## JMP : Vol. 9 No. 1,  Juni 2017, hal. 13-22            ISSN 2085-1456

## ANALISIS ATRIBUT KEAMANAN TERHADAP PERBAIKAN PROTOKOL GROUP KEY TRANSFER : PROTOKOL HSU
I Made Mustika Kerta Astawa
Lembaga Sandi Negara Kadek19_kaptainboy@yahoo.com

## Rahmi Nurazizah

## Lembaga Sandi Negara
ABSTRACT. Protocol Hsu et.al first introduced in 2012 and is the protocol type Group Key Transfer based Linear Shamir's Secret Sharing Scheme (LSSS). The main idea of this protocol is to use m-secret sharing perspective. This protocol assumes that the difficulty of  discrete  logarithm  problem  (DLP)  (ie  given i sk i pk g  is  computationally  very difficult/not feasible to count , 1, , i sk i m  ) and Cryptographyc Diffie Hellman (CDH) (ie  given i pk   and j pk   it  is  computationally  very  difficult/not  feasible  to  count , , 1, , , i j sk sk g i j m i j   ) in G . Thus, it needs to analyze the security attributes to this mechanism  Protocol  Hsu.  Good  cryptographic  protocols  should  meet  the  security attributes  Known  Security  Key,  Key-Compromise  Impersonation  Resillience,  Unknown Key-Share Resillience, Key Control and Key Confirmation.
Keywords : Security Attribute, cryptographyc protocol, Protocol Hsu.
ABSTRAK. Protokol  Hsu  dan  kawan-kawan  diperkenalkan  pertama  kali  pada  tahun 2012 dan merupakan jenis protokol Group Key Transfer berbasis Linear Shamir's Secret Sharing Scheme (LSSS). Gagasan utama dari protokol ini adalah menggunakan perspektif m-secret  sharing .  Protokol  ini  mengasumsikan  bahwa  sulitnya Discrete  Logarithm Problem (DLP) (yaitu diberikan i sk i pk g  merupakan komputasi yang sangat sulit/tidak layak  untuk  menghitung , 1, , i sk i m  )  dan Cryptographyc  Diffie  Hellman (CDH) (yaitu diberikan i pk dan j pk merupakan  komputasi yang sangat sulit/tidak layak untuk menghitung , , 1, , , i j sk sk g i j m i j   )  di G .  Sehingga,  perlu  dilakukan  analisis  atribut keamanan  terhadap  mekanisme  Protokol  Hsu  ini.    Protokol  kriptografi  yang  baik seharusnya  memenuhi  atribut  keamanan Known  Key  Security , Key-Compromise Impersonation  Resillience , Unknown  Key-Share  Resillience , Key  Control dan Key Confirmation .
Kata Kunci : Atribut Keamanan, Protokol Kriptografi, Protokol Hsu.
1. PENDAHULUAN

## 1.1 Latar belakang
Protokol Key  establishment merupakan  salah  satu  prinsip  dasar  dalam membangun kriptografi, dimana didefinisikan sebagai proses untuk menyediakan kunci  rahasia  bersama  diantara  dua  atau  lebih  pihak  yang  berkomunikasi,  untuk penggunaan  kriptografi  berikutnya.  Terdapat  dua  macam  protokol key establishment yaitu  protokol key  transport dan  protokol key  agreement [1]. Protokol key transport dibuat untuk komunikasi dan transmisi kunci secara aman oleh  dua  pihak  entitas  atau  lebih,  namun  yang  aktif  dalam  pembentukan  kunci hanya  salah  satu  pihak.  Sedangkan  pada  protokol key  agreement ,  diantara  kedua entitas memberikan kontribusi informasi yang digabungkan untuk membuat kunci rahasia [2].
Protokol key  establishment secara  tradisional  berada  diantara  protokol yang  sulit  untuk  dibangun  dan  meyakinkan  proses  pertukaran  kunci  dapat dilakukan  secara  aman.  Terdapat  beberapa  tantangan  terkait  proses  pertukaran kunci antara lain [3]:
a. Memastikan kunci  yang  dipertukarkan sehingga  pengirim  dan penerima  dapat melakukan proses enkripsi dan dekripsi
b. Mencegah celah kebocoran kunci
c. Memberikan  bukti  kepada  pengirim  bahwa  pesan  dienkripsi  oleh  pihak  yang mengaku mengirimkan pesan.
Protokol Hsu merupakan protokol kriptografi untuk pertukaran kunci yang memanfaatkan  perspektif m-secret  sharing untuk  menambah  keamanannya. Namun,  dalam  implementasinya  masih  terdapat  kelemahan  yang  dapat membahayakan  kunci  rahasia  yang  dipertukarkan.  Untuk  itu,  pada  makalah  ini dilakukan perbaikan terhadap protokol Hsu untuk meningkatkan aspek keamanan protokol, dan mencoba untuk  menemukan analisis keamanan berdasarkan atribut keamanan protokol kriptografi.

## 1.2 Maksud dan Tujuan
Melihat  kondisi  saat  ini  banyaknya  penerapan  protokol  kriptografi terutama  protokol Key  Establishment yang  digunakan  untuk  menyediakan  kunci rahasia  secara  aman  seperti  protokol  Hsu,  maka  dalam  penelitian  ini  penulis bermaksud memberikan pemahaman dan mengidentifikasi atribut keamanan yang yang  telah  dipenuhi  sehingga  dapat  dikatakan  protokol  Hsu  terhindar  dari serangan active  attack .  Adapun  tujuan  yang  ingin  dicapai  dari  analisis  protokol Hsu yaitu :
a. Melakukan perbaikan terhadap protokol Hsu agar terhindar dari  serangan yang mungkin dilakukan
b. Mengidentifikasi  atribut  keamanan  sehingga  dapat  dikatakan  protokol  Hsu merupakan protokol kriptografi yang aman.

## 2. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini,  penulis  menggunakan  metode  penelitian  kepustakaan dan  analisis  awal.  Metode  tersebut  berupa  deskripsi  penelitian  yang  dihasilkan atas kajian referensi pustaka yang didukung dengan analisis atribut keamanannya. Sama  seperti  bentuk  penelitian  lainnya,  penelitian  kepustakaan  dan  analisis  ini bertujuan  untuk  mengklarifikasi  atau  memperluas  pemahaman  dan  pengetahuan. Tahapan proses penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pengumpulan data
Melakukan  pengumpulan  referensi  dari  beberapa  buku  atau  referensi  lain mengenai protokol key establishment , protokol key transport , atribut keamanan protokol, serta protokol Hsu.
2. Identifikasi
Melakukan  proses  identifikasi  lebih  lanjut  tentang  kelemahan  dari  protokol Hsu.
3. Analisis data
Analisis  hasil  pengumpulan  data  dan  identifikasi  yang  telah  dilakukan, sehingga didapat analisis atribut keamanan dari protokol Hsu.
16                                                  I Made Mustika Kerta Astawa dan Rahmi Nurazizah
4. Pengambilan Kesimpulan
Pengambilan simpulan hasil penelitian.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1  Deskripsi Protokol Hsu
Protokol  Hsu  dan  kawan-kawan  diperkenalkan  pertama  kali  pada  tahun 2012 dan merupakan jenis protokol GKT berbasis Linear Shamir's Secret Sharing Scheme (LSSS). Gagasan utama dari protokol ini adalah menggunakan perspektif m-secret  sharing [4].  Penjelasan  lengkap  tentang  tahapan  dari  protokol  Hsu  dan kawan-kawan adalah sebagai berikut :
a. Inisialisasi
Anggap G merupakan perkalian grup cyclic pada order p , dengan pembangkit
g dimana p merupakan  sebuah  bilangan  prima  besar  (misalnya
1 ' 2 p p  
merupakan prima juga);
b. Registrasi Pengguna
Setiap  pengguna , 1, , i U i m  memiliki  pasangan  kunci  publik  dan  private
  , i i pk sk dimana i sk i pk g  pada G .
c. Putaran 1
Pengguna 1 U :
1) Pilih * 1 R p r   ;
2) Mengirimkan permintaan pembangkitan kunci :
    1 1 1 1 *: , , , , t U U U r pk 
d. Putaran 2
Setiap pengguna , 2, , : i U i t  1) Pilih * 1 R p r   ;
2) Hitung 1 1 1 i sk r r i S pk  merupakan shared  secret dengan 1 U dan
  1 , ;
i i Auth h S r 
3) Broadcast :
  1 *: , , i i i U r pk Auth  e. Putaran 3
Pengguna 1 U :
1) Hitung
1 1 1 , 2, , ; i sk r r i S pk i t
 
2) Mengecek jika   1 , , 2, , i i Auth h S r i t  
Jika sedikitnya satu saja tidak sama, maka selesai;
3) Pilih group  key * R p k   ,  membagi  setiap  rahasia i S menjadi  dua  bagian
i i i
S x y  dan  menghitung 1 t  nilai 1 t  ,  dimana     , i i i T y v x r 
merupakan inner  product pada  vektor     , i i i T y v x r 
, 2, , i t  dan   1 , , t r r r  ; 4) Menghitung   1 1 2 , , , , , , , , , t t t Auth h k U U r r K K  ; 5) Broadcast :
  1 2 *: , , , t U Auth K K 
f. Perhitungan Kunci
Setiap pengguna , 2, , i U i t  : 1) Menghitung inner  product
    , i i i T y v x r  ,  merecover group  key
i i k T K   ; 2) Mengecek jika   1 1 2 , , , , , , , , , t t t
Auth k U U r r K K

## 
Jika tidak sama, maka berhenti.
Disebutkan  bahwa  perbedaan  utama  dari  sisa  protokol  yang  diuraikan  dalam bagian  ini  adalah  konstruksi  tidak  melakukan  konfirmasi/bertanya  ke  KGC eksternal  dan  karena  itu  tidak  ada  pendaftaran  yang  diperlukan  sebelumnya  ke KGC.  Inisiator 1 U melakukan  peran  KGC  dan  menetapkan  kunci  rahasia  yang sama  dengan  masing-masing  peserta  lain  pada  saat runtime ,  yang  sesuai  dengan kunci  jangka  panjang,  namun  memiliki  keuntungan  dimana  selalu  diperbaharui
untuk  setiap  sesi.  Namun,  setiap  peserta , 1, , i U i m  harus  memiliki  pasangan kunci  publik-rahasia   , i i pk sk yang  disahkan  oleh  otoritas  yang  terpercaya dengan sertifikat.
Protokol  ini mengasumsikan bahwa  sulitnya Discrete Logarithm Problem (DLP)  (yaitu  diberikan i sk i pk g  merupakan  komputasi  yang  sangat  sulit/tidak layak  untuk  menghitung , 1, , i sk i m  )  dan Cryptographyc  Diffie  Hellman
(CDH)  (yaitu  diberikan i pk dan j pk merupakan    komputasi  yang  sangat
sulit/tidak layak untuk menghitung , , 1, , , i j sk sk g i j m i j   ) di G .

## 3.2  Perbaikan Pada Protokol Hsu
Serangan  sebelumnya  ( active  attack )  disebabkan  oleh  pemalsuan  proses otentikasi, dimana group key k tidak benar otentik yang berasal dari inisiator 1 U .
Hal ini memungkinkan penyerang untuk meniru 1 U dan mengirimkan hasil yang dimodifikasi  tetapi  proses  otentikasi  terlihat  valid  yang  membantu  dia  untuk mencapai tujuannya.
Cara  sepele  untuk  mencegah  serangan  ini  ( active  attack )  yaitu  adanya Tahap Konfirmasi Kunci yang menjamin bahwa semua pengguna memiliki kunci yang benar Setiap pengguna dapat menandatangani group key yang diperoleh dan broadcast kepada  anggota  lain  [5].  Dalam  rangka  mempertahankan  kerahasiaan dari  nilainya,  kuncinya  dilakukan  proses  hash,  bersama  dengan  beberapa  nilai umum  yang  digunakan  selama  pelaksanaan  protokol.  Kelemahan  dari  solusi  ini adalah  jelas    bahwa  biaya  komputasi  dan  transmisi  meningkat  secara  signifikan. Penambahan  tahap  pada  protokol  asli  mengakibatkan  setiap  pengguna menghasilkan satu tanda tangan dan verifikasi 1 t  lainnya, masing-masing tahap tambahan komunikasi diperlukan dan pesan t lebih pesan bradcast yang beredar di  jaraingan.  Selebihnya,  pendekatan  ini  tidak  menghilangkan  serangan  yang mungkin  dilakukan,  tetapi  hanya  mengungkapkan  selama  proses  pembangkitan kunci,  di  proses  pelaksanaan  aplikasi.  Perbaikan  terhadap  protokol  Hsu  sebagai berikut :
a. Inisialisasi
Anggap G merupakan perkalian grup cyclic pada order p , dengan pembangkit
g dimana p merupakan  sebuah  bilangan  prima  besar  (misalnya
1 ' 2 p p  
merupakan prima juga);
b. Registrasi Pengguna
Setiap  pengguna , 1, , i U i m  memiliki  pasangan  kunci  publik  dan  private
  , i i pk sk dimana i sk i pk g  pada G .
c. Putaran 1
Pengguna 1 U :
1) Pilih * 1 R p r   ;
2) Mengirimkan permintaan pembangkitan kunci :
    1 1 1 1 *: , , , , t
U U U r pk 
d. Putaran 2
Setiap pengguna , 2, , : i U i t  1) Pilih * 1 R p r   ;
2) Hitung
1 1 1 i sk r r i S pk  merupakan shared  secret dengan 1 U dan
  1 , ; i i Auth h S r  3) Broadcast :
  1 *: , , i i i U r pk Auth  e. Putaran 3
Pengguna 1 U :
1) Hitung 1 1 1 , 2, , ; i sk r r i S pk i t
  2) Mengecek jika   1 , , 2, , i i Auth h S r i t  
Jika sedikitnya satu saja tidak sama, maka selesai;
3) Pilih group  key * R p k   ,  membagi  setiap  rahasia i S menjadi  dua  bagian
i i i S x y  dan  menghitung 1 t  nilai i i K k T   ,  dimana     , i i i T y v x r 
merupakan inner product pada vector
      1 0, ,1, , 0 1 t j i i i i j j j
y v x y x e e dengan pada posisi j     , 2, , i t 
dan   1 , , t r r r  ;
4) Menghitung   1 1 2 , , , , , , , , , t t t Auth h k U U r r K K  ; 5) Broadcast :
  1 2 *: , , , t U Auth K K 
f. Perhitungan Kunci
Setiap pengguna , 2, , i U i t  :
1) Menghitung inner  product
    , i i i T y v x r  ,  me- recover group  key i i k T K   ; 2) Mengecek jika   1 1 2 , , , , , , , , , t t t
Auth k U U r r K K  Jika tidak sama, maka berhenti.
g. Konfirmasi Kunci
Setiap pengguna , 1, , i U i t
 : 1) Menghitung     1 1 2 . , , , , , , , , , i i U t t t V Sign h k U
U r r K K   ; 2) Broadcast : *: i i U V  3) Mengecek jika :
    1 1 2 .
, , , , , , , , , , 1, 1, , , j U t t t j Verify h k U U r r K K V j t j i    
Jika tidak sama, maka berhenti.

## 3.3  Analisis Atribut Keamanan pada Protokol Hsu
a. Known Key Security
Session  key k didasarkan  pada  nilai  acak S .  Setiap i k merupakan  nilai independen  antara  keduanya  baik  yang  sebelum  ataupun  berikutnya,  sehingga pengungkapan session  key yang  rahasia  saat  ini  tidak  memiliki  dampat  terhadap session  key lainnya.  Maka  dari  itu,  protokol  ini  memenuhi  sifat known  key security .
b. Key-Compromise Impersonation Resillience
Jika  kita  asumsikan  bahwa private  key pihak  A  yaitu   , A A pk sk mengalami kebocoran, penyerang dapat  menjalankan protokol ini dan mendapatkan  material kunci  yang sama dengan pihak B (Pihak B percaya telah membagi kunci  dengan pihak  A).  Sehingga  penyerang  akan  berpura-pura  sebagai  pihak  A.  Tetapi  jika penyerang mengetahui   , A A pk sk , mencoba untuk berpura-pura sebagai pihak B, maka  dia  tidak  dapat  menghitung
B sk B pk g  ,  karena  dia  tidak  mengetahui B sk .
Pihak A akan mendeteksi hal tersebut pada verifikasi
  , A A A Auth h S r  . Sehingga protokol ini memenuhi sifat key compromise impersonation resilience .
c. Unknown Key-Share Resillience
Jika  kita  asumsikan  penyerang  C  menerapkan  penyadapan  menggunakan man  in the middle dan memodifikasi pesan sesuka hatinya, dalam rangka untuk mencoba mengelabui salah satu pihak agar berbagi kunci dengannya. Tetapi karena diantara pihak yang terlibat menghitung nilai k berdasarkan beberapa informasi publik r dari  setiap  pihak  yang  ingin  menyediakan  material  kunci    dan  selama  nilai k diverifikasi  dari  nilai S ,  maka  serangan  tersebut  tidak  bisa  dilakukan.  Sehingga protokol ini memenuhi sifat unknown key share resilience .
d. Key Control
Hanya nilai-nilai yang mengubah digunakan untuk membangkitkan session key k . Diantara pihak A dan B memilih nilai sebelum mereka mengetahui variabel yang dikenali  untuk  digunakan  membangkitkan  kunci.  Sehingga  setiap  pihak  tidak memiliki  kemungkinan  untuk  memaksa  mendapatkan  nilai session  key .  Oleh karena itu, protokol ini memenuhi sifat key control .
e. Key Confirmation
Karena  kedua  belah  pihak  yang  berkomunikasi  memverifikasi  nilai S yang diterima  dan  menghitung  nilai k ,  mereka  dapat  memverifikasi  bahwa  pihak  lain menghitung  nilai session  key yang  sama  untuk  komunikasi  tersebut.  Sehingga protokol ini memberikan key confirmation yang sangat kuat.

## 4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diperoleh adalah :
a. Protokol  Hsu  dan  kawan-kawan  diperkenalkan  pertama  kali  pada  tahun  2012 dan  merupakan  jenis  protokol  GKT  berbasis Linear  Shamir's  Secret  Sharing Scheme (LSSS).  Gagasan  utama  dari  protokol  ini  adalah  menggunakan perspektif m-secret sharing .
b. Dilakukan  perbaikan  protokol  Hsu  untuk  mencegah  serangan active  attack dengan  menambah  Tahap  Konfirmasi  Kunci  yang  menjamin  bahwa  semua pengguna memiliki kunci  yang benar. Setiap pengguna dapat menandatangani group key yang diperoleh dan broadcast kepada anggota lain.
c. Perbaikan  terhadap  Protokol  Hsu  memenuhi  atribut  keamanan Known  Key Security , Key-Compromise  Impersonation  Resillience , Unknown  Key-Share Resillience , Key Control dan Key Confirmation .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Boyd,  C.,  dan  Mathuria,  A., Protocols  for  Authentication  and  Key Establishment , Springer Verlag, 2003.
[2] Ateniese, G., Steiner, M., dan Tsudik, G ., Authenticated group key agreement and  friends ,  Proceedings  of  the  5th  ACM  conference  on  Computer  and com-munications security, CCS '98, New York, USA, 1998.
[3]  Bellare,  M.  dan  Rogaway,  P., Entity  Authentication  and  Key  Distribution , Proceedings  of  the  13th  Annual  International  Cryptology  Conference  on Advances in Cryptology, CRYPTO '93, London, UK, 1994.
[4] Florentina, R., Secret Sharing-Based Group Key Establishment , University of Bucharest Faculty of Mathematics and Computer Science, 2013.
[5]  Wilson,  S.  B.,  Johnson,  D.,  dan  Menezes,  A., Key  agreement  protocols  and their  security  analysis ,  Proceedings  of  the  6th  IMA  International Conference on Cryptography and Coding, London, UK, 1997.