Lihat sumber Mode operasi penyandian blok

Dalam [[kriptografi]], '''mode operasi penyandian blok''' adalah cara menggunakan penyandian blok secara berulang untuk data yang berukuran lebih besar daripada ukuran blok,<ref name=NISTproposal>{{cite web |url=http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/modes_development.html |author=NIST Computer Security Division's (CSD) Security Technology Group (STG) |title=Proposed modes |year=2013 |work=Cryptographic Toolkit |publisher=NIST |access-date=14 April 2013 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20130402203904/http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/modes_development.html |archive-date=2 April 2013}}
</ref><ref name="menezes1996">{{cite book |author1=Alfred J. Menezes  |author2=Paul C. van Oorschot  |author3=Scott A. Vanstone |year=1996 |title=Handbook of Applied Cryptography |publisher=CRC Press |isbn=0-8493-8523-7 |pp=[https://archive.org/details/handbookofapplie0000mene/page/228 228–233] |url=https://archive.org/details/handbookofapplie0000mene/page/228 |url-status=live |url-access=registration}}</ref><ref name=ISO10116>{{cite journal |authors= |title=ISO/IEC 10116:2006 – Information technology – Security techniques – Modes of operation for an ''n''-bit block cipher |journal=ISO Standards Catalogue |url=http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=38761 |year=2006 |url-status =live |archive-url=https://web.archive.org/web/20120317153312/http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=38761 |archive-date=17 Maret 2012}}</ref> tetapi tetap memberikan keamanan konfidensial dan autentik.<ref name=NISTmode>{{cite web |url=http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/index.html |author=NIST Computer Security Division's (CSD) Security Technology Group (STG) |year=2013 |title=Block cipher modes |work=Cryptographic Toolkit |publisher=NIST |access-date=12 April 2013 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20121106212417/http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/index.html |archive-date=6 November 2012}}</ref> Penyandian blok sendiri hanya cocok untuk enkripsi dan dekripsi sekelompok bit yang disebut blok.<ref name=ferguson2010>{{cite book |author1=Ferguson, N.  |author2=Schneier, B.  |author3=Kohno, T. |year=2010 |title=Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications |location=Indianapolis |publisher=[[John Wiley & Sons]] |isbn=978-0-4704-7424-2 |pp=63–64}}</ref>

Kebanyakan mode membutuhkan deret biner unik, sering disebut [[vektor inisialisasi]] (IV), untuk tiap enkripsi. IV harus tidak berulang dan, untuk beberapa mode,  bernilai acak. Vektor inisialisasi memastikan bahwa teks tersandi akan berbeda walau teks asalnya dienkripsi berulang kali dengan kunci yang sama. Penyandian blok bisa saja beroperasi pada data yang berukuran lebih dari satu blok. Namun, saat beroperasi, ukuran data yang diolah dalam satu waktu hanyalah satu blok. Penyandian blok beroperasi pada satu blok penuh sehingga diperlukan [[Bantalan (kriptografi)|bantalan]] untuk blok terakhir yang belum berukuran yang sesuai.<ref name=ferguson2010 /> Meski demikian, terdapat mode-mode yang tidak memerlukan bantalan karena menggunakan penyandian blok seperti [[penyandian aliran]].

== {{anchor|IV}} Vektor inisialisasi (IV) ==
{{utama|Vektor inisialisasi}}
Vektor inisialisasi (IV) atau variabel pemulai (SV)<ref name=ISO10116 /> adalah blok yang dipakai oleh beberapa mode untuk mengacak enkripsi sehingga menghasilkan teks tersandi yang berbeda meski teks asal dienkripsi berulang dengan kunci yang sama.

Vektor inisialisasi memiliki persyaratan keamanan yang berbeda dari kunci. Nilai IV tidak harus rahasia. Untuk kebanyakan mode, penting bahwa nilai IV tidak boleh dipakai ulang untuk kunci yang sama, yaitu hanya boleh dipakai sekali. Banyak mode penyandian blok yang memiliki keamanan lebih, seperti nilai IV harus acak atau acak semu.

== Bantalan ==
{{utama|Bantalan (kriptografi)}}
[[Penyandian blok]] bekerja pada ukuran tetap (ukuran blok). Namun, ukuran pesan sangat beragam. Jadi, beberapa mode (seperti [[#ECB|ECB]] dan [[#CBC|CBC]]) mewajibkan blok terakhir diberi bantalan (agar ukurannya sesuai) sebelum dienkripsi. Ada beberapa cara [[Bantalan (kriptografi)|pembantalan]]. Cara termudah adalah memberi bita kosong ke teks asal hingga memenuhi ukuran blok. Namun, ada perlakuan khusus untuk tetap mempertahankan ukuran teks asal.

== Mode-mode yang umum ==
Ada banyak mode operasi yang telah didefinisikan. Beberapa dituliskan di bawah ini. Tujuan mode operasi adalah untuk menyembunyikan pola yang ada pada teks asal seperti yang dijelaskan pada bagian [[#Kelemahan-ECB|kelemahan ECB]].

{| class=wikitable
|+ Ringkasan mode-mode operasi
! colspan=2 | Mode !! Rumus !! Teks tersandi
|-
| Buku kode elektronik{{break}}''Electronic codebook'' || ECB
| {{math|Y<sub>''i''</sub> {{=}} F(TeksAsal<sub>''i''</sub>, Kunci)}}
| {{math|Y<sub>''i''</sub>}}
|-
| Perantaian penyandian blok{{break}}''Cipher block chaining'' || CBC
| {{math|Y<sub>''i''</sub> {{=}} TeksAsal<sub>''i''</sub> XOR TeksTersandi<sub>''i''−1</sub>}}
| {{math|F(Y, Kunci); TeksTersandi<sub>0</sub> {{=}} IV}}
|-
| CBC merambat{{break}}Propagating CBC || PCBC
| {{math|Y<sub>''i''</sub> {{=}} TeksAsal<sub>''i''</sub> XOR (TeksTersandi<sub>''i''−1</sub> XOR TeksAsal<sub>''i''−1</sub>)}}
| {{math|F(Y, Kunci); TeksTersandi<sub>0</sub> {{=}} IV}}
|-
| Umpan balik penyandian{{break}}''Cipher feedback'' || CFB
| {{math|Y<sub>''i''</sub> {{=}} TeksTersandi<sub>''i''−1</sub>}}
| {{math|TeksAsal XOR F(Y, Kunci)}}; {{math|TeksTersandi<sub>0</sub> {{=}} IV}}
|-
| Umpan balik keluaran{{break}}''Output feedback'' || OFB
| {{math|Y<sub>''i''</sub> {{=}} F(Y<sub>''i''−1</sub>, Kunci)}}; {{math|Y<sub>0</sub> {{=}} F(IV, Kunci)}}
| {{math|TeksAsal XOR Y<sub>''i''</sub>}}
|-
| Pencacah{{break}}''Counter'' || CTR
| {{math|Y<sub>''i''</sub> {{=}} F(IV + ''g''(''i''), Kunci)}}; {{math|IV {{=}} token()}}
| {{math|TeksAsal XOR Y<sub>''i''</sub>}}
|-
| Pencacah Galois{{break}}Galois/''Counter''|| GCM
| [[Mode Pencacah Galois#Dasar matematis|Lihat penjelasan dasar matematis]]
| {{math|GHASH(H, A, C) {{=}} X<sub>''m'' + ''n'' + 1</sub>}} dengan C adalah teks tersandi
|}

Catatan: {{math|''g''(''i'')}} adalah fungsi deterministik, biasanya [[fungsi identitas]].

=== {{anchor|ECB}} Buku kode elektronik (ECB) ===
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = ECB
| data2   = Buku kode elektronik{{break}}''Electronic codebook''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Ya
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Ya
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Ya
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
Mode enkripsi paling sederhana adalah mode operasi '''buku kode elektronik''' (ECB), dinamai dari [[buku kode]] fisik.<ref>{{cite web |url=http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nistspecialpublication800-38a.pdf |title=Recommendation for Block Cipher Modes of Operation |website=NIST.gov |publisher=NIST |access-date=1 April 2017 |page=9 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20170329041940/http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nistspecialpublication800-38a.pdf |archive-date=29 Maret 2017}}</ref> Pesan-pesan dibagi ke dalam blok-blok lalu dienkripsi terpisah.

[[Gambar:ECB encryption.svg|600px]]
[[Gambar:ECB decryption.svg|600px]]

{{anchor|Kelemahan-ECB}}
Kelemahan metode ini adalah ketiadaan [[Pengacakan dan penghamburan|penghamburan]]. Karena ECB mengenkripsi teks asal yang sama menjadi teks tersandi yang sama, ia tidak menyembunyikan pola data dengan baik. ECB tidak disarankan untuk pemakaian protokol kriptografi.<ref>{{cite book |last1=Menezes |first1=Alfred J. |last2=van Oorschot |first2=Paul C. |last3=Vanstone |first3=Scott A. |year=2018 |title=Handbook of Applied Cryptography |page=228 |url=https://www.google.com/books/edition/Handbook_of_Applied_Cryptography/YyCyDwAAQBAJ}}</ref><ref>{{cite book |last1=Dam |first1=Kenneth W. |last2=Lin |first2=Herbert S. |year=1996 |title=Cryptography's Role in Securing the Information Society |page=132 |url=https://www.google.com/books/edition/Cryptography_s_Role_in_Securing_the_Info/H8OaAgAAQBAJ}}</ref><ref>{{cite book |last=Schneier |first=Bruce |year=2015 |title=Applied Cryptography: Protocols, Algorithms and Source Code in C |page=208 |url=https://www.google.com/books/edition/Applied_Cryptography/VjC9BgAAQBAJ}}</ref>

Contoh yang menunjukkan dengan jelas bahwa ECB dapat memunculkan pola teks asal pada teks tersandi adalah saat ECB dipakai untuk mengenkripsi citra yang terdiri dari warna yang seragam. Meski warna tiap [[piksel]] dienkripsi, citra secara utuh masih dapat diketahui karena bagian yang berwarna sama dienkripsi menjadi pola yang sama pula.

{{multiple image
| align    = center
| width    = 200px
| image1   = Tux.jpg
| caption1 = Citra asli
| image2   = Tux ecb.jpg
| caption2 = Hasil enkripsi dengan mode ECB
| image3   = Tux secure.jpg
| caption3 = Mode selain ECB menghasilkan acak semu
| footer   = Citra ketiga adalah hasil yang mungkin muncul bila dienkripsi dengan mode CBC, CTR, atau mode lain yang lebih aman, yaitu sulit dibedakan dari derau acak. Perhatikan bahwa hasil acak tidak menjamin bahwa citra telah dienkripsi dengan aman karena banyak enkripsi tak aman yang bisa menghasilkan keluaran yang "terlihat" acak.
}}

=== {{anchor|CBC}} Perantaian penyandian blok (CBC) ===
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = CBC
| data2   = Perantaian penyandian blok{{break}}''Cipher block chaining''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Tidak
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Ya
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Ya
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
Ehrsam, Meyer, Smith, dan Tuchman menemukan mode operasi '''perantaian penyandian blok''' (CBC) pada tahun 1976.<ref>{{cite patent |country=US |number=4074066 |status= |title=Message verification and transmission error detection by block chaining |pubdate=1976 |inventor=William F. Ehrsam, Carl H. W. Meyer, John L. Smith, dan Walter L. Tuchman}}</ref> Dalam mode CBC, tiap blok teks asal di-XOR dengan teks tersandi sebelumnya sebelum dienkripsi. Dengan cara ini, tiap blok teks tersandi bergantung pada semua blok teks asal yang telah diproses hingga blok saat itu. Untuk membuat tiap pesan unik, [[vektor inisialisasi]] harus dipakai dalam blok pertama.

[[Berkas:CBC encryption.svg|600px]]
[[Berkas:CBC decryption.svg|600px]]

Jika blok pertama berindeks 1, rumus enkripsi CBC adalah

: <math>C_i = E_K(P_i \oplus C_{i - 1})</math> dan
: <math>C_0 = IV,</math>

sedangkan rumus dekripsi CBC adalah

: <math>P_i = D_K(C_i) \oplus C_{i - 1}</math> dan
: <math>C_0 = IV.</math>

==== {{anchor|PCBC}} Perantaian penyandian blok merambat (PCBC) ====
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = PCBC
| data2   = Perantaian penyandian blok merambat{{break}}''Propagating cipher block chaining''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Tidak
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Tidak
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Tidak
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
Mode operasi '''perantaian penyandian blok merambat'''<ref>{{cite web |url=http://www.iks-jena.de/mitarb/lutz/security/cryptfaq/q84.html |title=Kryptographie FAQ: Frage 84: What are the Counter and PCBC Modes? |website=www.iks-jena.de |access-date=28 April 2018 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20120716222121/http://www.iks-jena.de/mitarb/lutz/security/cryptfaq/q84.html |archive-date=16 Juli 2012}}</ref> atau '''perantaian penyandian blok teks asal'''<ref>{{cite book |last1=Kaufman |first1=C. |last2=Perlman |first2=R. |last3=Speciner |first3=M. |year=2002 |title=Network Security |url=https://archive.org/details/networksecurityp0000kauf_i7s1 |edition=2 |location=Upper Saddle River |publisher=Prentice Hall |page=[https://archive.org/details/networksecurityp0000kauf_i7s1/page/319 319] |isbn=0130460192 }}</ref> didesain untuk membuat perubahan kecil pada teks tersandi merambat (menjalar) tanpa batas saat dekripsi dan enkripsi.

[[Gambar:PCBC encryption.svg|600px]]
[[Gambar:PCBC decryption.svg|600px]]

Algoritme enkripsi dan dekripsi sebagai berikut:

: <math>C_i = E_K(P_i \oplus P_{i - 1} \oplus C_{i - 1}), P_0 \oplus C_0 = IV</math> dan
: <math>P_i = D_K(C_i) \oplus P_{i - 1} \oplus C_{i - 1}, P_0 \oplus C_0 = IV.</math>

PCBC dipakai dalam [[Kerberos (protokol)|Kerberos v4]] dan [[WASTE]]. Pada pesan yang dienkripsi dalam mode PCBC, meski dua blok tersandi yang bersebelahan ditukar, dekripsi blok-blok selanjutnya tidak terpengaruh.<ref>{{cite book |last=Kohl |first=J. |year=1990 |title=Proceedings, Crypto '89 |location=Berlin |publisher=Springer |chapter=The Use of Encryption in Kerberos for Network Authentication |isbn=0387973176 |chapterurl=http://dsns.csie.nctu.edu.tw/research/crypto/HTML/PDF/C89/35.PDF |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20090612060426/http://dsns.csie.nctu.edu.tw/research/crypto/HTML/PDF/C89/35.PDF |archive-date=12 Juni 2009}}</ref> Karena itulah, PCBC tidak dipakai dalam Kerberos v5.

=== {{anchor|CFB}} Umpan balik penyandian (CFB) ===
==== CFB sederhana ====
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = CFB
| data2   = Umpan balik penyandian{{break}}''Cipher feedback''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Tidak
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Ya
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Ya
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
Dalam bentuk sederhananya, mode '''umpan balik penyandian''' (CFB) menggunakan seluruh keluaran penyandian blok. Dalam bentuk ini, ia sangat mirip dengan CBC. Dekripsi CFB dalam bentuk ini hampir identik dengan enkripsi CBC yang dibalik urutannya:

: <math>C_i = E_K (C_{i - 1}) \oplus P_i,</math>
: <math>P_i = E_K (C_{i - 1}) \oplus C_i,</math>
: <math>C_{0} = \text{IV}.</math>

[[Gambar:CFB encryption.svg|600px]]
[[Gambar:CFB decryption.svg|600px]]

==== CFB-1, CFB-8, CFB-64, CFB-128, dan lain-lain ====
NIST SP800-38A mendefinisikan CFB sesuai lebar bitnya.<ref name=dokBlokAES>{{cite journal |author=Morris Dworkin (NIST) |year=2001 |title=SP 800-38A, Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: Methods and Techniques |website=csrc.nist.gov |doi=10.6028/NIST.SP.800-38A |url=http://csrc.nist.gov/publications/nistpubs/800-38a/sp800-38a.pdf |access-date=28 April 2018 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20170828210645/http://csrc.nist.gov/publications/nistpubs/800-38a/sp800-38a.pdf |archive-date=28 Agustus 2017}}</ref>

<blockquote><!-- Tolong terjemahkan -->
''"The CFB mode also requires an integer parameter, denoted s, such that 1 ≤ s ≤ b. In the specification of the CFB mode below, each plaintext segment (P<sub>j</sub>) and ciphertext segment (C<sub>j</sub>) consists of s bits. The value of s is sometimes incorporated into the name of the mode, e.g., the 1-bit CFB mode, the 8-bit CFB mode, the 64-bit CFB mode, or the 128-bit CFB mode."''
</blockquote>

Mode-mode ini akan memangkas keluaran penyandian blok yang dipakai.

: <math>I_0 = \text{IV}</math>
: <math>I_i = \big((I_{i - 1} << s) + C_i\big) \bmod 2^b</math>
: <math>C_i = \operatorname{MSB}_s\big(E_K(I_{i - 1})\big) \oplus P_i</math>
: <math>P_i = \operatorname{MSB}_s\big(E_K(I_{i - 1})\big) \oplus C_i</math>

=== {{anchor|OFB}} Umpan balik keluaran (OFB) ===
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = OFB
| data2   = Umpan balik keluaran{{break}}''Output feedback''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Tidak
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Tidak
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Tidak
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
Mode '''umpan balik keluaran''' mengubah penyandian blok menjadi [[penyandian aliran]] sinkron. Ia membangkitkan blok aliran kunci yang kemudian di-XOR dengan blok teks asal untuk mendapatkan blok teks tersandi. Seperti penyandian aliran lain, mengubah satu bit pada teks tersandi akan mengubah satu bit pada teks asal di tempat yang sama. Sifat ini membolehkan kode pembetul galat untuk bekerja meski belum dikenai enkripsi.

Karena sifat simetri operasi XOR, enkripsi dan dekripsinya sama.

: <math>C_j = P_j \oplus O_j</math>
: <math>P_j = C_j \oplus O_j</math>
: <math>O_j = E_K(I_j)</math>
: <math>I_j = O_{j - 1}</math>
: <math>I_0 = \text{IV}</math>

[[Gambar:OFB encryption.svg|600px]]
[[Gambar:OFB decryption.svg|600px]]

=== {{anchor|CTR}} Pencacah (CTR) ===
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = CTR
| data2   = Pencacah{{break}}''Counter''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Ya
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Ya
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Ya
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
: Catatan: Mode CTR (''CTR mode'' atau CM) juga dikenal sebagai mode pencacah bilangan bulat (''integer counter mode'' atau ICM) dan pencacah bilangan bulat tersegmentasi (''segmented integer counter'' atau SIC).

Seperti OFB, mode pencacah mengubah [[penyandian blok]] menjadi [[penyandian aliran]]. Ia membangkitkan blok aliran kunci dengan mengenkripsi nilai pencacah selanjutnya. Mode CTR diperkenalkan oleh [[Whitfield Diffie]] dan [[Martin Hellman]] pada tahun 1979.<ref name=commentstonist>{{cite web |url=http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/documents/proposedmodes/ctr/ctr-spec.pdf |last1=Lipmaa |first1=Helger |last2=Wagner |first2=David |last3=Rogaway |first3=Phillip |year=2000 |title=Comments to NIST concerning AES Modes of Operations: CTR-Mode Encryption |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20150226072817/http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/documents/proposedmodes/ctr/ctr-spec.pdf |archive-date=26 Februari 2015}}</ref>

Perhatikan bahwa niai yang dipakai sekali (''nonce'') dalam diagram berikut sama dengan [[vektor inisialisasi]] (IV) dalam diagram lain.

[[Gambar:CTR encryption 2.svg|600px]]
[[Gambar:CTR decryption 2.svg|600px]]

=== {{anchor|GCM}} Pencacah Galois (GCM) ===
{{Kotak info
| headerstyle = background: #ccf;
| labelstyle  = background: #ddf;
| header1 = GCM
| data2   = Pencacah Galois{{break}}''Galois/Counter''
| label3  = Enkripsi paralel
| data3   = Ya
| label4  = Dekripsi paralel
| data4   = Ya
| label5  = Akses baca acak
| data5   = Ya
| belowstyle  = background: #ddf;
}}
GCM menggabungkan [[#CTR|mode pencacah]] dengan mode Galois. Fitur utamanya adalah kemudahan komputasi paralel dalam perkalian [[Medan berhingga|medan Galois]] yang dipakai untuk autentikasi.

[[Gambar:GCM-Galois Counter Mode with IV.svg|500px]]

== Referensi ==
{{reflist}}

{{kriptografi blok}}

[[Kategori:Mode operasi penyandian blok| ]]
[[Kategori:Algoritme kriptografi]]