Studi dan Implementasi Keamanan User Privacy menggunakan CP-ABE

Samsul Huda (1), Amang Sudarsono (2), Tri Harsono (3)

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Jalan Raya ITS Sukolilo 60111, Surabaya.

Email : samsul.eepis@gmail.com, amang@pens.ac.id, trison@pens.ac.id.

Data privacy merupakan salah satu problem security utama dalam pertukaran data melalui jaringan

publik. Telah banyak berkembang algoritma kriptografi untuk mengatasi segala aspek keamanan yang mungkin

memiliki celah. Namun bila keamanan algoritma bergantung pada kerahasian algoritma yang bekerja, maka

algoritma tersebut dikatakan sebagai algoritma yang memiliki kemampuan terbatas. Kerahasian algoritmanya

menjadi suatu kelemahan karena tidak mengijinkan adanya kontrol kualitas atau standarisasi. Attribute based

encryption (ABE) merupakan jenis algoritma enkripsi yang relatif baru dengan kerahasiaan berdasarkan konrol

hak aksesChipertext Policy-Attribute based encryption(CP-ABE) hadir sebagai varian dari ABE yang

mengkorespondenkan kunci privat dengan sekumpulan attribut yang melekat pada setiap user yang berhubungan

dengan aturan policy untuk proses enkripsi dan dekripsisehingga mendukung aspek user privacy. Dari hasil

eksperimen, CP-ABE dapat diimplementasikan dalam mengamankan pertukaran data dengan tetap menjaga

kerahasisaan informasi user yang bersifat pribadi. Proses enkripsi dan dekripsi dalam CP-ABE dengan spesifikasi

peralatan yang digunakan membutuhkan waktu komputasi sekitar 100 ms.

1. Pendahuluan

Pertukaran data baik berupa gambar, suara

dan video semakin mudah dilakukan dengan adanya

jaringan dengan kecepatan tinggi. Akan tetapi karena

penggunaan dari jaringan publik yang bersifat global

dan terbuka, dimana setiap pengguna dapat saling

berkomunikasi dan bertukar informasi, hal ini

menimbulkan permasalahan di sisi keamanan

khususnya data privacy [3][5]. Data-data pribadi yang

dikirimkan melalui internet, tidak seharusnya dapat

dibaca dan dimiliki oleh orang lain yang tidak

berkepentingan. Agar kerahasiaan data tetap terjamin

saat dipertukarkan dibutuhkan suatu mekanisme untuk

menjaga keamanan data tersebut. Kriptografi

merupakan solusi untuk membatasi hak akses akan

layanan atau data yang bersifat pribadi [2][3]. Telah

banyak berkembang algoritma kriptografi untuk

mengatasi segala aspek keamanan yang mungkin

memiliki celah. Namun bila keamanan algoritma

bergantung pada kerahasian algoritma yang bekerja,

maka algoritma tersebut dikatakan sebagai algoritma

yang memiliki kemampuan terbatas[2].

Algoritma terbatas biasanya digunakan oleh

sekelompok orang untuk bertukar pesan satu sama

lain. Mereka membuat suatu algoritma enkripsi dan

algoritma enkripsi tersebut hanya diketahui oleh

anggota kelompok itu saja. Tetapi, algoritma terbatas

tidak cocok lagi jika digunakaan saat ini, disebabkan

karena setiap kali ada anggota kelompok yang keluar,

maka algoritma kriptografi harus diganti lagi.

Kerahasian algoritmanya menjadi suatu kelemahan

karena tidak mengijinkan adanya kontrol kualitas atau

standarisasi. Attribute based encryption (ABE)[4]

merupakan jenis algoritma enkripsi yang relatif baru

dengan berbasis attribut yang memiliki tingkat

keamanan tinggi dengan tingkat komputasi rendah

berdasarkan kontrol hak akses.

ABE dapat diimplementasikan sebagai

sistem keamanan pada perangkat mobile dengan

karakteristik kecepatan processor rendah [4].

Chipertext Policy-Attribute based encryption (CP-

ABE) [1] merupakan varian dari ABE yang

mengkorespondenkan kunci privat dengan

sekumpulan attribut yang melekat pada setiap user

yang berhubungan dengan aturan policy untuk proses

enkripsi dan dekripsi. Hal ini memungkinkan setiap

user memiliki private key yang unik, yang

didefinisikan oleh propertis atribut mereka. Seorang

pengguna akan dapat mendekripsi ciphertext, jika dan

hanya jika atributnya memenuhi aturan policy yang

didefinisikan pada ciphertext.

Pada penelitian ini, kami

mengimplementasikan algoritma CP-ABE dalam

proses pertukaran data (data exchange) yang

melibatkan 3 entitas, 2 user dan 1 server sebagai

Trusted Third Party (TTP) melalui jaringan wireless.

2. Dasar Teori

2.1 Kriptografi Kunci Publik

Kriptografi kunci public (public key

cryptography) atau lebih dikenal dengan kriptografi

asimetris didesain sebaik mungkin sehingga kunci

yang digunakan untuk enkripsi berbeda dengan kunci

dekripsinya. Dimana kunci untuk enkripsi bersifat

publik, sementara kunci dekripsinya bersifat rahasia

(hanya diketahui oleh penerima pesan) [2]. Pada

kriptografi asimetris, setiap orang yang akan

berkomunikasi harus mempunyai sepasang kunci,

yaitu kunci privat dan kunci publik. Pengirim pesan

akan mengenkripsi pesan menggunakan kunci publik

si penerima pesan dan hanya penerima pesan yang

dapat mendekripsi pesan tersebut karena hanya dia

yang mengetahui kunci privatnya sendiri [2].

Kriptografi kunci-publik dapat dianalogikan

seperti kotak surat yang terkunci dan memiliki lubang

untuk memasukkan surat. Setiap orang dapat

memasukkan surat ke dalam kotak surat tersebut,

tetapi hanya pemilik kotak yang dapat membuka kotak

dan membaca surat di dalamnya karena ia yang

memiliki kunci. Sistem ini memiliki dua keuntungan.

Yang pertama yaitu, tidak ada kebutuhan untuk

mendistribusikan kunci privat sebagaimana pada

sistem kriptografi simetri. Kunci publik dapat dikirim

ke penerima pesan melalui saluran yang sama dengan

saluran yang digunakan untuk mengirim pesan.

Saluran untuk mengirim pesan umumnya tidak aman.

Kedua, jumlah kunci yang digunakan untuk

berkomunikasi secara rahasia dengan banyak orang

tidak perlu sebanyak jumlah orang tersebut, cukup

membuat dua buah kunci, yaitu kunci publik bagi para

koresponden untuk mengenkripsi pesan, dan kunci

privat untuk mendekripsi pesan. Berbeda dengan

kriptografi kunci-simetris yang membuat kunci

sebanyak jumlah pihak yang diajak berkorespondensi

[2].

2.2 Elliptic Curve Cryptography

Elliptic Curve Cryptography (ECC) adalah

salah satu pendekatan algoritma kriptografi kunci

publik dengan tingkat keamanannya berdasarkan pada

permasalahan matematis kurva eliptik pada struktur

aljabar dari kurva ellips pada daerah finite [2]. ECC

menggunakan masalah logaritma diskrit pada titik-titk

kurva elips yang disebut dengan ECDLP (Elliptic

Curves Discrete Logarithm Problem). Oleh

karenanya, ecc mempunyai keuntungan jika

dibandingkan dengan algoritma kriptografi kunci

publik lainnya yaitu dalam hal ukuran panjang kunci

yang lebih pendek tetapi memiliki tingkat keamanan

yang sama. Kriptosistem kurva ellips ini dapat

digunakan pada beberepa keperluan seperti:

a. Skeme enkripsi (ElGamal ECC)

b. Tanda tangan digital (ECDSA – Elliptic

Curves Digital Signature)

c. Protokol pertukaran kunci (Diffie Hellman

ECC)

2.3 CP-ABE

Chipertext Policy-Attribute based encryption

(CP-ABE) menambahkan fitur baru yang menjadi

kelebihan utama dalam sis tem keamanan jaringan

komputer, yaitu user privacy [1]. Dalam

implementasinya, CP-ABE menggunakan attribut dari

masing-masing user sebagai faktor penentu yang

dapat mendekripsi pesan berdasarkan policy yang

dibuat. Dalam CP-ABE chipertext berasosiasi dengan

policy yang dibuat. Terdapat 5 tahapan fundamental

yang terdapat dalam algoritma CP-ABE. Tahapan-

tahapan tersebut dapat digambarkan dalam gambar 1.

Gambar 1. Tahapan CP-ABE[1]

a. Setup

Tahapan yang dilakukan pertama dalam

algoritma CP-ABE adalah proses setup. Dalam

tahapan ini, dilakukan inisialisasi awal yang

sesuai dengan bilinear group yang direncanakan.

Dibutuhkan initial security parameter sehingga

dalam setup ini dihasilkan komponen PK(Public

Key) dan MK(Master Key).

b. Encrypt

Pada tahapan ini, dilakukan proses enkripsi

terhadap pesan M. Diperlukan komponen PK

serta auran access policy τ yang telah ditetapkan

atau disepakati antara encryptor dan decryptor.

Setelah melalui proses enkripsi pesan M dirubah

formatnya menjadi chipertext CT. Komponen

CT ini yang akan dikirim ke user tujuan.

c. Keygen

Tahapan selanjutnya adalah pembangkitan kunci

privat SK(Secret Key). Dibutuhkan parameter

input berupa MK dan serangkaian atribut S yang

akan didaftarkan ke setiap user.

d. Decrypt

Setelah CT diterima, user belum mengerti

maksud dari pesan tersebut. Penerima harus

mendekripsi pesan CT dengan masukan

parameter SK, access policy τ dan attribute S.

Pesan hanya dapat di dekripsi bila SK yang

berasosiasi dengan atribut S memenuhi aturan

policy τ .

e. Delegate

Dengan adanya delegasi ini memungkinkan user

untuk menghasilkan kunci privat SK baru dari

kumpulan atribut S.

3. Perancangan dan Implementasi Sistem

Dalam implementasinya, kami mengadopsi

dari algoritma CP-ABE dengan menerapkan 4 aspek:

a. Setup

b. Keygen

c. Encrypt

d. Decrypt

Pada penelitian ini di desain eksperimen

menggunakan Trusted Third Party sebagai key

generator dan key distributor. Terdapat 2 user, andi

dan budi yang saling mempertukarkan data melalui

jaringan publik yang rawan akan intercept dari pihak

Setup

Decrypt

Encrypt

Delegate

keygen

CP-ABE Process

yang tidak memiliki otoritas. User dan server dalam

bentuk perangkat laptop dengan spesifikasi seperti

tabel 1. Dilakukan pertukaran data tekt dengan ukuran

20 byte.

Tabel 1. Spesifikasi perangkat

Spesifikasi Keterangan

Software Gcc-4.7, gmp-5.1.1,

pbc-lib-0.5.14, glib2.34,

openssl-1.0.1c

O/S Debian Linux kernel-

3.5.0-17

CPU Intel core i3-370M 2.4

GHz

RAM 4GB DDR3

Enkripsi dilakukan dengan menentukan

aturan policy yang akan diterapkan dan melekat pada

pesan yang telah menjadi chipertext. Aturan ini yang

akan menentukan siapa saja yang memiliki otoritas

untuk mendekripsi chipertext.

Gambar 2. Prosedur enkripsi

Aturan policy yang diterapkan adalah bahwa

pesan tersebut hanya dapat di dekripsi oleh seorang

yang berada pada IT department atau seorang yang

berada di bagian marketing dan menjabat sebagai

manager. Selengkapanya seperti gambar 3.

Gambar 3. Aturan policy

Aturan policy tersebut akan berlaku ketika

proses enkripsi terjadi dengan meng-asosiasikan

aturan tersebuat dengan atribut user yang berwenang

mendekrip pesan. Attribut yang dirancang adalah user

andi memiliki proserti : manager, IT department dan

user budi : manager, sales seperti pada tabel 2.

Tabel 2. Attribut User

Andi Budi

Manager Manager

IT Department Sales

Desain sistem dalam eksperimen ini

menggunakan 3 perangkat dengan tahapan :

[1] User adi dan budi melakukan registrasi ke

TTP dengan mendaftarkan atribut-atribut

yang melekat pada diri user . TTP akan

mengirimkan balasan berupa kunci privat

sebagai tanda bahwa registrasi berhasil.

[2] User andi dan user budi melakukan

komunikasi dengan cara melakuakn

pertukaran data secara aman.

Gambar 4. Desain sistem

4. Hasil

Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran

performa dari algoritma CP-ABE. Performa

implementasi algoritma enkripsi dalam sistem data

dinilai berdasarkan perhitungan waktu eksekusi dan

kemampuan privacy dari data yang dipertukarkan.

a. Perhitungan waktu eksekusi

Setup Keygen Enkripsi Dekripsi

32.34 ms 26.02 ms 80,04 ms 100.12 ms

b. Kekuatan Enkripsi

Dari hasil eksperimen diketahui bahwa

berdasarkan aturan policy yang telah dibuat,

hanya user dengan atribut yang memenuhi atau

sesuai dengan aturan policy lah yang bisa

mendekripsi chipertext menjadi pesan asli. Dari

pesan original berukuran 20 byte dihasilkan

ciphertext dengan ukuran 822 byte.

5. Kesimpulan

Chipertext Policy-Attribute based encryption

(CP-ABE) dapat diimplementasikan dalam

mengamankan pertukaran data dengan tetap menjaga

kerahasisaan informasi user yang bersifat pribadi.

Proses enkripsi dan dekripsi dalam CP-ABE dengan

spesifikasi peralatan yang digunakan membutuhkan

waktu komputasi sekitar 100 ms.

Message M

CP-ABEEncryption

CT CTCP-ABE

Decryption

Message M

AccessPolicy

Pk

Sk

Pk

Encryption Decryption

AccessPolicy

IT Dept.

OR

MarketingManager

AND

Andi Budi

TTP

1 1

2

Referensi

[1] J.Bethencourt, A.Sahai, dan B.Waters,

“Ciperthext-policy Attribute-Based Encryption”,

IEEE Symposium on Security and

Privacy,pp.321-334, 2007.

[2] W. Stalling. Network Security Essentials:

Applications and Standards, Fourth edition,

Prentice-Hall, Inc., 2011.

[3] Shailender Gupta dan Chander Kumar, “Shared

Information Based Security Solution for Mobile

Ad Hoc Networks”, international Journal of

wireless & mobile networks(IJWMN),

Vol.2, No.1, February 2010, pp.176-187, 2010.

[4] T. Nishide, K. Yoneyama, and K. Ohta. Attribute-

based encryption with partially hidden encryptor-

specified access structures. In S. M. Bellovin, R.

Gennaro, A. D. Keromytis, and M. Yung, editors,

ACNS, volume 5037 of Lecture Notes in

Computer Science, pages 111– 129, 2008.

[5] Amang Sudarsono, Toru Nakanishi, and Nobuo

Funabiki, “An Implementation of a Pairing-

Based Anonymous Credential System with

Constant Complexity”, Proceeding of The

International Multi Conference of Engineers and

Computer Scientists 2011 (IMECS2011), pp.

630-635, March 16-18, Hong Kong, 2011.

[6] J.Benthencourt, A.Sahai, and B.Waters, cpabe

toolkit in advanced Crypto Software Collection,

http://hms.isi.jhu.edu/acsc/cpabe/.

[7] BenLynn, PBC (Pairing-Based Cryptography)

library, http://crypto.stanford.edu/pbc/.