Rekayasa Kriptografi Terapan

Back to IF5161 Keamanan Data dan Perangkat Lunak

Rekayasa Kriptografi Terapan

Questions/Cues

• Primitif kripto apa yang tersedia dan tujuan masing-masing?
• Mengapa AEAD wajib untuk desain baru?
• Bagaimana mengelola nonce, IV, dan randomness?
• Seperti apa siklus hidup manajemen kunci?
• Bagaimana TLS 1.3 dan PKI menerapkan kripto dalam praktik?
• Library apa yang sebaiknya dipakai?

Reference Points

• IF5161 — W07 Crypto and Data Security, “Applied Cryptographic Engineering” (Foundation: The Cryptographic Toolbox s.d. “Current Practice: Prefer Vetted, High-Level Libraries”)

Toolbox Kriptografi

Primitif	Tujuan	Kunci	Contoh
Symmetric cipher	Confidentiality	Shared secret	AES, ChaCha20
AEAD	Confidentiality + integrity	Shared secret	AES-GCM, ChaCha20-Poly1305
Hash	Sidik jari	Tanpa kunci	SHA-256, SHA-3
MAC	Integrity + authenticity	Shared secret	HMAC-SHA-256
KDF / password hash	Turunkan kunci, perlambat tebakan	Salt (+ secret)	HKDF, Argon2id, scrypt
KEM	Key establishment	Public/private	X25519, ML-KEM
Asymmetric encryption	Confidentiality	Public/private	RSA-OAEP
Signature	Authenticity, non-repudiation	Public/private	Ed25519, ECDSA, ML-DSA

AEAD: Mengapa Enkripsi Terautentikasi

Enkripsi biasa (CBC, CTR) menyembunyikan data tetapi tidak mendeteksi perubahan. AEAD menghasilkan ciphertext + authentication tag; dekripsi gagal bila ada yang berubah. AAD (associated data, mis. header/ID) diautentikasi tetapi tidak dienkripsi. Aturan: jangan pakai mode tanpa autentikasi pada desain baru.

flowchart LR
    P["Plaintext"] --> E["AEAD Encrypt<br/>(key, nonce, AAD)"]
    E --> C["Ciphertext + Tag"]
    C --> D["AEAD Decrypt<br/>(key, nonce, AAD)"]
    D -->|"tag valid"| P2["Plaintext"]
    D -->|"berubah"| X["Error: ditolak"]

Nonce, IV, dan Randomness

Nonce = angka dipakai sekali per kunci; IV = nilai awal, sering harus tak terduga. AES-GCM memakai nonce 96-bit; nonce acak aman hanya sampai batas jumlah pesan per kunci sehingga perlu rotasi kunci atau counter. Pilih library yang membangkitkan nonce atau konstruksi misuse-resistant. Keacakan wajib dari CSPRNG OS: os.urandom, secrets, /dev/urandom.

Manajemen Kunci

Sebagian besar insiden nyata adalah kegagalan manajemen kunci, bukan kegagalan cipher. Siklus hidup: generate → distribusi/penyimpanan → penggunaan → rotasi → revokasi → penghancuran, dengan kontrol akses, pemisahan tugas, dan audit.

TLS 1.3 dan PKI

TLS 1.3 sebagai kripto terapan: ephemeral key exchange memberi forward secrecy, sertifikat memberi autentikasi, dan AEAD melindungi record. Validasi sertifikat memeriksa rantai kepercayaan, hostname, dan masa berlaku; verify=False melompati ketiganya.

Library yang Divetting

Library	Bahasa	Alasan
libsodium / PyNaCl	C, Python, banyak	Default aman, sulit disalahgunakan, nonce ditangani
Google Tink	Java, Go, Python	API tahan misuse, key management built-in
cryptography	Python	Lapisan recipes (Fernet, AESGCM) + low-level
OpenSSL	C	Lengkap tetapi tajam; dipakai di balik layar

Aturan: jangan implementasikan primitif; jangan merangkai primitif bila ada recipe.

Summary

Pilih primitif sesuai tujuan: AEAD untuk confidentiality+integrity, MAC/hash untuk integritas, KDF (Argon2id) untuk password, KEM/signature untuk kunci publik. Nonce harus unik, keacakan dari CSPRNG OS, dan manajemen kunci lebih menentukan daripada cipher. TLS 1.3 dan PKI menerapkan semuanya; gunakan library tingkat tinggi (libsodium, Tink, cryptography) dan jangan merangkai sendiri.

Additional Information

Envelope Encryption

Pola umum pada KMS cloud: DEK (data encryption key) mengenkripsi data, lalu DEK dienkripsi oleh KEK di KMS/HSM. Rotasi KEK hanya mengenkripsi ulang DEK kecil, bukan seluruh data. Ini menjawab pertanyaan “bagaimana merotasi tanpa meng-enkripsi ulang semuanya” pada Klasifikasi Data, DLP, dan Regulasi.

Proyek Eksplorasi Mandiri

1. Implementasikan envelope encryption dengan AES-GCM dan KMS lokal (mis. HashiCorp Vault Transit).
2. Pindai server Anda dengan testssl.sh dan jelaskan satu temuan lemah.

Bacaan Lanjutan

• Ferguson, Schneier & Kohno, Cryptography Engineering
• Dokumentasi libsodium dan Google Tink
• RFC 8446 (TLS 1.3)