Konsep Cipher Blok dan Mode Operasi

Back to IF4020 Kriptografi

Konsep Cipher Blok dan Mode Operasi
Questions/Cues

Bagaimana cipher blok bekerja dan apa beda ukuran blok dan ukuran kunci?

Apa itu mode operasi dan apa lima modenya?

Mengapa ECB tidak aman walau algoritmanya kuat?

Bagaimana CBC mengatasi kelemahan ECB, dan apa peran IV?

Bagaimana CFB, OFB, dan Counter mengubah cipher blok menjadi stream cipher?

Bagaimana penjalaran kesalahan pada tiap mode?

Reference Points

IF4020 Kriptografi — Block Cipher Bagian 1 (Slides 2-49)
Cipher Blok

Berbeda dengan stream cipher (Stream Cipher dan LFSR), cipher blok membagi plainteks menjadi blok-blok bit berpanjang sama (umum 64, 128, 256 bit). Panjang blok cipherteks = panjang blok plainteks. Kunci eksternal tidak harus sama panjang dengan blok (mis. DES: blok 64, kunci 56; AES: blok 128, kunci 128/192/256).

$C = E_{K} (P) P = D_{K} (C)$

Contoh fungsi $E$ sederhana (lemah): $E_{K} (P) = (P \oplus K) ⋘ 1$ (XOR dengan kunci lalu geser wrapping 1 bit ke kiri); $D_{K} (C) = (C ⋙ 1) \oplus K$ . Plainteks 110111010001000101000101 dibagi 3 blok 8-bit 11011101 00010001 01000101, kunci $K = 01010110$ : blok 1: $11011101 \oplus 01010110 = 10001011$ , geser kiri $\to$ $C_{1} = 00010111$ ; dekripsi: geser kanan $\to 10001011$ , XOR $K \to 11011101$ . Cipher blok modern membuat $E$ dan $D$ jauh lebih rumit (substitusi, permutasi, shifting, kompresi, ekspansi) dan mengulangnya dalam banyak putaran.

Daftar sebagian cipher blok: Lucifer, DES, GOST, 3DES, RC2, RC5, Blowfish, AES, IDEA, LOKI, FEAL, CAST-128, SAFER, Twofish, Serpent, RC6, Camellia, Skipjack, TEA, XTEA, SEED, MARS, CRYPTON, LEA, dan lain-lain.

Mode Operasi

Mode operasi menyangkut cara blok pesan dioperasikan sebelum dienkripsi/didekripsi oleh $E$ dan $D$ . Ada lima: ECB, CBC, CFB, OFB, Counter.
flowchart LR
 M["Mode operasi cipher blok"]
 M --> ECB["ECB blok independen"]
 M --> CBC["CBC chaining blok sebelumnya"]
 M --> CFB["CFB umpan balik cipherteks (gaya stream)"]
 M --> OFB["OFB umpan balik keluaran E (gaya stream)"]
 M --> CTR["Counter counter dienkripsi (gaya stream)"]
 classDef root fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef blok fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef stream fill:#fbeadb,stroke:#d9731a,stroke-width:2px,color:#15202e
 class M root
 class ECB,CBC blok
 class CFB,OFB,CTR stream
■ Biru = gaya blok, ■ oranye = gaya stream.

Contoh yang dipakai di semua mode: blok 4 bit, $K = 1011$ , $I V = 0000$ , $E_{K} (P) = (P \oplus K) ⋘ 1$ , plainteks A23A9 = 1010 0010 0011 1010 1001 (5 blok).

Legenda warna diagram dan tabel:

■ Biru: fungsi enkripsi $E_{K}$

■ Oranye: XOR (⊕), keystream, dan garis umpan balik ke blok berikutnya

■ Hijau: cipherteks hasil

■ Abu-abu putus-putus: IV atau counter

■ Merah: blok yang rusak pada uji error

Mode Cipherteks A23A9
ECB 23124
CBC 27FDF
CFB ( $s = b = 4$ ) DE9E3
OFB ( $s = b = 4$ ) DB751
CTR ( $T_{1} = 0000$ ) D70B6

1. ECB (Electronic Code Book)

Tiap blok dienkripsi individual dan independen: $C_{i} = E_{K} (P_{i})$ , $P_{i} = D_{K} (C_{i})$ .
flowchart TB
 P1["Pᵢ"] --> E1["Eₖ"] --> C1["Cᵢ"]
 P2["Pᵢ₊₁"] --> E2["Eₖ"] --> C2["Cᵢ₊₁"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef enc fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef out fill:#dff3e8,stroke:#2f9e63,stroke-width:2px,color:#15202e
 class P1,P2 plain
 class E1,E2 enc
 class C1,C2 out
Tidak ada garis antarblok: blok $i$ dan blok $i + 1$ tidak saling memengaruhi.

Contoh (blok 4-bit, $K = 1011$ , $E_{K} (P) = (P \oplus K) ⋘ 1$ ): plainteks A23A9 = 1010 0010 0011 1010 1001 → XOR $K$ → 0001 1001 1000 0001 0010 → geser kiri → 0010 0011 0001 0010 0100 = 23124. Blok 1010 muncul dua kali dan selalu menjadi 0010.

Langkah per blok:

$i$ $P_{i}$ $P_{i} \oplus K$ $⋘ 1$ $C_{i}$
1 1010 (A) 1010 ⊕ 1011 = 0001 0010 2
2 0010 (2) 0010 ⊕ 1011 = 1001 0011 3
3 0011 (3) 0011 ⊕ 1011 = 1000 0001 1
4 1010 (A) 1010 ⊕ 1011 = 0001 0010 2
5 1001 (9) 1001 ⊕ 1011 = 0010 0100 4

Baris yang disorot: plainteks sama → cipherteks sama. Inilah pola yang bocor pada ECB.

Cek dekripsi blok 2: $D_{K} (0011) = (0011 ⋙ 1) \oplus K = 1001 \oplus 1011 = 0010$ ✓.

Karena blok sama selalu menghasilkan cipherteks sama, secara teori dapat dibuat buku kode (code book) plainteks-cipherteks, satu per kunci. Untuk blok $n$ bit ada $2^{n}$ entri; blok 64 bit berarti $2^{64}$ entri, terlalu besar disimpan. Bila panjang plainteks bukan kelipatan blok, blok terakhir diberi padding (bit 0, bit 1, atau berselang-seling).

Kelebihan: blok independen sehingga bisa dienkripsi tidak berurutan (cocok untuk arsip yang diakses acak, mis. record basisdata); kesalahan bit pada satu blok cipherteks hanya memengaruhi blok itu saat dekripsi.

Uji error: bit teratas $C_{2}$ dibalik (3 → B), cipherteks jadi 2B124. Hasil dekripsi: A63A9. Hanya $P_{2}$ yang rusak.

Kelemahan:

Plainteks berulang (mis. spasi panjang) menghasilkan blok cipherteks berulang sehingga rentan analisis frekuensi.

Lawan dapat memanipulasi cipherteks. Contoh: pesan “Uang ditransfer lima satu juta rupiah” (blok 2 karakter, C1..C16). Bila kriptanalis tahu blok nominal (C8 dan C9) dan membuang keduanya, penerima mendekripsi menjadi “Uang ditransfer satu juta rupiah” (bermakna) dan menyimpulkan nominal salah.

Solusinya: enkripsi tiap blok bergantung pada blok-blok sebelumnya (prinsip CBC).

2. CBC (Cipher Block Chaining)

Tiap blok cipherteks bergantung pada blok plainteksnya dan seluruh blok sebelumnya: hasil enkripsi blok sebelumnya diumpan-balikkan. Blok pertama memerlukan blok semu $C_{0} =$ IV (initialization vector), diberikan pengguna atau dibangkitkan acak.

$C_{i} = E_{K} (P_{i} \oplus C_{i - 1}) P_{i} = D_{K} (C_{i}) \oplus C_{i - 1}, C_{0} = I V$
flowchart TB
 IV["Cᵢ₋₁ (blok pertama: IV)"] --> X1(("⊕"))
 P1["Pᵢ"] --> X1 --> E1["Eₖ"] --> C1["Cᵢ"]
 C1 -. umpan balik .-> X2(("⊕"))
 P2["Pᵢ₊₁"] --> X2 --> E2["Eₖ"] --> C2["Cᵢ₊₁"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef iv fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef enc fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,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 P1,P2 plain
 class IV iv
 class E1,E2 enc
 class X1,X2 xor
 class C1,C2 out
 linkStyle 0,4 stroke:#d9731a,stroke-width:2.5px
Plainteks di-XOR dengan cipherteks sebelumnya sebelum masuk ke $E_{K}$ . Garis oranye menunjukkan rantai $C_{i - 1} \to$ XOR.

Contoh (plainteks A23A9, $K = 1011$ , $I V = 0000$ ): $C_{1} = 0010$ (2), $C_{2} = 0111$ (7), $C_{3} = 1111$ (F), $C_{4} = 1101$ (D), $C_{5} = 1111$ (F) → CBC: 27FDF versus ECB: 23124.

Langkah per blok:

$i$ $P_{i}$ $P_{i} \oplus C_{i - 1}$ $\oplus K$ $⋘ 1 = C_{i}$
1 1010 1010 ⊕ 0000 = 1010 0001 0010 (2)
2 0010 0010 ⊕ 0010 = 0000 1011 0111 (7)
3 0011 0011 ⊕ 0111 = 0100 1111 1111 (F)
4 1010 1010 ⊕ 1111 = 0101 1110 1101 (D)
5 1001 1001 ⊕ 1101 = 0100 1111 1111 (F)

Blok 1 dan 4 sama-sama A, tetapi cipherteksnya berbeda (2 dan D), karena $C_{i - 1}$ yang dicampurkan berbeda.

Cek dekripsi blok 2: $D_{K} (0111) = 1011 \oplus 1011 = 0000$ , lalu $\oplus, C_{1} = 0000 \oplus 0010 = 0010$ ✓.

Kelebihan: blok plainteks sama tidak menghasilkan blok cipherteks sama, sehingga kriptanalisis lebih sulit (alasan utama memakai CBC).

Kelemahan/karakter kesalahan: kesalahan 1 bit pada blok plainteks merambat ke blok cipherteks itu dan semua berikutnya. Sebaliknya saat dekripsi, kesalahan 1 bit pada blok cipherteks hanya memengaruhi blok plainteks yang bersangkutan dan 1 bit yang berkoresponden pada blok plainteks berikutnya.

Uji error: bit teratas $C_{2}$ dibalik (7 → F), cipherteks jadi 2FFDF. Hasil dekripsi: A6BA9. $P_{2}$ rusak (2 → 6) dan $P_{3}$ salah tepat 1 bit (3 → B, bit teratas), sisanya benar.

3. CFB (Cipher Feedback)

Mengatasi kekurangan CBC pada data yang belum mencapai satu blok. Data dienkripsi dalam unit $s$ bit ( $s \leq b$ , $b$ = ukuran blok): 1, 2, 4, 8 bit, dst. CFB 8-bit mengenkripsi satu karakter tiap kali. CFB memperlakukan cipher blok seperti stream cipher. Butuh antrian (shift register) $b$ bit, diinisialisasi dengan IV.

$C_{j} = P_{j} \oplus MS B_{s} (E_{K} (X_{j})) X_{j + 1} = L S B_{b - s} (X_{j}), ∣, C_{j}$
flowchart TB
 Q1["Antrian = Cᵢ₋₁ (awal: IV)"] --> E1["Eₖ"] --> X1(("⊕"))
 P1["Pᵢ"] --> X1 --> C1["Cᵢ"]
 C1 -. umpan balik .-> E2["Eₖ"] --> X2(("⊕"))
 P2["Pᵢ₊₁"] --> X2 --> C2["Cᵢ₊₁"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef iv fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef enc fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,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 P1,P2 plain
 class Q1 iv
 class E1,E2 enc
 class X1,X2 xor
 class C1,C2 out
 linkStyle 4 stroke:#d9731a,stroke-width:2.5px
Plainteks tidak masuk ke $E_{K}$ . Yang dienkripsi adalah antrian; hasilnya dipakai sebagai keystream untuk di-XOR dengan plainteks. Garis oranye: cipherteks yang keluar menjadi isi antrian berikutnya.

Dekripsi: $P_{j} = C_{j} \oplus MS B_{s} (E_{K} (X_{j}))$ dengan pembaruan antrian sama. Untuk $s = b$ : $C_{i} = P_{i} \oplus E_{K} (C_{i - 1})$ , $C_{0} = I V$ . Kesalahan 1 bit plainteks merambat ke $C$ yang bersangkutan dan seterusnya; pada dekripsi, kesalahan 1 bit cipherteks memengaruhi blok plainteks itu dan satu blok berikutnya.

Langkah per blok ( $s = b = 4$ , sehingga antrian berikutnya = $C_{i}$ ):

$i$ Antrian $E_{K} (antrian)$ $P_{i} \oplus E_{K}$ $C_{i}$
1 0000 (IV) (0000 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0111 1010 ⊕ 0111 1101 (D)
2 1101 (1101 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1100 0010 ⊕ 1100 1110 (E)
3 1110 (1110 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1010 0011 ⊕ 1010 1001 (9)
4 1001 (1001 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0100 1010 ⊕ 0100 1110 (E)
5 1110 (1110 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1010 1001 ⊕ 1010 0011 (3)

Hasil CFB: DE9E3. Kolom “Antrian” di baris $i + 1$ selalu sama dengan $C_{i}$ di baris $i$ . Cek dekripsi blok 2: $C_{2} \oplus E_{K} (C_{1}) = 1110 \oplus 1100 = 0010$ ✓. Perhatikan dekripsi juga memakai $E_{K}$ , bukan $D_{K}$ .

Uji error: bit teratas $C_{2}$ dibalik (E → 6), cipherteks jadi D69E3. Hasil dekripsi: AA2A9. $P_{2}$ salah 1 bit (karena XOR langsung), lalu $P_{3}$ ikut rusak karena $C_{2}$ yang salah masuk ke antrian. $P_{4}$ dan $P_{5}$ benar lagi.

4. OFB (Output Feedback)

Mirip CFB, kecuali $s$ bit hasil enkripsi antrian (bukan cipherteks) disalin ke posisi paling kanan antrian. Akibatnya keystream tidak bergantung pada plainteks/cipherteks. Kesalahan 1 bit plainteks hanya memengaruhi blok cipherteks yang bersangkutan (dan sebaliknya saat dekripsi): tidak ada penjalaran kesalahan, cocok untuk transmisi analog terdigitisasi (suara, video) yang menoleransi kesalahan 1 bit.

$O_{i} = E_{K} (O_{i - 1}),; O_{0} = I V C_{i} = P_{i} \oplus O_{i} (s = b)$
flowchart TB
 Q1["Antrian = Oᵢ₋₁ (awal: IV)"] --> E1["Eₖ"] --> O1["Oᵢ (keystream)"] --> X1(("⊕"))
 P1["Pᵢ"] --> X1 --> C1["Cᵢ"]
 O1 -. umpan balik .-> E2["Eₖ"] --> O2["Oᵢ₊₁"] --> X2(("⊕"))
 P2["Pᵢ₊₁"] --> X2 --> C2["Cᵢ₊₁"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef iv fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef enc fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,stroke-width:2px,color:#15202e
 classDef ks fill:#fff6ee,stroke:#d9731a,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 P1,P2 plain
 class Q1 iv
 class E1,E2 enc
 class O1,O2 ks
 class X1,X2 xor
 class C1,C2 out
 linkStyle 5 stroke:#d9731a,stroke-width:2.5px
Beda dengan CFB hanya di titik ambil umpan balik (garis oranye): OFB mengambilnya sebelum XOR ( $O_{i}$ ), CFB sesudah XOR ( $C_{i}$ ).

Langkah per blok:

$i$ $O_{i - 1}$ $O_{i} = E_{K} (O_{i - 1})$ $P_{i} \oplus O_{i}$ $C_{i}$
1 0000 (IV) (0000 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0111 1010 ⊕ 0111 1101 (D)
2 0111 (0111 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1001 0010 ⊕ 1001 1011 (B)
3 1001 (1001 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0100 0011 ⊕ 0100 0111 (7)
4 0100 (0100 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1111 1010 ⊕ 1111 0101 (5)
5 1111 (1111 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1000 1001 ⊕ 1000 0001 (1)

Hasil OFB: DB751. Keystream 7 9 4 F 8 bisa dihitung sebelum plainteks ada, karena hanya bergantung pada $K$ dan IV.

Uji error: bit teratas $C_{2}$ dibalik (B → 3), cipherteks jadi D3751. Hasil dekripsi: AA3A9. Hanya $P_{2}$ yang salah, tepat 1 bit. Tidak ada penjalaran.

5. Counter Mode (CTR)

Tanpa chaining. Counter $T_{j}$ berukuran sama dengan blok; nilainya berbeda untuk tiap blok (awal diinisialisasi, lalu +1 tiap blok). Cipherteks: $C_{j} = P_{j} \oplus E_{K} (T_{j})$ .
flowchart TB
 T1["Tᵢ"] --> E1["Eₖ"] --> X1(("⊕"))
 P1["Pᵢ"] --> X1 --> C1["Cᵢ"]
 T2["Tᵢ₊₁ = Tᵢ + 1"] --> E2["Eₖ"] --> X2(("⊕"))
 P2["Pᵢ₊₁"] --> X2 --> C2["Cᵢ₊₁"]
 classDef plain fill:#ffffff,stroke:#7a8699,color:#15202e
 classDef iv fill:#eef0f4,stroke:#7a8699,stroke-dasharray:4 3,color:#15202e
 classDef enc fill:#e3e8fb,stroke:#4f6bed,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 P1,P2 plain
 class T1,T2 iv
 class E1,E2 enc
 class X1,X2 xor
 class C1,C2 out
Tidak ada garis umpan balik: tiap blok hanya butuh nilai counter-nya sendiri.

Langkah per blok (counter awal $T_{1} = 0000$ ):

$i$ $T_{i}$ $E_{K} (T_{i})$ $P_{i} \oplus E_{K} (T_{i})$ $C_{i}$
1 0000 (0000 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0111 1010 ⊕ 0111 1101 (D)
2 0001 (0001 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0101 0010 ⊕ 0101 0111 (7)
3 0010 (0010 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0011 0011 ⊕ 0011 0000 (0)
4 0011 (0011 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0001 1010 ⊕ 0001 1011 (B)
5 0100 (0100 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1111 1001 ⊕ 1111 0110 (6)

Hasil CTR: D70B6. Blok ke-4 bisa langsung dihitung dari $T_{4}$ tanpa menunggu blok 1–3, sehingga paralel dan akses acak.

Uji error: bit teratas $C_{2}$ dibalik (7 → F), cipherteks jadi DF0B6. Hasil dekripsi: AA3A9. Hanya $P_{2}$ salah 1 bit, sama seperti OFB.

Kelebihan: hanya butuh algoritma enkripsi $E$ ; dapat mengenkripsi blok secara acak (tak harus berurutan); blok dapat diproses paralel; sederhana dan cepat. Syarat: counter tidak diketahui/tidak dapat diprediksi dan tak boleh berulang untuk kunci yang sama.

Mode Blok independen? Paralel enkripsi Propagasi error dekripsi Gaya
ECB ya ya hanya blok itu blok
CBC tidak tidak (dekripsi ya) blok itu + 1 bit di blok berikut blok
CFB tidak tidak blok itu + satu blok berikut stream
OFB tidak (keystream) tidak tidak menjalar stream
CTR ya (keystream) ya tidak menjalar stream

Mode	Cipherteks `A23A9`
ECB	23124
CBC	27FDF
CFB ( $s = b = 4$ )	DE9E3
OFB ( $s = b = 4$ )	DB751
CTR ( $T_{1} = 0000$ )	D70B6

$i$	$P_{i}$	$P_{i} \oplus K$	$⋘ 1$	$C_{i}$
1	`1010` (A)	`1010 ⊕ 1011 = 0001`	`0010`	2
2	`0010` (2)	`0010 ⊕ 1011 = 1001`	`0011`	3
3	`0011` (3)	`0011 ⊕ 1011 = 1000`	`0001`	1
4	`1010` (A)	`1010 ⊕ 1011 = 0001`	`0010`	2
5	`1001` (9)	`1001 ⊕ 1011 = 0010`	`0100`	4

$i$	$P_{i}$	$P_{i} \oplus C_{i - 1}$	$\oplus K$	$⋘ 1 = C_{i}$
1	`1010`	`1010 ⊕ 0000 = 1010`	`0001`	`0010` (2)
2	`0010`	`0010 ⊕ 0010 = 0000`	`1011`	`0111` (7)
3	`0011`	`0011 ⊕ 0111 = 0100`	`1111`	`1111` (F)
4	`1010`	`1010 ⊕ 1111 = 0101`	`1110`	`1101` (D)
5	`1001`	`1001 ⊕ 1101 = 0100`	`1111`	`1111` (F)

$i$	Antrian	$E_{K} (antrian)$	$P_{i} \oplus E_{K}$	$C_{i}$
1	`0000` (IV)	`(0000 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0111`	`1010 ⊕ 0111`	`1101` (D)
2	`1101`	`(1101 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1100`	`0010 ⊕ 1100`	`1110` (E)
3	`1110`	`(1110 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1010`	`0011 ⊕ 1010`	`1001` (9)
4	`1001`	`(1001 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0100`	`1010 ⊕ 0100`	`1110` (E)
5	`1110`	`(1110 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1010`	`1001 ⊕ 1010`	`0011` (3)

$i$	$O_{i - 1}$	$O_{i} = E_{K} (O_{i - 1})$	$P_{i} \oplus O_{i}$	$C_{i}$
1	`0000` (IV)	`(0000 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0111`	`1010 ⊕ 0111`	`1101` (D)
2	`0111`	`(0111 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1001`	`0010 ⊕ 1001`	`1011` (B)
3	`1001`	`(1001 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0100`	`0011 ⊕ 0100`	`0111` (7)
4	`0100`	`(0100 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1111`	`1010 ⊕ 1111`	`0101` (5)
5	`1111`	`(1111 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1000`	`1001 ⊕ 1000`	`0001` (1)

$i$	$T_{i}$	$E_{K} (T_{i})$	$P_{i} \oplus E_{K} (T_{i})$	$C_{i}$
1	`0000`	`(0000 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0111`	`1010 ⊕ 0111`	`1101` (D)
2	`0001`	`(0001 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0101`	`0010 ⊕ 0101`	`0111` (7)
3	`0010`	`(0010 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0011`	`0011 ⊕ 0011`	`0000` (0)
4	`0011`	`(0011 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 0001`	`1010 ⊕ 0001`	`1011` (B)
5	`0100`	`(0100 ⊕ 1011) ⋘ 1 = 1111`	`1001 ⊕ 1111`	`0110` (6)

Mode	Blok independen?	Paralel enkripsi	Propagasi error dekripsi	Gaya
ECB	ya	ya	hanya blok itu	blok
CBC	tidak	tidak (dekripsi ya)	blok itu + 1 bit di blok berikut	blok
CFB	tidak	tidak	blok itu + satu blok berikut	stream
OFB	tidak (keystream)	tidak	tidak menjalar	stream
CTR	ya (keystream)	ya	tidak menjalar	stream

Summary

Cipher blok mengenkripsi blok bit berpanjang tetap ( $C = E_{K} (P)$ , $P = D_{K} (C)$ ), dengan fungsi $E$ yang rumit dan berputar berulang. Mode operasi mengatur cara blok diproses: ECB (independen, $C_{i} = E_{K} (P_{i})$ ; blok sama menghasilkan cipherteks sama sehingga rentan analisis pola dan manipulasi/penghapusan blok), CBC ( $C_{i} = E_{K} (P_{i} \oplus C_{i - 1})$ dengan IV; menghilangkan pola tetapi error menjalar), CFB dan OFB (mengubah cipher blok menjadi stream cipher dengan antrian; OFB tanpa penjalaran error), serta Counter (mengenkripsi counter unik; paralel dan akses acak). Pada contoh sama (A23A9, $K = 1011$ , $I V = 0000$ ): ECB 23124, CBC 27FDF, CFB DE9E3, OFB DB751, CTR D70B6. Prinsip perancangan di balik $E$ dibahas di Confusion, Diffusion, dan Jaringan Feistel.

Additional Information

Efek Penguin ECB

Mengenkripsi gambar bitmap dengan ECB tetap memperlihatkan siluet gambar (blok warna sama menjadi cipherteks sama). Demonstrasi klasik logo Tux menunjukkan mengapa ECB tidak boleh dipakai untuk data terstruktur, walau cipher-nya AES.

Mode Modern: AEAD

Pada praktik, hindari mode “polos”: pakai AES-GCM atau ChaCha20-Poly1305 (CTR + otentikasi) agar terlindung dari bit-flipping. CBC tanpa MAC rentan padding oracle attack (Vaudenay 2002). Aturan IV: CBC butuh IV tak terprediksi; CTR/GCM butuh nonce unik, jangan berulang.

Ciphertext Stealing dan Padding

Alih-alih padding, ciphertext stealing membuat panjang cipherteks = panjang plainteks. Padding standar PKCS#7 menambahkan $k$ byte bernilai $k$ ( pad/unpad di pustaka Python).

Proyek Eksplorasi Mandiri

Implementasikan cipher toy $E_{K} (P) = (P \oplus K) ⋘ 1$ dan kelima mode; verifikasi angka 23124 (ECB) dan 27FDF (CBC) pada contoh di atas.

Enkripsi gambar PNG dengan AES-ECB vs AES-CBC dan bandingkan hasilnya secara visual; lalu demonstrasikan serangan penghapusan blok pada ECB.

Bacaan Lanjutan

NIST SP 800-38A, Recommendation for Block Cipher Modes of Operation.

William Stallings, Cryptography and Network Security, Bab 6-7.

IF Notes

Explorer

Konsep Cipher Blok dan Mode Operasi

Questions/Cues

Reference Points

Cipher Blok

Mode Operasi

1. ECB (Electronic Code Book)

2. CBC (Cipher Block Chaining)

3. CFB (Cipher Feedback)

4. OFB (Output Feedback)

5. Counter Mode (CTR)

Efek Penguin ECB

Mode Modern: AEAD

Ciphertext Stealing dan Padding

Proyek Eksplorasi Mandiri

Bacaan Lanjutan

Graph View

Table of Contents

Backlinks