Fondasi Kriptografi: algoritma simetris/asimetris, hashing, pertukaran kunci

Tujuan pembelajaran

Sesuai RPS TL455 pertemuan 7, setelah mempelajari materi ini kamu mampu menjelaskan algoritma kriptografi simetris/asimetris, hashing, dan pertukaran kunci. Empat konsep inilah yang diuji di akhir modul, dan dihitung dengan tangan di pertemuan 9.

Bahan rujukan modul ini: Bab 5 (Cryptography) buku *Principles of Computer Security: CompTIA Security+ and Beyond* (2021). Tujuan babnya persis empat: memahami dasar kriptografi, mengidentifikasi tiga jenis kriptografi, menjabarkan algoritma modern, dan menjelaskan penerapannya untuk keamanan.

Objektif dan prinsip kerja kriptografi

Bab 5 menegaskan tujuannya: melindungi integritas dan kerahasiaan data, dengan elemen pelengkap seperti perfect forward secrecy (kunci sesi tak terpulihkan meski kunci jangka panjang bocor) dan nonrepudiation yang sudah kamu temui di pertemuan 1. Dua prinsip yang membuat sandi kuat: confusion (kaitan kunci ke ciphertext serumit mungkin) dan diffusion (perubahan satu karakter plaintext menyebar ke banyak perubahan ciphertext, sehingga ciphertext tak membocorkan struktur plaintext; inilah dasar efek avalanche yang kamu hitung di pertemuan 9). Buku juga mengingatkan dua sisi medan: cryptanalysis, analisis untuk mengembalikan pesan terenkripsi ke bentuk aslinya, juga maju lewat metode linear dan differential. Dan karena penyerang membaca catatan publik, kekuatan kriptografi modern terletak pada kerumitan kunci, bukan kerahasiaan algoritmanya.

Panduan panjang kunci minimum dari bab: symmetric 80 sampai 112 bit, ECC 160 sampai 224 bit, RSA dan DSA minimal 2048 bit (persyaratan CA/Browser Forum).

Konsep inti 1: hashing (fungsi satu arah)

Definisi Bab 5: hash function adalah fungsi matematika khusus yang bekerja satu arah, artinya setelah algoritma diproses tidak ada cara yang layak untuk mengembalikan ciphertext ke plaintext, dan idealnya tidak ada cara membuat dua plaintext berbeda menghasilkan hash yang sama. Dua pemakaian utama yang disebut buku: menyimpan kata sandi dan memastikan integritas pesan. Turunannya: MAC (message authentication code) untuk membuktikan pesan tak dimodifikasi, dan HMAC, MAC yang mengikutkan shared secret yang sudah disepakati sebelumnya. Buku juga menambahkan salt: keacakan tambahan pada penyimpanan sandi, sehingga dua pengguna bersandi identik tidak menghasilkan hash identik.

Konsep inti 2: enkripsi simetris

Definisi Bab 5: enkripsi simetris adalah metode enkripsi yang lebih tua dan lebih sederhana; pengirim dan penerima sebelumnya telah memperoleh kunci yang sama. Semua algoritma simetris berdiri di atas prinsip shared secret ini, termasuk one-time pad.

Perhatikan dua hal yang ditekankan buku. Pertama, block cipher vs stream cipher: DES memotong input menjadi blok 64 bit; stream cipher mengenkripsi bit demi bit. Kedua, manajemen kunci adalah masalah utamanya: kunci harus dijaga di komputer lokal, di sisi lawan, dan yang paling penting dilindungi saat dikirim ke pihak yang diajak bicara. Algoritma yang dibahas: DES (standar federal 1976; blok 64 bit; kunci 56 bit; 16 ronde substitusi dan permutasi), 3DES, dan AES (kunci 128/192/256 bit dengan 10/12/14 ronde), plus ChaCha20, CAST, Twofish, dan IDEA.

Konsep inti 3: enkripsi asimetris (public key)

Asymmetric encryption lebih dikenal sebagai public key cryptography: memakai dua kunci alih-alih satu, diciptakan Whitfield Diffie dan Martin Hellman pada 1975. Private key dijaga rahasia; public key boleh dikirim ke siapa pun; keamanannya bergantung pada sulitnya menebak satu kunci dari pasangannya (buku menyebut keduanya key pair). Pola kerjanya berlawanan: pesan dienkripsi dengan satu kunci dibuka dengan kunci pasangannya, sehingga lahirlah digital signature (Bob mengenkripsi dengan private key-nya; siapa pun membuka dengan public key Bob dan yakin pesannya dari Bob) dan kunci bisa didistribusikan lewat sertifikat digital (asosiasi public key dengan identitas; pertemuan 10).

Mengapa aman? Buku menjelaskan trapdoor function: mudah diproses dengan kunci, sulit tanpanya. Contohnya faktorisasi: mengalikan 293 dan 307 menjadi 89.951 itu mudah; menemukan dua faktornya dari 89.951 tidak (untuk bilangan ratusan digit, praktis mustahil). Algoritma asimetris: RSA, Diffie-Hellman, ElGamal, ECC. Kekurangannya: jauh lebih lambat dari simetris, sehingga sistem nyata memakainya hanya untuk pertukaran kunci dan tanda tangan, sisanya simetris.

Konsep inti 4: pertukaran kunci Diffie-Hellman

Diffie-Hellman (DH) dibuat tahun 1976 oleh Diffie dan Hellman, dan buku menyebutnya salah satu protokol enkripsi paling umum hari ini karena memungkinkan dua orang yang belum pernah saling menghubungi berbagi secret key. Perannya tercatat eksplisit: metode pertukaran kunci elektronik pada TLS, SSH, dan IPSec (maka konfigurasi SSH-mu di pertemuan 6 pun menjalankan DH di balik layar).

Mekanismenya di buku: dua pengguna sepakat dua angka, P (bilangan prima besar) dan G (generator); masing-masing memilih angka rahasia sendiri, a dan b; lalu pertukaran hasil perhitungan modular membuat keduanya sampai pada secret key yang sama tanpa mengirim a, b, atau kunci finalnya. Kelemahan yang dicatat buku: DH polos rentan man-in-the-middle (penyusup ikut bersepakat dengan kedua pihak), dan itu alasan sertifikat digital diperlukan di TLS.

Menyatukan: tiga jenis, satu tujuan

Ringkasan bab merangkum pemetaannya: hashing (SHA, MD) menjaga integritas dan menyimpan sandi; simetris (DES, 3DES, AES, ChaCha20, CAST, Blowfish, IDEA) menjaga kerahasiaan dengan cepat tapi menuntut manajemen kunci; asimetris (RSA, Diffie-Hellman, ElGamal, ECC) menyediakan authentication, nonrepudiation, dan confidentiality, sekaligus menyelesaikan distribusi kunci. Pertemuan 9 mempraktikkan ketiganya dengan angka kecil; pertemuan 10 memakainya dalam bentuk terapan (PGP, DNSSEC, TLS).

Rangkuman

• ▸Tujuan kriptografi: integritas dan kerahasiaan; prinsip confusion, diffusion; elemen PFS dan nonrepudiation; kunci minimum RSA 2048 bit.
• ▸Hashing: fungsi satu arah; untuk penyimpanan sandi dan integritas; MAC/HMAC dan salt sebagai turunannya.
• ▸Simetris: shared secret (DES blok 64 bit kunci 56 bit; AES 10/12/14 ronde); cepat, tapi distribusi kunci adalah masalah utamanya.
• ▸Asimetris: key pair publik-privat (RSA, DH, ElGamal, ECC); digital signature; sertifikat untuk distribusi kunci; lebih lambat.
• ▸Diffie-Hellman (1976): dua pihak yang belum pernah bertemu menyepakati secret key; berperan di TLS, SSH, dan IPSec.

Glosarium mini

• ▸Cryptanalysis: analisis untuk mengembalikan pesan terenkripsi ke bentuk aslinya.
• ▸Diffusion / confusion: prinsip penyebaran perubahan plaintext ke ciphertext / kerumitan hubungan kunci-ciphertext.
• ▸Block / stream cipher: enkripsi per blok (DES 64 bit) vs per bit.
• ▸HMAC: MAC yang memakai shared secret yang sudah disepakati.
• ▸Salt: keacakan tambahan pada hash sandi agar sandi identik tak menghasilkan hash sama.
• ▸Key pair: pasangan kunci publik dan privat pada kriptografi asimetris.
• ▸Trapdoor function: fungsi yang mudah dihitung dengan kunci, sulit tanpanya.
• ▸Perfect forward secrecy: kunci sesi tak terpulihkan meski kunci jangka panjang bocor.