Terakreditasi Peringkat Sinta 4 berdasarkan Petikan dari Keputusan Menteri Riset dan Teknologi/ Kepala Badan Riset dan Inovasi Nasional Nomor 200/M/KPT/2020, masa berlaku mulai Vol.3 No.1 tahun 2018 s.d Vol.7 No.2 tahun 2022

## Meningkatkan Keamanan Pesan Rahasia pada Vigenere Cipher Menggunakan Kombinasi Caesar Cipher dan Multiple-Key
Khansa Intani 1 , Gita Wulandari 2 , Halimatul Hasanah 3 , Ihsan L. Syarifudin 4 , Eugenius M. C. Brillian 5 1,2,3,4,5 Teknik Komputer, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Amikom Yogyakarta, Indonesia
1 khansaintani@students.amikon.ac.id
2 gitawulandari@students.amikom.ac.id
3 halimatulhasanah@students.amikom.ac.id
4 syarivuddin9@students.amikom.ac.id
5 eugeniusmario05@students.amikom.ac.id
Received: 24-01-2023; Accepted: 27-08-2023; Published: 06-09-2023
Abstrak — Kriptografi  merupakan  salah  satu  cara  untuk mengamankan  data  yang  ada.  Salah  satu  kriptografi polyalphabetic  yang  populer  adalah  Vigenere  Cipher.  Akan tetapi Vigenere lemah terhadap analisa frekuensi karakter yang muncul  pada  ciphertext  seperti  Friedman  dan  Kasiski dikarenakan  perulangan  panjang  key  yang  diperlukan  untuk menyamakan  panjang  dengan  plaintext  yang  digunakan. Dalam penelitian kali ini, penulis mencoba untuk meningkatkan  keamanan  pesan  dalam  penggunaan  Vigenere Cipher  yang  dikombinasikan  dengan  Caesar  Cipher  dan penggunaan multi-key dengan panjang karakter yang berbeda- beda.  Hasil  dari  enkripsi  tersebut  akan  kami  bandingkan dengan  penggunaan  Vigenere  Cipher  biasa  menggunakan value  dari  Index  of  Coincidence  dan  hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  perulangan  karakter  pada  ciphertext berkurang
Kata kunci — Vigenere Cipher, Caesar Cipher, Enkripsi, Multiple-key, Index of Coincidence
Abstract — Cryptography is one way to secure existing data. One of  the  popular  polyalphabetic  cryptography  is  the  Vigenere Cipher. However, Vigenere is weak on the frequency analysis of characters  that  appear  in  ciphertexts  such  as  Friedman  and Kasiski  because  of  the  iteration  of  the  key  length  required  to equate length with the plaintext used. In this study, the authors tried to improve message safety in the use of Vigenere Ciphers combined with Caesar Ciphers and the use of multi-keys with different character lengths. The results of this encryption will be compared with the use of ordinary Vigenere Ciphers using the value of the Index of Coincidence and the results show that the repeatability of characters in ciphertext is reduced.
Keyword — Vigenere Cipher, Caesar Cipher, Encryption, Multiple-key, Index of Coincidence

## I. P ENDAHULUAN
Dalam  era  di  mana  informasi  yang  ada  dinilai  sangat berharga, pihak-pihak yang tidak bertanggung jawab dapat memanfaatkan  informasi  tersebut  dengan  tujuan  yang buruk[1]. Apalagi dengan maraknya penggunaan perangkat
cerdas  dalam  kehidupan  seperti  Internet  of  Things  [2]. Salah  satu  cara  dalam  mengamankan  data  atau  informasi adalah dengan menggunakan kriptografi [3][4]. Kriptografi telah  digunakan  dibanyak  sektor  seperti  pengamanan komunikasi,  digital  forensik,  identifikasi  dan  autentikasi, dan  meneyembunyikan  data  [5].Dalam  penggunaannya, kriptografi memerlukan key dan algoritma untuk mengubah tampilan pesan menjadi tidak terbaca [6]. Selain itu, sebuah algoritma  juga  harus  efisien,  bisa  diandalkan,  dan  mudah untuk  dimengerti  oleh  pengirim  dan  penerima  saat komunikasi  sedang  berlangsung  [7].  Kriptografi  terdapat dua  macam  yaitu  monoalphabetic  dan  polyalphabetic. Monoalphabetic adalah  metode enkripsi  yang  memetakan tiap-tiap  abjad  dengan  abjad  lain,  berbeda  dengan  caesar cipher yang menggunakan metode pergeseran. Monoalphabetic menggantikan satu karakter pada plainteks menjadi  satu  karakter  pada  cipherteks.  Sedangkan Polyalphabet sendiri menggunakan sejumlah monoalphabetic  cipher,  polyalphabetic  juga  dikenal sebagai  sandi  yang  bergantung  pada  penggantian  dan menggunakan banyak set huruf pengganti [8].
Vigenere Cipher dan Caesar Cipher termasuk di dalam polyalphabetic  cipher.  Vigenere  Cipher  merupakan polyalphabetic  cipher  yang  paling  dikenal  sayangnya karena  Vigenere  tidak  memiliki  fitur  difusion  dan confusion,  Vigenere  rentan  terhadap  analisa  frekuensi karakter  yang  muncul  [9].  Para  analis  melihat  dari  hasil ciphertext apakah  ada  karakter  yang  diulang  dikarenakan panjang key harus menyamai panjang plaintext di mana key akan diulang terus menerus untuk mengikuti panjang pesan dan dari situ  mereka dapat menentukan panjang key yang digunakan.
Sudah ada banyak pihak yang melakukan pengembangan  Vigenere  Cipher  salah  satunya  adalah dengan  DNA  dan  Tabel  Periodik  yang  ada  dalam  kimia, penggunaan  karakter  bahasa  Myanmar,  tenik  LSB,  dan juga  chaos  function  [10][9][11][12][4].  Dalam  jurnal  ini, penulis  mengembangkan  Vigenere  menggunakan  Caesar
Cipher  dan multiple - key .  Vigenere  Cipher  juga  terbatas terhadap  karakter  yang  dapat  dienkripsi  sehingga penambahan  karakter  yang  ada  dalam  penelitian  dapat digunakan  sebagai  salah  satu  untuk  meningkatkan keamanan [13][6].

## A. Kriptografi
Kriptografi jika dilihat dari sisi key terdapat dua macam, simetris dan asimetris. Dalam setiap teknik enkripsi kunci simetris,  proses  enkripsi  dan  dekripsi  dilakukan menggunakan  satu  kunci.  Algoritme  ini  efisien,  aman, dijalankan  dengan  kecepatan  tinggi,  dan  menghabiskan lebih  sedikit  sumber  daya  memori  dan  waktu  prosesor komputer.  Namun,  teknik  kriptografi  kunci  simetris mengalami kerugian dari masalah distribusi kunci, masalah manajemen kunci dan ketidakmampuan untuk menandatangani  pesan  secara  digital.  Terlepas  dari kelemahan  ini,  banyak  algoritma  enkripsi  kunci  simetris yang  aman  seperti  DES,  TDES,  Blowfish,  CAST,  IDEA, RC4,  dan  RC6  telah  dikembangkan.  Belakangan  ini, National Institute of Standards (NIST) memilih  algoritma Rijndael sebagai Advanced Encryption.
Masalah  yang  terkait  dengan  teknik  kriptografi  kunci simetris  dipecahkan  ketika  mekanisme  enkripsi  asimetris diimplementasikan.  Di  sini,  alih-alih  satu  kunci,  setiap orang  memiliki  sepasang  kunci.  Satu  kunci,  yang  disebut kunci  publik,  diketahui  semua  orang  dan  yang  lainnya, kunci  privat  hanya  diketahui  pemiliknya.  Ada  hubungan matematis antara kedua kunci ini. Jadi, jika ada pesan 'm' yang  dienkripsi  menggunakan  salah  satu  kunci,  pesan tersebut  dapat  didekripsi  oleh  bagian  lainnya.  Berbagai algoritma  enkripsi  asimetris  (RSA,  Elgamal)  telah diimplementasikan.  Detail  tentang  cara  kerja  teknik enkripsi asimetris dapat diperoleh dari Schneier, Stallings. Algoritma  enkripsi  asimetris  secara  luas  dibagi  menjadi tiga  keluarga:  1.  Algoritma  berdasarkan  Masalah faktorisasi  bilangan  bulat  (misalnya  RSA)  2.  Algoritma berdasarkan masalah logaritma diskrit [14].

## B. Vigenere Cipher
Teknik  Vigenere  Cipher  mengenkripsi  teks  abjad dengan  bantuan  berbagai  sandi  Caesar  berdasarkan  huruf dari  beberapa key .  Vigenere  cipher  terdiri  dari  banyak Caesar cipher dengan nilai pergeseran yang berbeda.Vigenere  Cipher  juga  dikenal  sebagai  cipher substitusi alfabet yang merupakan matriks pergeseran sandi 26 x 26 Caesar[15].
Algoritma  Vigenere  memiliki  tingkat  keamanan  yang lemah  karena  menggunakan  alfabet  numerik  yang berjumlah 26 karakter sedangkan untuk koma, tanda baca, titik,  dan  simbol  lainnya  digunakan  sebagai key saja. Sehingga  memudahkan  penyerang  dalam  menyerang  dan menyebarkan  informasi  karena  tekniknya  yang  sangat mudah dipecahkan [8]. Formula matematika untuk enkripsi dan  dekripsi  Vigenere  dapat  dilihat  pada  formula  (1)  dan (2).
𝐶 𝑖 = (𝑃 𝑖 + 𝑘 𝑖 ) 𝑚𝑜𝑑 26
(1)
𝑃 𝑖 = (𝐶 𝑖 − 𝑘 𝑖 ) 𝑚𝑜𝑑 26
(2)
Di mana C i merupakan ciphertext posisi ke-i, P i adalah posisi plaintext ke-i, k i adalah posisi key ke-i.

## C. Caesar Cipher
Dalam  teknik  Caesar  cipher  setiap  huruf  digeser  ke beberapa  tempat,  pola  dalam  teks  sandi  sama  dengan panjang kata kunci  yang digunakan. Formula  matematika untuk enkripsi dan dekripsi dapat dilihat pada formula (3) dan formula (4).
𝐶 𝑖 = (𝑃 𝑖 + 𝑘) 𝑚𝑜𝑑 26 (3)
𝑃 𝑖 = (𝐶 𝑖 − 𝑘) 𝑚𝑜𝑑 26 (4)
Di  mana C i merupakan ciphertext posisi ke-i, P i adalah posisi plaintext ke-i, k merupakan  besar  dari  nilai pergeseran.

## D. Index of Coincidence
Untuk  memproses  Vigenere  Cipher  diperlukan  tiga langkah  yaitu  mendapatkan key ,  mennetukan panjang key dan terakhir menentukan jumlah karakter key [16]. Rumus untuk  medapatkan  value  dari  Index  of  Coincidence  dapat dilihat pada formula 5 berikut.
𝐼𝐶 =   ∑ 𝑛 𝑖 (𝑛 𝑖 −1) 𝑁( )𝑁−1 𝑖=𝑍 𝑖=𝐴 (5)
Di  mana n i merupakan  jumlah kemunculan dari  huruf  i dalam  teks  dan  N  merupakan  total  huruf  yang  ada  di ciphertext .

## II. M ETODOLOGI PENELITIAN
Proses enkripsi yang akan dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar. 1.
Gambar. 1 Skema enkripsi menggunakan Vigenere, Caesar dan multiple- key
Langkah  pertama  yang  dilakukan  adalah  melakukan enkripsi  menggunakan  Caesar  Cipher  menggunakan  nilai pergeseran  lebih  dari  3.  Hasil  dari  enkripsi  tersebut  akan digunakan  sebagai plaintext untuk  enkripsi  Vigenere Cipher.    Jumlah  karakter  yang  digunakan  adalah  94 karakter, termasuk tanda baca dan spasi.
Selanjutnya  adalah  melakukan  enkripsi  menggunakan Vigenere Cipher. Dalam penelitian kali ini dilakukan 3 kali enkripsi  dengan  menggunakan  tiga  buah key dengan panjang karakter yang berbeda-beda. Sama seperti Caesar Cipher sebelumnya, hasil enkripsi akan  menjadi plaintext untuk enkripsi selanjutnya. Sehingga dalam penelitian kali ini satu plaintext akan mengalami enkripsi sebanyak empat kali.
Ciphertext akan  dibandingkan  dengan  menggunakan Index  of  Coincidence.  Semakin  kecil  IC  menunjukkan
bahwa  perulangan  karakter  dalam ciphertext lebih  sedikit sehingga  dapat  mencegah  analisa  panjang key dengan melihat perulangan karakter yang ada. Dalam penelitian ini, terdapat dua metode sebagai perbandingan, enkripsi hanya menggunakan multiple-key dan  Vigenere  serta  enkripsi menggunakan  Caesar, multiple-key dan  Vigenere.  Untuk proses dekripsi merupakan kebalikan dari proses enkripsi.

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Diberikan  sebuah plaintext berupa  ‘Universitas  Warna Ungu  di  Jogja!’. Plaintext tersebut  akan  dienkripsikan menggunakan  Caesar  Cipher  dengan  nilai  pergeseran sebesar 5. Di dapatkan ciphertext berupa ‘ZsnAjwxnyfx5"fwsf5Zslz5in5Otlof&’. Ciphertext tersebut  akan  dienkripsi  kembali  menggunakan  Vigenere Cipher  menggunakan  tiga  buah key dengan  panjang karakter sebesar 5, 8, dan 15. Pada Tabel I terdapat key dan hasil  enkripsi  dari  metode  yang  diusulkan,  yaitu  Caesar Cipher, multiple-key dan Vigenere Cipher.
TABEL I H ASIL E NKRIPSI DARI M ETODE YANG D IUSULKAN
Vigenere Cipher + Caesar Cipher + Multiple-key
Key Ciphertext 5 karakter Bung4 4WKQn("KOj)z]vA$Js:w W$syrG=QBsQ3 8 karakter Mat4hari Q'.UE<{#4t5D9F"@~Cc A..TQ.QfUSC<l 15 karakter Bung4 Mataha12i `44+I<I- xDmNaH>qtZsE.t$>\(pV UUmP
Selanjutnya  adalah  melakukan  enkripsi  menggunakan metode  ke-dua  sebagai  pembanding  dari  metode  yang diusulkan, yaitu enkripsi Vigenere menggunakan multiple- key dengan plaintext dan key yang sama seperti sebelumnya. Hasil enkripsi dari metode tersebut dapat dilihat pada Tabel II.
TABEL III
H ASIL E NKRIPSI DARI V IGENERE C IPHER M ENGGUNAKAN M ULTIPLE - KEY
Vigenere Cipher + Caesar Cipher + Multiple-key Key Ciphertext 5 karakter Bung4 ~RFLi#WFJe$u>qvYEn+r RYntmB.LwnL} 8 karakter Mat4hari L")Pz- \X~o0y4AW;_x7v))OL)L aPNx-g 15 karakter Bung4 Mataha12i [~~&D- D(syhI5C/loUnz)oY/=#kQ PPhK
Hasil  dari  enkripsi  di  kedua  tabel  tersebut  akan dibandingkan dengan menggunakan IC. Hasil dari IC dapat dilihat pada Tabel III.
TABEL IIIII
H ASIL E NKRIPSI DARI V IGENERE C IPHER M ENGGUNAKAN M ULTIPLE - KEY
Metode
Panjang Key IC Vigenere menggunakan multiple-key 5 0.0433 8 0.0588 15 0.0316 Vigenere menggunakan Caesar dan multiple-key 5 0.0476 8 0.0662 15 0.0263
Dapat dilihat pada Tabel 3 bahwa pada proses enkripsi Vigenere  dengan  menggunakan key pertama,  IC  milik Vigenere dan multiple-key memiliki nilai yang lebih rendah dibandingkan  IC  milik  Vigenere  dengan  Caesar  dan multiple-key . Sedangkan IC milik Vigenere dengan Caesar dan multiple-key dengan  jumlah  karakter  15  lebih  rendah dari pada milik Vigenere dengan multiple-key yaitu 0.0263 seperti yang dilihat pada Tabel 3 dan Gambar. 2 berikut.

## Gambar. 2  Grafik perbanding nilai Index of Coincidence
Dari  grafik  tersebut  dapat  dilihat  bahwa  value  IC  dari Vigenere  dan Multiple-key lebih  tinggi  dibandingkan dengan  IC  dari  metode  yang  diusulkan.  Akan  tetapi  pada hasil  enkripsi  terakhir,  didapat  IC  milik  metode  yang diusulkan  lebih  rendah  dari  pada  IC  milik  Vigenere  dan multiple-key .

## IV. K ESIMPULAN
Metode  yang  diusulkan  memiliki  nilai  IC  yang  lebih rendah  pada  hasil  enkripsi  akhir  yaitu  sebesar  0.0263.  IC yang  rendah  menunjukkan  bahwa  peluang  dari  karakter yang diulang di dalam suatu ciphertext lebih kecil sehingga dapat  menghindari  dari  analisa ciphertext untuk menemukan panjang key yang digunakan.

## R EFERENSI
[1] A.  L.  Latifah,  Lembaga  Ilmu  Pengetahuan  Indonesia.  Research Center  for  Informatics,  Institute  of  Electrical  and  Electronics Engineers.  Indonesia  Section,  dan  Institute  of  Electrical  and Electronics Engineers, 2018 International Conference on Computer, Control, Informatics and its Applications : “Recent Challenges in Machine  Learning  for  Computing  Applications” :  proceedings : November 1st-2nd, 2018, Tangerang, Indonesia.
[2] 2019 IEEE 5th World Forum on Internet of Things (WF-IoT). IEEE,
2019.
[3] IEEE Staff, 2019 3rd International Conference on Informatics and Computational Sciences (ICICoS). IEEE, 2019.
[4] R.  Hammad  dkk.,  “Implementation  of  combined  steganography and  cryptography  vigenere  cipher,  caesar  cipher  and  converting periodic  tables  for  securing  secret  message,”  dalam  Journal  of Physics:  Conference  Series,  2022,  vol.  2279,  no.  1.  doi: 10.1088/1742-6596/2279/1/012006.
[5] A.  Al-Sabaawi,  “Cryptanalysis  of  Vigenère  Cipher:  Method Implementation,”  dalam  2020  IEEE  Asia-Pacific  Conference  on Computer Science and Data Engineering, CSDE 2020, Des 2020. doi: 10.1109/CSDE50874.2020.9411383.
[6] K. Nahar dan P. Chakraborty, “A Modified Version  of Vigenere Cipher using 95 95 Table,” Int J Eng Adv Technol, vol. 9, no. 5, hlm. 1144–1148, Jun 2020, doi: 10.35940/ijeat.E9941.069520.
[7] International Islamic University Chittagong, Institute of Electrical and  Electronics  Engineers.  Bangladesh  Section,  dan  Institute  of Electrical  and  Electronics  Engineers,  2018  International Conference  on  Innovations  in  Science,  Engineering  and Technology :  ICISET  2018 :  International  Islamic  University Chittagong, Chittagong, Bangladesh : 27-28 October 2018.
[8] D. Gautam, P. Sharma, C. Agrawal, M. Mehta, dan P. Saini, “An
Enhanced Cipher Technique using Vigenere and Modified Caesar Cipher,” 2018.
[9] Sri  Shakthi  Institute  of  Engineering  and  Technology,  Institute  of Electrical  and  Electronics  Engineers.  Madras  Section,  India Electronics  &  Semiconductor  Association,  dan  Institute  of Electrical  and  Electronics  Engineers,  2019  International Conference  on  Computer  Communication  and  Informatics : January 23-25, 2019, Coimbatore, India.
[10] L. Voleti, R. M. Balajee, S. K. Vallepu, K. Bayoju, dan D. Srinivas, “A Secure Image Steganography Using Improved Lsb Technique and  Vigenere  Cipher  Algorithm,”  dalam  Proceedings  - International  Conference  on  Artificial  Intelligence  and  Smart Systems,  ICAIS  2021,  Mar  2021,  hlm.  1005–1010.  doi: 10.1109/ICAIS50930.2021.9395794.
[11] Arab Computer Society, IEEE Computer Society, dan Institute of Electrical  and  Electronics  Engineers.,  2018  IEEE/ACS  15th International Conference on Computer Systems and Applications :
October 28th to November 1st, 2018, Aqaba, Jordan.
[12] B.  Triandi,  E.  Ekadiansyah,  R.  Puspasari,  L.  T.  Iwan,  dan  F. Rahmad,  “Improve  Security  Algorithm  Cryptography  Vigenere Cipher Using Chaos Functions.”
[13] A.  Rizal,  D.  S.  B.  Utomo,  R.  Rihartanto,  M.  E.  Hiswati,  dan  H. Haviluddin,  “Modified key using  multi-cycle key in  vigenere cipher,”  International  Journal  of  Recent  Technology  and Engineering,  vol. 8, no. 2 Special Issue 11, hlm. 2600–2606, Sep 2019, doi: 10.35940/ijrte.B1313.0982S1119.
[14] C. R. S. Bhardwaj, “Modification of Vigenère Cipher by Random Numbers,  Punctuations  &  Mathematical  Symbols.”  [Daring]. Available: www.iosrjournals.orgwww.iosrjournals.org [15] A.  Ajmera,  S.  S.  Ghosh,  dan  V.  T.  Asst,  “Secure  LSB Steganography over Modified Vigenère-AES Cipher and Modified Interrupt Key -AES Cipher.”
[16] A.  Al-Sabaawi,  “Cryptanalysis  of  Vigenère  Cipher:  Method Implementation,”  dalam  2020  IEEE  Asia-Pacific  Conference  on Computer Science and Data Engineering, CSDE 2020, Des 2020. doi: 10.1109/CSDE50874.2020.9411383.
This is an open access article under the CC–BY-SA license.