Tajuk penuh tesis Nama penulis Nama ijazah Fakulti : APLIKASI KESELAMATAN MENGGUNAKAN KRIPTOGRAFI DAN TEKNIK PENYAMARAN DAN PENYARINGAN : GAN TECK LENG : IJAZAH SARJANA MUDA SAINS (SAINS KOMPUTER) : FALKULTI SAINS KOMPUTER DAN SISTEM MAKLUMAT Tarikh penghantaran : 7 MEI 2008
PSZ 19:16 (Pind. 1/97) UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA BORANG PENGESAHAN STATUS TESIS JUDUL : APLIKASI KESELAMATAN MENGGUNAKAN KRITOPGRAFI DAN ALGORITMA PENYAMARAN DAN PENYARINGAN SESI PENGAJIAN: 2007/2008 Saya GAN TECK LENG (HURUF BESAR) mengaku membenarkan tesis (PSM/Sarjana/Doktor Falsafah)* ini disimpan di Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dengan syarat-syarat kegunaan seperti berikut: 1. Tesis adalah hakmilik Universiti Teknologi Malaysia. 2. Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dibenarkan membuat salinan untuk tujuan pengajian sahaja. 3. Perpustakaan dibenarkan membuat salinan tesis ini sebagai bahan pertukaran antara institusi pengajian tinggi. 4. **Sila tanda ( ) SULIT TERHAD (Mengandungi maklumat yang berdarjah keselamatan atau kepentingan Malaysia seperti yang termaktub di dalam AKTA RAHSIA RASMI 1972) (Mengandungi maklumat TERHAD yang telah ditentukan oleh organisasi/badan di mana penyelidikan dijalankan) TIDAK TERHAD Disahkan oleh (TANDATANGAN PENULIS) (TANDATANGAN PENYELIA) Alamat Tetap 100,TAMAN BENUT JAYA, 82200 BENUT, PONTIAN JOHOR DR.SUBARIAH BINTI IBRAHIM Tarikh: 7 MEI 2008 Tarikh: 7MEI 2008 CATATAN: * Potong yang tidak berkenaan. ** Jika tesis ini SULIT atau TERHAD, sila lampirkan surat daripada pihak berkuasa / organisasi berkenaan dengan menyatakan sekali sebab dan tempoh tesis ini perlu dikelaskan sebagai SULIT atau TERHAD. Tesis dimaksudkan sebagai tesis bagi Ijazah Doktor Falsafah dan Sarjana secara penyelidikan, atau disertasi bagi pengajian secara kerja kursus dan penyelidikan, atau Laporan Project Sarjana Muda (PSM)
Saya akui bahawa saya telah membaca karya ini dan pada pandangan saya karya ini adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan Ijazah Sarjana Muda Sains (Sains Komputer). Tandatangan : Nama Penyelia : DR. SUBARIAH IBRAHIM Tarikh : 7 MEI 2008
APLIKASI KESELAMATAN MENGGUNAKAN KRITOGRAFI DAN ALGORITMA PENYAMARAN DAN PENYARINGAN GAN TECK LENG Tesis ini dikemukakan sebagai memenuhi syarat penganugerahan Ijazah Sarjana Muda Sains Komputer Fakulti Sains Komputer dan Sistem Maklumat Universiti Teknologi Malaysia MEI, 2008
ii saya akui ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya. Tandatangan : Nama Penulis :GAN TECK LENG Tarikh :7 MEI 2008
iii Untuk bapa, emak, kakak, adik sekeluarga, Rakan-rakan yang memahami, Para pensyarah yang jerih mendidik, Mereka yang menceburi bidang keselamatan Dan khas buat untuk semua pelajar
iv PENGHARGAAN Dengan mengambil kesempatan ini, saya ingin mengucapkan ribuan penghargaan kepada penyelia saya, Dr.Subariah Binti Ibrahim atas segala pandangan, nasihat serta perhatian yang beri sepanjang proses penyiapkan projek ini. Perhargaan ini juga ditunjukkan kepada ahli keluarga dan rakan-rakan yang sentiasa membantu dan tidak putus memberi dorongan kepada saya untuk menyiapkan projek ini. Tanpa kalian semua, mungkin projek ini tidak dapat disiapkan. Akhirnya, saya juga ingin mengucapkan terima kasih kepada para pensyarah Fakulti Sains Komputer dan Sistem Maklumat yang mengajar dan juga mereka yang terlibat secara langsung mahupun tidak demi menjayakan penghasilan projek ini.
v ABSTRAK Pada zaman ini, internet dan sistem rangkaian semakin canggih. Dengan adanya internet, pengguna komputer dapat berkomunikasi antara satu sama lain dengan mudah. Selain itu, proses penghantaran fail juga menjadikan semakin mudah dengan adanya internet. Selain membawa faedah kepada pengguna, internet juga membawa masalah kepada pengguna. Dengan adanya kemudahan komunikasi ini, internet menimbulkan masalah keselamatan informasi. Untuk mengatasi masalah keselamatan data, teknik penyulitan dan pemyembunyian data digunakan untuk memastikan data tidak dilihat atau diambil oleh pihak ketiga dengan tiada aplikasi penyahsulitan yang betul. Aplikasi yang akan dibangunkan adalah menggunakan dua teknik untuk melindungi fail iaitu teknik kriptografi dan teknik steganografi. Ini adalah kerana, hanya menggunakan teknik kriptografi, data yang hendak dilindungi akan menarik perhatian pihak ketiga untuk mencari jalan penyahkodan untuk mendapat data tersebut. Oleh itu, steganografi diimplemenkan dalam aplikasi ini supaya dapat menyembunyikan data. Selain itu, aplikasi ini juga boleh menyulitkan pelbagai format data seperti fail image, audio dan teks. Matlamat projek ini adalah melindungi data daripada dilihat, diguna, dan diubah oleh pihak ketiga. Secara kesimpulannya, pembangunan applikasi ini harap boleh melindungi data penting yang disimpan dan dihantar oleh orang ramai.
vi ABSTRACT Nowadays, the rapid development of internet promotes interactivity among PC users worldwide. It is a way to communications and data transference. However, this interconnectivity also creates data security and privacy issues. Data encryption and hidden techniques can solve many data security issues by making encrypted data virtually impossible to read without the proper decryption and retrieve tools. However, most of the tools only support one type of technique to protect the file. To solve this problem, this project developed an application, which can encrypt and hide data by combining cryptography and steganography together. Beside that, it also can encrypt some formats of data like video file, audio file and text file. The main purpose of this project is to protect the data from unauthorized access, use, and modification. In conclusion, the development of this application hopefully can provide a more secure way for people to save and send their important data.
vii KANDUNGAN BAB PERKARA HALAMAN JUDUL PENGAKUAN DEDIKASI PENGHARGAAN ABSTRAK ABSTRACT KANDUNGAN SENARAI JADUAL SENARAI RAJAH SENARAI SINGKATAN SENARAI ISTILAH SENARAI LAMPIRAN i ii iii iv v vi vii xi xii xv xvi xvii BAB 1 PENGENALAN 1.1 Pengenalan 1 1.2 Latarbelakang Masalah 2 1.3 Matlamat 3 1.4 Objektif 3 1.5 Skop Projek 4 1.6 Justifikasi/Kepentingan 4
viii BAB 2 KAJIAN LITERATUR 2.1 Pengenalan 5 2.2 Kajian Tentang Sistem Sedia Ada 5 2.2.1 Steg Hide 6 2.2.2 Invisible Secret 4 7 2.2.3 Sistem Crypteks 9 2.3 Analisis Masalah Mengenai Sistem Sedia Ada 9 2.4 Kajian Ke Atas Teknik-teknik Dan Teknologi- Teknologi 11 2.5 Kriptografi 11 2.5.1 Sistem Penyulitan 11 2.5.1.1 Sifer Simetrik 12 2.5.1.2 Sifer Tak Simetrik 13 2.5.2 Kajian Algoritma Penyulitan Bagi Fail Teks 14 2.5.2.1 DES 14 2.5.2.2 AES 16 2.5.2.3 Blowfish 19 2.5.2.4 TEA 20 2.5.3 Kajian Algoritma Penyulitan Bagi Fail Audio 21 2.5.4 Kajian Algoritma Penyulitan Bagi Fail Imej 22 2.6 Teknik Steganografi 22 2.6.1 Jenis Steganografi 23 2.6.2 Teknik Penyamaran Dan Penyaringan 25 2.7 Teknik Fungsi Cincang 26 2.7.1 Algoritma Secure Hash Algorithm(SHA) 27 2.8 Rumusan 27 BAB 3 METODOLOGI 3.1 Pengenalan 28 3.2 Metodologi Yang Digunakan 28 3.3 Justifikasi Pemilihan Metodologi 29 3.4 Metodologi Pembangunan Aplikasi 30
ix 3.4.1 Fasa Penyiasatan Awalan dan Perancangan 30 3.4.2 Fasa Analisa Aplikasi 31 3.4.3 Fasa Rekabentuk Aplikasi 32 3.4.4 Fasa Implementasi 33 3.5 Spesifikasi Sistem 33 3.5.1 Keperluan Perkakasan 33 3.5.2 Keperluan Perisian 34 3.5.3 Spesifikasi Input Dan Hasil Jangkaan 34 3.6 Kesimpulan 35 BAB 4 REKABENTUK SISTEM 4.1 Pengenalan 36 4.2 Rekabentuk Sistem 36 4.2.1 Permodelan Rajah Kes Guna 38 4.2.1.1 Aktor 39 4.2.1.2 Rajah Kes Guna 39 4.2.2 Gambarajah Jujukan 41 4.2.3 Gambarajah Aktiviti 42 4.3 Fasa Rekabentuk Aliran Kerja 43 4.4 Rekabentuk Antaramuka 44 4.5 Proses Pengekodan Fungsi-Fungsi Aplikasi 48 BAB 5 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN 5.1 Pengenalan 49 5.2 Persekitaran Pembangunan 49 5.2.1 Pemasangan dan Konfigurasi Perisian Visual C++ 6.0 49 5.3 Pembangunan Antara Muka Sistem 50 5.4 Pembangunan Pengaturcaraan Aplikasi 51 5.5 Ralat Mesej Semasa Memasukkan Input Tidak
x Benar 58 5.5.1 Mesej Ralat Untuk Validasi Kekunci 58 5.5.2 Mesej Ralat Semasa Validasi Saiz Fail Untuk Proses Penyembunyian 60 5.6 Pengujian 61 5.6.1 Pengujian Proses Penyulitan Dan Penyahsulitan 61 5.6.2 Pengujian Proses Penyembunyian Dan Pemulihan Fail 61 BAB 6 PERBINCANGAN DAN KESIMPULAN 6.1 Pendahuluan 77 6.2 Ringkasan Projek 77 6.3 Hasil dan Capaian Projek 79 6.4 Sumbangan Projek 80 6.5 Cadangan Kajian Lanjutan 80 6.5.1 Kelemahan Aplikasi 80 6.5.2 Cadangan Pembaikan/Peningkatan 81 6.6 Kesimpulan 81 SENARAI DOKUMEN RUJUKAN 82 LAMPIRAN A 84 LAMPIRAN B 87 LAMPIRAN C 96 LAMPIRAN D 101 LAMPIRAN E 103 LAMPIRAN F 113
xi SENARAI JADUAL NO. JADUAL TAJUK HALAMAN 2.1 Perbandingan Sistem Cadangan Dengan Sistem Sedia Ada 10 3.1 Senarai Perkakasan Yang Diperlukan Untuk Membangunkan Sistem. 33 4.1 Peranan Rajah Kes Guna 40
xii SENARAI RAJAH NO.RAJAH TAJUK HALAMAN 2.1 Antaramuka Steg-hide 7 2.2 Invisible Secrets 4 8 2.3 Antaramuka Cryptext 9 2.4 Sifer Simetrik 12 2.5 Sifer Tak Simetrik 13 2.6 Struktur DES 15 2.7 Transformasi SubBytes 17 2.8 Transformasi Shiftrows 18 2.9 Transformasi Mixcolumns 18 2.10 Transformasi Addroundkey 19 2.11 Struktur Fiestel Bagi Blowfish 20 2.12 Dua Pusingan Fiestel Bagi TEA 21 2.13 Frekuensi Penyamaran Di Dalam Human Audiotory System(HAS) 26 3.1 Model Proses Metodologi Prototaip 29 4.1 Rekabentuk Sistem 37 4.2 Rekabentuk Senibina Sistem 37 4.3 Kes Guna 38 4.4 Fasa Rekabentuk Aliran Kerja 44 4.5 Menu Untuk Proses Penyulitan 45 4.6 Menu Untuk Proses Penyembunyian Dan Pemulihan 46 5.1 Antaramuka Antaramuka Proses Penyulitan Dan Penyahsulitan 50 5.2 Antaramuka Proses Penyembunyian Dan Pemulihan 51
xiii 5.3 Contoh Sebahagian Kod Penyulitkan AES 52 5.4 Sebahagian Kod Aturcara Algoritma Blowfish 53 5.5 Contoh Sebahagian Kod Aturcara TEA 54 5.6 Contoh Sebahagian Kod Aturcara Menyembunyikan Fail Ke Dalam Fail Wave 55 5.7 Contoh Sebahagian Kod Aturcara Menyembunyikan Fail Ke dalam Fail Teks 56 5.8 Contoh Sebahagian Kod Aturcara Menyembunyikan Fail Ke Dalam Fail Bitmap 57 5.9 Mesej Ralat Bagi Kesalahan Katakunci 58 5.10 Mesej Ralat Semasa Tidak Memasukkan Katakunci 59 5.11 Ralat Semasa Memasukkan Katakunci Kali Kedua 59 5.12 Mesej Ralat Apabila Fail Yang Hendak Disembunyikan Terlalu Besar 60 5.13 Perbandingan Fail Sebelum dan Selepas Proses Penyembunyian 62 5.14 Perbandingan Fail Teks Asal Dengan Fail Teks Yang Melindungi Fail Teks 63 5.15 Perbandingan Peyembunyian Fail Imej Ke Dalam Fail Teks 64 5.16 Perbandingan Penyembunyian Fail Bunyi Ke Dalam Fail Teks 66 5.17 Perbandingan Penyembunyian Mesej Ke Dalam Fail Imej 69 5.18 Perbandingan Penyembunyian Fail Teks Ke Dalam Fail Imej 70 5.19 Perbandingan Penyembunyian Fail Imej Ke Dalam Fail Imej 72 5.20 Perbandingan Fail Imej Penyembunyian Fail Bunyi 73 5.21 Perbandingan Penyembunyian Fail Penyulitan Ke Dalam Fail Imej 75
xiv SENARAI SINGKATAN AES - Advanced Encryption Standard BMP - Bitmap DES - Data Encryption Standard ECKBA - Enhanced Chaostic Key-Based Algorithm HAS - Human Auditory System JPEG - Joint Photographic Expert Group LSB - Least Significant Bits RSA - Ron Rivest, Adi Shamir dan Len Adleman RC5 - Rivest Code 5 TEA - Tiny Encryption Standard
xv SENARAI ISTILAH Kriptografi - Cryptography Penyahsulitan - Decrypt Penyulitan - Encrypt Penyembunyian - Hidden Pemulihan - Retrieve Simetri - Symmetric Steganografi - Steganography Tak Simetri - Asymmetric Teks - Text
xvi SENARAI LAMPIRAN LAMPIRAN TAJUK HALAMAN LAMPIRAN A Carta Gantt Projek 1 Dan Carta Gantt Projek 2 84 LAMPIRAN B Rajah Jujukan Dan Rajah Kerjasama 87 LAMPIRAN C Rajah Aktiviti 96 LAMPIRAN D Soalan-Soalan Temuduga 101 LAMPIRAN E Laporan Kes Pengujian 103 LAMPIRAN F Manual Pengguna 113
1 BAB 1 PENGENALAN 1.1 Pengenalan Pada zaman ini, revolusi digital dan kemajuan teknologi komputer membawa perubahan yang besar kepada kehidupan masyarakat. Dengan adanya komputer, kebanyakan kerja dapat diselesaikan dengan pantas dan segala data dapat disimpan dalam format digital. Data digital membolehkan data dihantar dan dikongsi dengan mudah. Walaupun, komputer membawa banyak faedah kepada pengguna tetapi komputer juga membawa masalah keselamatan komputer kepada pengguna seperti: Trojan, Virus, dan Worm. Masalah keselamatan komputer ini membolehkan orang ramai mengetahui kepentingan keselamatan komputer. Keselamatan data adalah salah satu bahagian daripada keselamatan komputer yang dibimbangi orang ramai. Ini adalah kerana, semua orang tidak mengingini rahsia mereka diketahui oleh orang lain. Dengan adanya teknik penyulitan dan penyembunyian data, kita boleh menangani masalah keselamatan data dengan menyulitkan dan menyembunyikan data supaya tidak dilihat atau dibaca oleh orang yang tidak berhak untuk melihatkan data tersebut. Keselamatan data adalah penting, ini dapat dilihatkan daripada pihak berkuasa sesebuah negara sentiasa mencari penyelesaian untuk melindungi data rahsia seperti maklumat tentera dan maklumat kewangan. Sekiranya maklumat
2 tersebut diketahui oleh pihak ketiga akan menyebabkan masalah yang besar terhadap sesebuah negara. Selain itu, peniaga juga perlu melindungi maklumat rahsia seperti maklumat pekerja, maklumat pembeli dan lain-lain lagi. Kebanyakan maklumat ini disimpan dan diproses dalam komputer dan dihantarkan kepada komputer lain melalui rangkaian komputer (21). Sekiranya maklumat yang rahsia ini diketahui oleh pesaing akan menyebabkan perniaga tersebut mendapat kesan buruk seperti hilang daya bersaing. Oleh itu, melindungi maklumat rahsia adalah keperluan perniagaaan. Bagi orang ramai, teknik penyulitan dan penyembunyian digunakan untuk melindungi data rahsia mereka. Dalam projek ini, suatu aplikasi keselamatan dengan konsep kriptografi dan steganografi dicadangkan untuk melindungi data. Teknik kriptografi adalah digunakan untuk menyulitkan data supaya tidak dapat dibaca oleh orang lain. Bagi teknik steganografi pula, adalah digunakan untuk menyembunyikan data ke dalam fail lain supaya orang lain tidak dapat mengetahui kewujudan fail tersebut. Alasan mengimplemenkan dua teknik dalam aplikasi ini adalah kerana dengan hanya menggunakan kriptografi akan menarik perhatian orang lain untuk mengetahui kandungan fail tersebut. Oleh itu, dengan menggunakan teknik steganografi, fail yang telah disulit dapat disembunyikan ke dalam fail lain supaya tidak menarik perhatian orang lain. Secara kesimpulannya, aplikasi yang akan dibangunkan di akhir projek ini adalah dibangunkan dengan konsep kriptografi dan steganografi untuk memberi perlindungan kepada data supaya tidak diketahui oleh pihak ketiga. 1.2 Latarbelakang Masalah Penghantaran fail melalui rangkaian komputer menghadapi pelbagai ancaman keselamatan (1). Ini akan mengurangkan tahap rahsia sesuatu data apabila dihantarkan melalui rangkaian komputer kerana data tersebut boleh diambil atau diketahui oleh orang lain semasa hantaran data sebab data tersebut akan melalui
3 banyak komputer semasa hantar melalui internet. Apabila data tersebut jatuh pada orang yang tidak bertanggugjawab akan membawa kesan yang buruk kepada sesiapa yang menghantarkan dan menerima data tersebut. Untuk mengatasi masalah ini, aplikasi ini mengabungkan dua teknik iaitu kriptografi dan steganografi untuk melindungi data daripada diperoleh oleh pihak ketiga. Selain itu, banyak aplikasi keselamatan yang terdapat di pasaran hanya menyokong sejenis format data (9). Dengan mengambil berat faktor ini, projek ini akan menghasilkan satu aplikasi yang menyokong pelbagai format data seperti fail teks, fail imej, dan fail audio. Dalam aplikasi ini, dua teknik digunakan untuk melindungi data iaitu kriptografi dan steganografi. Kalau kita hanya menyulitkan data dengan teknik kriptografi, ini akan menarik perhatian orang lain untuk mengetahui kandungan fail tersebut (10). Oleh itu, aplikasi ini menyembunyikan data dengan teknik steganografi selepas menyulitkan data dengan teknik kriptografi supaya data yang disembunyikan dengan aplikasi ini tidak menarik perhatian orang lain. Selain itu, untuk memudahkan pengguna menggunakan aplikasi ini. Proses penyembunyian dan penyulitan dapat dijalankan secara berasingan. 1.3 Matlamat Matlamat bagi projek ini adalah membangunkan suatu aplikasi yang boleh melindungi keselamatan data dengan menggunakan konsep kriptografi dan steganografi. 1.4 Objektif Objektif-objektif bagi projek ini adalah:
4 1. Mengkaji kriptografi dengan teliti untuk mencari algoritma yang sesuai untuk melindungi keselamatan data. 2. Mengkaji teknologi steganografi untuk menyembunyikan data ke dalam data lain. 3. Membangunkan satu modul yang boleh melindungi keselamatan data dengan menggunakan teknik kriptografi dan steganografi. 4. Melaksanakan pengujian terhadap keberkesanan aplikasi. 1.5 Skop Projek Skop-skop projek adalah: 1. Beberapa algoritma kriptografi dikaji iaitu AES, DES, Blowfish dan TEA. 2. Dua algoritma steganografi dikaji iaitu LSB dan penyamaran dan penyaringan. 3. Tiga jenis fail dikaji iaitu imej, teks dan bunyi. 4. Aplikasi ini boleh digunakan dalam sistem pengoperasian window XP. 1.6 Justifikasi/ Kepentingan Projek ini dibangunkan untuk melindungi data yang penting daripada dibaca oleh orang lain apabila dihantar melalui rangkaian komputer atau disimpan dalam komputer. Pengguna yang akan mendapat faedah daripada aplikasi ini adalah sesiapa yang bekerja di syarikat kecil. Dengan adanya aplikasi ini, pengguna tidak perlu membimbangkan data rahsia dilihat atau diambil oleh orang lain. Selain itu, aplikasi ini memudahkan pengguna dengan membolehkan pengguna memilih proses yang hendak dijalankan sama ada proses penyulitan atau proses penyembunyian.