

$A \leftarrow A + S [0], B \leftarrow B + S [1]$ $untuk i = 1.. r : A \leftarrow ((A \oplus B) ⋘ B) + S [2 i], B \leftarrow ((B \oplus A) ⋘ A) + S [2 i + 1]$

Cipherteks = gabungan $A$ dan $B$ . Kekhasan: rotasi bergantung data ( $⋘ B$ , $⋘ A$ ).
flowchart TD
 A["A"] --> X1(("⊕"))
 B["B"] --> X1
 X1 --> R1["⋘ B"]
 B -. jumlah rotasi .-> R1
 R1 --> P1(("⊞"))
 S1["S[2i]"] -.-> P1
 P1 --> A2["A baru"]
 B --> X2(("⊕"))
 A2 --> X2
 X2 --> R2["⋘ A"]
 A2 -. jumlah rotasi .-> R2
 R2 --> P2(("⊞"))
 S2["S[2i+1]"] -.-> P2
 P2 --> B2["B baru"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef key fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef rnd fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef sub fill:#efe7fb,stroke:#8a4fd6,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef perm fill:#dcf1f3,stroke:#1f8fa3,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef xor fill:#fbeadb,stroke:#d9731a,stroke-width:2px,color:#b4570f
 classDef out fill:#dff3e8,stroke:#2f9e63,stroke-width:2px,color:#15202e
 class A,B plain
 class X1,X2,P1,P2 xor
 class R1,R2 perm
 class S1,S2 key
 class A2,B2 out
 linkStyle 3,10 stroke:#d6454f,stroke-width:2.5px,stroke-dasharray:4 3
Hanya tiga operasi: ⊕, ⊞, dan ⋘ (teal). Garis merah putus-putus: besar rotasi diambil dari data ( $l g w$ bit terendah dari $B$ atau $A$ ), bukan konstanta. Itulah sumber non-linieritas RC5, karena tidak ada S-box.

RC6

Dibuat Rivest, Robshaw, Sidney, dan Yin (RSA Labs, 1998) untuk kompetisi AES. Pengembangan RC5: blok 128 bit (4 register $A, B, C, D$ berukuran $w$ bit), kunci 128, 192, 256 hingga 2040 bit, key schedule identik dengan RC5. Operasi: XOR, penjumlahan, rotasi, plus perkalian. Dapat dipandang sebagai dua RC5 paralel. Fungsi $f (x) = x (2 x + 1)$ .
B = B + S[0]; D = D + S[1]
for i = 1 to r:
 t = (B * (2B + 1)) <<< lg w
 u = (D * (2D + 1)) <<< lg w
 A = ((A xor t) <<< u) + S[2i]
 C = ((C xor u) <<< t) + S[2i + 1]
 (A, B, C, D) = (B, C, D, A)
A = A + S[2r + 2]; C = C + S[2r + 3]
flowchart TD
 B["B"] --> FB["f(B) = B(2B+1) ⋘ lg w"] --> T["t"]
 D["D"] --> FD["f(D) = D(2D+1) ⋘ lg w"] --> U["u"]
 A["A"] --> XA(("⊕ t")) --> RA["⋘ u"] --> PA(("⊞ S[2i]")) --> AN["A'"]
 C["C"] --> XC(("⊕ u")) --> RC["⋘ t"] --> PC(("⊞ S[2i+1]")) --> CN["C'"]
 T -.-> XA
 U -.-> XC
 U -.-> RA
 T -.-> RC
 AN --> SW["(A,B,C,D) ← (B,C,D,A)"]
 CN --> SW
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef key fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef rnd fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef sub fill:#efe7fb,stroke:#8a4fd6,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef perm fill:#dcf1f3,stroke:#1f8fa3,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef xor fill:#fbeadb,stroke:#d9731a,stroke-width:2px,color:#b4570f
 classDef out fill:#dff3e8,stroke:#2f9e63,stroke-width:2px,color:#15202e
 class A,B,C,D,T,U plain
 class FB,FD sub
 class XA,XC,PA,PC xor
 class RA,RC perm
 class AN,CN out
 class SW rnd
Dua jalur RC5 berdampingan: $(A, B)$ dan $(C, D)$ , tetapi rotasinya disilangkan ( $A$ dirotasi oleh $u$ dari $D$ , $C$ oleh $t$ dari $B$ ). Perkalian $x (2 x + 1)$ (ungu) menggantikan S-box sebagai sumber non-linieritas.

Dekripsi membalik langkah (pengurangan, rotasi kanan). Rotasi memakai $l g w$ bit terendah dari operan.

Cipher Blok Lainnya

Cipher Perancang Blok Kunci Putaran Catatan
Blowfish Bruce Schneier (1993) 64 bit 32-448 bit 16 4 S-box, substitusi-permutasi
Serpent Anderson, Biham, Knudsen 128 bit 128/192/256 32 finalis AES, 8 S-box; IP awal, linear transformation
Twofish Bruce Schneier 128 bit s.d. 256 16 finalis AES; penerus Blowfish; 5 S-box
MARS IBM 128 bit 128-448 (langkah 32) 32 finalis AES; forward mixing, backward mixing

Pengelompokan menurut struktur:
flowchart LR
 CB["Cipher blok"] --> FE["Feistel (separuh blok per putaran)"]
 CB --> SPN["SPN (seluruh blok per putaran)"]
 FE --> F1["DES, 3DES"]
 FE --> F2["GOST / Magma"]
 FE --> F3["Blowfish, Twofish"]
 FE --> F4["RC5, RC6, MARS (varian Feistel)"]
 SPN --> S1["AES / Rijndael"]
 SPN --> S2["Serpent"]
 SPN --> S3["Kuznyechik"]
 classDef root fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef fei fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef spn fill:#efe7fb,stroke:#8a4fd6,stroke-width:2px,color:#15202e
 class CB root
 class FE,F1,F2,F3,F4 fei
 class SPN,S1,S2,S3 spn
■ Biru = Feistel (dekripsi = enkripsi dengan kunci terbalik), ■ ungu = SPN (dekripsi butuh lapisan invers).

Rekomendasi Cipher Simetri (ringkasan slide)

Cipher Pembuat Panjang kunci Keterangan
Blowfish Schneier 1-448 bit old and slow
DES IBM 56 bit too weak to use now
IDEA Massey dan Xuejia 128 bit good, but patented
RC4 Rivest 1-2048 bit caution: some keys are weak
RC5 Rivest 128-256 bit good, but patented
Rijndael Daemen dan Rijmen 128-256 bit best choice
Serpent Anderson, Biham, Knudsen 128-256 bit very strong
Triple DES IBM 168 bit second best choice
Twofish Schneier 128-256 bit very strong; widely used

Hijau = direkomendasikan, merah = hindari (tabel ini dari slide; saat ini 3DES juga sudah di-deprecate NIST, lihat DES dan Triple DES).

Putaran	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	$K_{1}$	$K_{2}$	$K_{3}$	$K_{4}$	$K_{5}$	$K_{6}$	$K_{7}$	$K_{8}$
9-16	$K_{1}$	$K_{2}$	$K_{3}$	$K_{4}$	$K_{5}$	$K_{6}$	$K_{7}$	$K_{8}$
17-24	$K_{1}$	$K_{2}$	$K_{3}$	$K_{4}$	$K_{5}$	$K_{6}$	$K_{7}$	$K_{8}$
25-32	$K_{8}$	$K_{7}$	$K_{6}$	$K_{5}$	$K_{4}$	$K_{3}$	$K_{2}$	$K_{1}$

Aspek	DES	GOST
Kunci	56 bit	256 bit (brute force jauh lebih sukar)
Putaran	16	32
Kotak-S	$6 \to 4$ bit	$4 \to 4$ bit
Key schedule	rumit	sederhana
Permutasi	tak teratur (P-box)	geser sirkuler 11 bit

Parameter	Simbol	Nilai
Ukuran word (blok = 2 word)	$w$	16, 32, 64 bit
Jumlah putaran	$r$	0..255
Panjang kunci (byte)	$b$	0..255 (0 sampai 2040 bit)

Cipher	Perancang	Blok	Kunci	Putaran	Catatan
Blowfish	Bruce Schneier (1993)	64 bit	32-448 bit	16	4 S-box, substitusi-permutasi
Serpent	Anderson, Biham, Knudsen	128 bit	128/192/256	32	finalis AES, 8 S-box; IP awal, linear transformation
Twofish	Bruce Schneier	128 bit	s.d. 256	16	finalis AES; penerus Blowfish; 5 S-box
MARS	IBM	128 bit	128-448 (langkah 32)	32	finalis AES; forward mixing, backward mixing

Cipher	Pembuat	Panjang kunci	Keterangan
Blowfish	Schneier	1-448 bit	old and slow
DES	IBM	56 bit	too weak to use now
IDEA	Massey dan Xuejia	128 bit	good, but patented
RC4	Rivest	1-2048 bit	caution: some keys are weak
RC5	Rivest	128-256 bit	good, but patented
Rijndael	Daemen dan Rijmen	128-256 bit	best choice
Serpent	Anderson, Biham, Knudsen	128-256 bit	very strong
Triple DES	IBM	168 bit	second best choice
Twofish	Schneier	128-256 bit	very strong; widely used

Summary

GOST (Magma): cipher Feistel Soviet, blok 64 bit, kunci 256 bit, 32 putaran, hanya 8 kunci putaran yang dijadwalkan; fungsi $f$ = penjumlahan mod $2^{32}$ $\to$ 8 kotak-S 4 $\to$ 4 $\to$ geser sirkuler 11 bit. Dibanding DES: kunci lebih panjang, putaran lebih banyak, key schedule sederhana, tanpa P-box. RC5 (Rivest, 1994) berparameter variabel ( $w$ , $r$ , $b$ ) dengan rotasi bergantung data: $A = ((A \oplus B) ⋘ B) + S [2 i]$ , kunci putaran $2 r + 2$ word dari konstanta $e$ / $ϕ$ . RC6 (finalis AES) memperluasnya ke blok 128 bit (4 register, dua RC5 paralel) dengan tambahan perkalian $x (2 x + 1)$ . Cipher lain: Blowfish (64-bit blok, kunci s.d. 448), Serpent (32 putaran), Twofish, MARS (finalis AES). Dari daftar rekomendasi: Rijndael pilihan terbaik, 3DES kedua, sedangkan DES terlalu lemah. Dari sini materi bergeser ke kriptografi kunci publik.

Additional Information

GOST Hari Ini

Kuznyechik (GOST R 34.12-2015, blok 128 bit, kunci 256 bit, 10 putaran; struktur SPN seperti AES) menggantikan GOST 28147-89 sebagai standar Rusia, dipakai berdampingan dengan Streebog (hash). Kotak-S GOST 28147-89 tidak ditetapkan dalam standar (dijadikan parameter rahasia/pilihan), sehingga keamanannya bergantung pilihan S-box; pada 2011 ditemukan serangan reflection yang menurunkan kompleksitas jauh di bawah $2^{256}$ (masih tak praktis).

Keamanan RC5/RC6

RC5 bergantung pada rotasi bergantung data untuk melawan differential/linear cryptanalysis; dengan $r \geq 12$ pada $w = 32$ dianggap aman terhadap serangan differential. Label “patented” pada tabel slide berarti pemakaian komersial dulu butuh lisensi; Rijndael yang bebas royalti punya keunggulan tambahan dalam kompetisi AES.

Blowfish dan Bcrypt

Key schedule Blowfish yang lambat (mengisi S-box lewat enkripsi berulang) dimanfaatkan bcrypt untuk password hashing yang sengaja mahal komputasi. Blok 64 bit membuat Blowfish rentan Sweet32, jadi untuk enkripsi data pilih Twofish atau AES.

Proyek Eksplorasi Mandiri

Implementasikan GOST 28147-89 (32 putaran) dengan S-box dari RFC 4357, verifikasi dengan vektor uji, lalu bandingkan kode dan kecepatannya dengan DES.

Tulis RC5-32/12/16, uji vektor uji Rivest, dan ukur seberapa berbeda cipherteks bila satu bit kunci berubah (avalanche).

Bacaan Lanjutan

R. Rivest, “The RC5 Encryption Algorithm”, 1994; Rivest et al., “The RC6 Block Cipher”, 1998.

RFC 5830 dan RFC 8891 (GOST).

B. Schneier, Applied Cryptography, bab tentang cipher blok.

IF Notes

Explorer

GOST, RC5, RC6, dan Cipher Blok Lainnya

Questions/Cues

Reference Points

GOST (Magma)

RC5

RC6

Cipher Blok Lainnya

Rekomendasi Cipher Simetri (ringkasan slide)

GOST Hari Ini

Keamanan RC5/RC6

Blowfish dan Bcrypt

Proyek Eksplorasi Mandiri

Bacaan Lanjutan

Graph View

Table of Contents

Backlinks