Algoritma RC4 Stream Cheaper

Sejarah RC4

Algoritma kriptografi Rivest Code 4 (RC4) merupakan salah satu algoritma kunci simetris dibuat oleh RSA Data Security Inc (RSADSI) yang berbentuk stream chipper. Algoritma ini ditemukan pada tahun 1987 oleh Ronald Rivest dan menjadi simbol keamanan RSA(merupakan singkatan dari tiga nama penemu: Rivest Shamir Adleman). RC4 merupakan enkripsi stream simetrik proprietary yang dibuat oleh RSA Data Security Inc (RSADSI). Penyebarannya diawali dari sebuah source code yang diyakini sebagai RC4 dan dipublikasikan secara 'anonymously' pada tahun 1994. Algoritma yang dipublikasikan ini sangat identik dengan implementasi RC4 pada produk resmi. RC4 digunakan secara luas pada beberapa aplikasi dan umumnya dinyatakan sangat aman. Sampai saat ini diketahui tidak ada yang dapat memecahkan/membongkarnya, hanya saja versi ekspor 40 bitnya dapat dibongkar dengan cara "brute force" (mencoba semua kunci yang mungkin). RC4 tidak dipatenkan oleh RSADSI, hanya saja tidak diperdagangkan secara bebas (trade secret). RC4 adalah salah satu bentuk stream cipher yang banyak digunakan pada protokol-protokol enkripsi, antara lain WEP, WPA, dan SSL/TSL. RC4 merupakan salah satu jenis stream cipher, yaitu memproses unit atau input data, pesan atau informasi pada satu saat. Unit atau data pada umumnya sebuah byte atau bahkan kadang kadang bit (byte dalam hal RC4). Dengan cara ini enkripsi atau dekripsi dapat dilaksanakan pada panjang yang variabel. Algoritma ini tidak harus menunggu sejumlah input data, pesan atau informasi tertentu sebelum diproses, atau menambahkan byte tambahan untuk mengenkrip. Contoh stream cipher adalah RC4, Seal, A5, Oryx, dan lain-lain. Tipe lainnya adalah block cipher yang memproses sekaligus sejumlah tertentu data (biasanya 64 bit atau 128 bit blok), contohnya : Blowfish, DES, Gost, Idea, RC5, Safer, Square, Twofish, RC6, Loki97, dan lain-lain.

Deskripsi Kerja Algoritma RC4

Algoritma RC4 menggunakan dua buah S-Box yaitu array sepanjang 256 yang berisi permutasi dari bilangan 0 sampai 255, dan S-Box kedua, yang berisi permutasi merupakan fungsi dari kunci dengan panjang yang variable. RC4 membangkitkan aliran bit pseudorandom (keystream ). Seperti halnya stream cipher, ini dapat digunakan untuk enkripsi dengan menggabungkan plaintext menggunakan XOR , dekripsi dilakukan dengan cara yang sama (karena eksklusif-atau adalah operasi simetris). Mirip dengan cipher Vernam kecuali bahwa bit pseudorandom yang dihasilkan, bukan aliran disiapkan, yang digunakan Untuk menghasilkan keystream, cipher menggunakan suatu keadaan internal rahasia yang terdiri dari dua bagian:
    1.  Sebuah permutasi dari semua 256 byte mungkin (dilambangkan "S" di bawah).
    2.  Dua 8-bit indeks-pointer (dilambangkan "i" dan "j").
Permutasi diinisialisasi dengan kunci panjang variabel, biasanya antara 40 dan 256 bit, menggunakan algoritma key-scheduling (KSA). Selanjutnya, aliran bit yang dihasilkan dengan menggunakan algoritma pseudo-acak generasi (PRGA).

Lebih spesifiknya, RC4 beroperasi dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1) Melakukan inisialisasi nilai S

Cara kerja algoritma RC4 yaitu inisialisasi SBox pertama, S[0],S[1],...,S[255], dengan bilangan 0 sampai 255. Pertama isi secara berurutan S[0] = 0, S[1] =1,...,S[255] = 255. Kenudian inisialisasi array lain (S-Box lain), misal array K dengan panjang 256. Isi array K dengan kunci yang diulangi sampai seluruh array K[0], K[1],...,K[255] terisi seluruhnya. Proses inisialisasi S-Box (Array S), Secara pseudocode, langkah ini dapat dituliskan sebagai berikut :

for i from 0 to 255     S[i] := i endfor j := 0 for i from 0 to 255     j := (j + S[i] + key[i mod keylength]) mod 256     swap values of S[i] and S[j] endfor

2) Pencarian nilai keystream (k)

Pencarian nilai keystream dilakukan dengan melakukan pertukaran lagi antar elemen S, tetapi salah satu nilai S kemudian disimpan pada k yang kemudian digunakan sebagai keystream. Lebih jelasnya dapat dilihat pada pseudocode dibawah ini

i := 0 j := 0 while GeneratingOutput:     i := (i + 1) mod 256     j := (j + S[i]) mod 256     swap values of S[i] and S[j]     K := S[(S[i] + S[j]) mod 256]     output K endwhile

nilai k inilah yang kemudian digunakan sebagai keystream.

3) Operasi XOR k dengan plaintext

nilai k yang sudah didapatkan dari langkah di atas kemudian dimasukkan dalam operasi XOR dengan plaintext yang ada, dengan sebelumnya pesan dipotong-potong terlebih dahulu menjadi byte-byte. Setelah operasi ini dilakukan, langkah 1) kembali dilakukan untuk mendapatkan indeks baru dari setiap elemen S.

Kelemahan Algoritma RC4

            Salah satu kelemahan dari RC4 adalah terlalu tingginya kemungkinan terjadi tabel S-box yang sama, hal ini terjadi karena kunci user diulang-ulang untuk mengisi 256 bytes, sehingga 'aaaa' dan 'aaaaa' akan menghasilkan permutasi yang sama. Untuk mengatasi ini maka pada implementasinya nanti kita menggunakan hasil hash 160 bit SHA dari password kita untuk mencegah hal ini terjadi. Kekurangan lainnya ialah karena enkripsi RC4 adalah XOR antara data bytes dan pseudo-random byte stream yang dihasilkan dari kunci, maka penyerang akan mungkin untuk menentukan beberapa byte pesan orisinal dengan meng-XOR dua set cipher byte, bila beberapa dari pesan input diketahui (atau mudah untuk ditebak). Untuk mengatasinya pada aplikasinya kita menggunakan initialization vector (IV) yang berbeda-beda untuk setiap data, sehingga bahkan untuk file yang sama akan dihasilkan ciphertext yang berbeda. IV ini tidak perlu dirahasikan karena digunakan hanya agar setiap proses enkripsi akan menghasilkan ciphertext yang berbeda.

Untuk lebih meningkatkan keamanan dari metoda ini dapat juga mengembangkan inisialisasi kunci yang baru yang kita sebut saja inisialisasi SK (strengtened key), pada proses ini kunci user di-expand hingga 260 byte (tetapi kemudian hanya 256 byte saja yang digunakan) dengan menggunakan SHA-1, caranya pertama kunci user dijadikan kunci, kemudian 1-20 byte pertama pada buffer diproses dengan SHA kemudian digestnya diletakan pada 20 byte pertama, kemudian diambil byte 1-40 diproses dengan SHA dan hasilnya diletakan mulai pada byte 20, berikutnya byte 1-60 hasilnya diletakkan pada mulai byte 40, dan seterusnya. Kemudian buffer ini dienkrip dengan RC4, lalu buffer dijadikan kunci kembali, proses terakhir ini diulang sebanyak 16 kali untuk mencoba mencampur dengan baik sehingga dihasilkan kunci yang se-random mungkin.

Untuk lebih jelas tetang proses ini dapat dilihat pada listing. Penggunaan SHA pada proses inisialisasi kunci bukanlah hal yang baru, hal ini dapat dilihat pada proses inisialisasi kunci SEAL misalnya. Penggunaan proses primitif enkripsi pada inisialisasi kunci juga digunakan juga pada Blowfish ataupun Cobra-128. Secara teoritis dengan proses ini akan ekivalen dengan menggunakan kunci sebesar 2048 bit, walaupun penulis sendiri tidak yakin akan hal ini (mungkin pembaca ada yang bisa memberikan tanggapan). Metoda ini tampaknya sedikit lebih rumit dari pada inisialisasi kunci standar, tetapi pada Pentium 133 prosesnya hanya memerlukan waktu kurang sari 10ms saja. Metoda ini walaupun kami anggap lebih kuat, tetapi belum teruji sehingga dalam penerapan aplikasinya terdapat dua pilihan yaitu dengan metoda SK ini atau dengan metoda standar.