## RESOLUSI : Rekayasa Teknik Informatika dan Informasi

## Pengacakan Posisi Plaintext Menggunakan Kunci Blok Persegi pada Proses Enkripsi dengan Algoritma Arnold’s Cat Map
Andysah Putera Utama Siahaan, Melva Sari Panjaitan
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Pembangunan Panca Budi, Medan, Indonesia Email: 1,* andiesiahaan@gmail.com, 2 melva@pancabudi.ac.id Email Penulis Korespondensi: andiesiahaan@gmail.com
Abstrak- Plaintext  merupakan  pesan  atau  informasi  yang  berbentuk  asli  yang  memiliki  format  teks.  Plaintext  dapat  dibuka menggunakan  aplikasi  text  editor  apapun  karena  sistem  penyusunan  informasi  pada  plaintext  tidak  menggunakan  kunci  keamanan. Dalam melakukan pengamanan pesan, plaintext harus diberi serangkaian perintah atau kode program untuk dapat menjadikan plaintext tersebut  menjadi  pesan  terenkripsi.  Teknik  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  menggunakan  skema  transposisi  yaitu  dengan  cara menyusun  ulang  letak  karakter  tersebut  tanpa  mengganti  karakter  plaintext  dengan  karakter  lain.  Tingkat  kesulitan  pada  proses  ini tergantung dari parameter nilai B dan C yang diberikan serta nilai Iterasi yang digunakan dalam menghasilkan ciphertext. Penelitian ini menggunakan penyusunan karakter dengan pola matriks 4 x 4 dimana setiap blok plaintext akan dibagi berdasarkan 16 karakter. Setiap  blok  akan  dilakukan  proses  enkripsi  menggunakan  map  yang  sudah  dihasilkan  oleh  Arnold’s  Cat  Map.  Hasil  penelitian mendapatkan  bahwa  plaintext  dapat  teracak  dengan  baik  pada  proses  enkripsi  dan  berhasil  dikembalikan  ke  pesan  asli  pada  saat dekripsi.
Kata Kunci: Enkripsi; Dekripsi; Arnold’s Cat Map; Transposisi
Abstract- Plaintext is a message or information in the original form that has a text format. Plaintext can be opened using any text editor application because the plaintext information preparation system does not use a security key. In securing the message, the plaintext must be given a series of commands or program code to turn the plaintext into an encrypted message. The technique used in this study uses a transposition scheme, namely by rearranging the location of the characters without replacing the plaintext characters with other characters. The level of difficulty in this process depends on the parameter values B and C given and the iteration value used to generate the ciphertext. This study uses character arrangement with a 4 x 4 matrix pattern where each plaintext block will be divided based on 16 characters. Each block will be encrypted using a map that has been generated by Arnold's Cat Map. The results of the study found that the plaintext could be scrambled properly during the encryption process and was successfully returned to the original message at the time of decryption.
Keywords: Encryption; Decryption; Arnold's Cat Map; Transposition

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi telah membuat pengiriman informasi lebih cepat. Informasi dapat dikirimkan seketika melalui perangkat  lunak  yang  sudah  diprogram  sedemikian  rupa.  Banyak  aplikasi  yang  sudah  dibangun  untuk  membantu pekerjaan  sehari-hari  [1][2].  Ada  banyak  perangkat  lunak  yang  dapat  membantu  pengiriman  pesan  kepada  penerima. Pesan yang dikirimkan berupa plaintext dengan format teks yang langsung dapat dibaca pada saat dibuka menggunakan text editor.
Pesan  dapat  berupa  informasi  penting  yang  tidak  boleh  diketahui  oleh  orang  lain  [3].  Pesan  tersebut  dapat disalahgunakan apabila jatuh ke orang yang tidak bertanggung jawab. Kelemahan informasi berbentuk plaintext adalah informasi tersebut tidak memiliki keamanan yang dapat melindungi isi atau konten dari pesan tersebut [4]. Kebutuhan akan pengamanan sangat penting dilakukan untuk menjaga agar pesan tersebut tidak dapat dibaca secara sembarangan [5].
Kriptografi adalah salah satu yang digunakan untuk melakukan transformasi plaintext menjadi ciphertext  [6][7]. Plaintext  dapat  diamankan  menggunakan  teknik  kriptografi  dengan  algoritma  tertentu.  Penelitian  ini  menggunakan algoritma  Arnold’s  Cat  Map  dalam  melakukan  pengamanan  pada  plaintext.  Pada  dasarnya,  algoritma  ini  digunakan terhadap  pengacakan  piksel  pada  gambar  tetapi  tidak  menutup  kemungkinan  dapat  digunakan  dalam  melakukan pengacakan plaintext [8].
Kelemahan  dari  plaintext  akan  dapat  diatasi  dengan  memanfaatkan  algoritma  ini  dalam  melakukan  penukaran posisi karakter. Algoritma Arnold’s Cat Map bekerja dengan skema transposisi [9]. Teknik transposisi bekerja dengan menukar letak karakter atau nomor indeks pada masing-masing karakter [10].
Pembentukan  letak  karakter  ditentukan  berdasarkan  pola  atau  map  yang  dibangkitkan  oleh  algoritma menggunakan nilai parameter tertentu. Hasil transposisi karakter akan bergantung pada kunci yang digunakan terhadap blok plaintext tersebut.
Plaintext akan dibagi berdasarkan matriks persegi yang menghasilkan blok plaintext. Setiap blok plaintext akan dibentuk dengan pola N x N dengan nilai N adalah 4. Blok plaintext dan blok kunci  yang dihasilkan  harus berbentuk bujur sangkar untuk memudahkan pertukaran posisi karakter menggunakan algoritma Arnold’s Cat Map. Algoritma ini bekerja berdasarkan nilai Iterasi, B dan C yang digunakan.
Nilai iterasi tidak wajib digunakan. Iterasi merupakan perulangan yang dilakukan untuk meningkatkan keamanan dan menjauhkan plaintext dari usaha pengembalian paksa yang dilakukan menggunakan brute force attack.

## RESOLUSI : Rekayasa Teknik Informatika dan Informasi

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Kriptografi
Kriptografi  merupakan  ilmu  komputer  yang  berfungsi  untuk  melakukan  penyandian  pesan  sehingga  pesan  tersebut terhindar  kebocoran  informasi  [11].  Proses  kriptografi  terdiri  dari  proses  enkripsi  dan  dekripsi  [12].  Setiap  proses memiliki  kunci  yang  akan  digunakan  untuk  melindungi  plaintext  sehingga  menghasilkan  ciphertext.  Ciphertext  akan dibentuk  sesuai  dengan  algoritma  yang  digunakan  pada  proses  enkripsi  pesan  [13]. Penggunaan  algoritma  yang  sama harus dilakukan untuk melakukan proses dekripsi agar menghasilkan pesan asli kembali.

## 2.2 Arnold’s Cat Map
Arnold’s Cat Map adalah transformasi yang dilakukan untuk melakukan pertukaran posisi piksel yang dapat diterapkan pada gambar  [14]. Piksel gambar disusun ulang sehingga  mengaburkan gambar aslinya. Tata letak piksel diatur ulang secara  acak  sesuai  dengan  nilai  parameter  yang  digunakan,  tetapi  algoritma  ini  memiliki  kelemahan  dimana  ketika transformasi diulang cukup lama, gambar asli akan ditampilkan kembali [15]. Berikut ini adalah formula yang digunakan pada algoritma Arnold’s Cat Map.
[ y 1 x 1 ] = [ 1 b c bc + 1 ] [ y x ] Mod N (1)
Keterangan: y1 = posisi vertikal piksel yang baru x1 = posisi horizontal piksel yang baru y = posisi vertikal piksel yang lama x = posisi horizonal piksel yang lama b = nilai parameter 1 c = nilai parameter 2

## 2.3 Tahapan Penelitian
Penelitian ini memiliki beberapa tahapan yang akan digunakan dalam melakukan proses enkripsi menggunakan algoritma Arnold’s Cat Map. Dalam proses transformasi plaintext ke ciphertext ada beberapa langkah yang harus dilakukan  agar posisi karakter dapat dipindahkan ke posisi baru seperti yang dijelaskan pada gambar 1.

## Gambar 1. Tahapan penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  blok  plaintext  yang  berukuran  4  x  4  sehingga  berjumlah  16  karakter  dalam  setiap proses enkripsi. Berikut ini akan digambarkan secara lengkap pembentukan blok pada plaintext dan ciphertext.
Tabel 1. Susunan plaintext
0 1
2 3
0 a
b c d 1 e f g h 2 i j k l 3 m n o p
Tabel 2. Susunan ciphertext
0 1 2 3
0 a
j c
l
1 e n g p

## RESOLUSI : Rekayasa Teknik Informatika dan Informasi
0 1 2 3 2 i b k d 3 m
f o h
Tabel 1 adalah huruf a hingga p adalah karakter plaintext yang disusun secara horizontal dan berurutan. Apabila ruang sudah tidak mencukupi, maka karakter tersebut akan disusun di kolom pertama pada baris berikutnya dan begitu seterusnya hingga semua karakter tersusun dengan baik. Tabel 2 adalah hasil proses enkripsi yang akan menyusun ulang posisi karakter pada plaintext. Tabel 3 adalah posisi kolom dan baris dari masing-masing karakter sebelum dan sesudah enkripsi.
Tabel 3. Posisi karakter sebelum dan sesudah enkripsi No.  Karakter  Y X Yi Xi 1 a 0 0 0 0 2 b 0 1 2 1 3 c 0 2 0 2 4 d 0 3 2 3 5 e 1 0 1 0 6 f 1 1 3 1 7 g 1 2 1 2 8 h 1 3 3 3 9 i
2 0 2 0 10 j 2 1 0 1 11 k
2 2 2 2 12 l 2 3 0 3 13 m
3 0 3 0 14 n 3 1 1 1 15 o 3 2 3 2 16 p 3 3 1 3

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian  ini  akan  menyajikan  perhitungan  dan  pembahasan  tentang  proses  enkripsi  dari  algoritma  Arnold’s  Cat  Map. Perhitungan  akan  menggunakan  beberapa  parameter  yang  akan  digunakan  dalam  pembentukan  posisi  karakter  pada ciphertext. Berikut ini adalah gambaran dan penjelasan lengkap dari percobaan proses enkripsi menggunakan algoritma Arnold’s Cat Map.
Parameter: Iterasi  = 1 N = 4 B = 3 C = 5 Plaintext = CRYPTO IS BETTER
Tabel 4. Posisi karakter sebelum enkripsi
0 1 2 3
0 C R Y P
1 T O
I 2 S
B E
3 T T E R
Hasil perhitungan posisi baru berdasarkan algoritma Arnold’s Cat Map dapat dilihat pada penjelasan berikut ini.
[ 𝑦 0 𝑥 0 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 0 0 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 0 0 ] [ 𝑦 0 𝑥 1 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 0 1 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 3 0 ]
[ 𝑦 0 𝑥 2 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 0 2 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 2 0 ]
[ 𝑦 0 𝑥 3 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 0 3 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 1 0 ]
[ 𝑦 1 𝑥 0 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 1 0 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 1 1 ]
[ 𝑦 1 𝑥 1 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 1 1 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 0 1 ]

## RESOLUSI : Rekayasa Teknik Informatika dan Informasi
[ 𝑦 1 𝑥 2 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 1 2 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 3 1 ] [ 𝑦 1 𝑥 3 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 1 3 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 2 1 ]
[ 𝑦 2 𝑥 0 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 2 0 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 2 2 ] [ 𝑦 2 𝑥 1 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 2 1 ] 𝑀𝑜𝑑 16 = [ 1 2 ] [ 𝑦 2 𝑥 2 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 2 2 ] Mod 16 = [ 0 2 ] [ y 2 x 3 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 2 3 ] Mod 16 = [ 3 2 ] [ y 3 x 0 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 3 0 ] Mod 16 = [ 3 3 ] [ y 3 x 1 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 3 1 ] Mod 16 = [ 2 3 ] [ y 3 x 2 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 3 2 ] Mod 16 = [ 1 3 ] [ y 3 x 3 ] = [ 1 3 5 3 ∗ 5 + 1 ] [ 3 3 ] Mod 16 = [ 0 3 ]
Tabel 5. Hasil perubahan tata letak karakter
0 1 2 3
0 1 2 3 0 (0,0) (0,1) (0,2) (0,3) 0 (0,0) (3,0) (2,0) (1,0) 1 (1,0) (1,1) (1,2) (1,3) 1 (1,1) (0,1) (3,1) (2,1) 2 (2,0) (2,1) (2,2) (2,3) 2 (2,2) (1,2) (0,2) (3,2) 3 (3,0) (3,1) (3,2) (3,3) 3 (3,3) (2,3) (1,3) (0,3)
Tabel  5  menjelaskan  perubahan  tata  letak  pada  karakter  yang  akan  ditransposisikan  menggunakan  algoritma Arnold’s Cat Map. Terlihat pemetaan dilakukan secara sistem yang melibatkan parameter Iterasi, B dan C. Percobaan ini menggunakan iterasi sebanyak satu kali. Hasil transposisi karakter atau ciphertext dapat dilihat secara lengkap pada Tabel 6.
Tabel 6. Hasil transposisi karakter 0 1 2 3
0 1 2 3 0  C  R  Y  P 0  C  T  S  T 1  T  O I 1  O  R  T 2  S B  E    2  B Y  E 3  T T E  R    3  R  E I P
Pada tabel tersebut, dapat dilihat perubahan yang significant dari plaintext ke ciphertext. Baris 0 kolom 0 tidak mengalami perubahan karena nilai ini mengalami perkalian terhadap angka 0 sehingga hasil posisi X dan Y dari ciphertext juga tidak mengalami perubahan sama sekali. Tetapi tidak menutup kemungkinan ada karakter pada plaintext di baris dan kolom tertentu tidak mengalami perubahan juga. Hasil ciphertext yang diperoleh adalah “CTSTORT B YEREIP”.

## 4. KESIMPULAN
Algoritma Arnold’s Cat Map digunakan dalam menentukan transposisi karakter plaintext berdasarkan nilai Iterasi, B dan C pada parameter input. Karakter pada plaintext akan ditempatkan pada posisi baru dari perhitungan yang dilakukan oleh algoritma Arnold’s Cat Map. Dari perhitungan dapat dilihat bahwa nilai modulo akan membatasi agar hasil transposisi tidak  melewati  batas  kolom  dan  baris  yang  sudah  ditentukan.  Kombinasi  nilai  Iterasi,  B  dan  C  harus  tepat  agar  hasil ciphertext  tidak  mudah  untuk  ditebak.  Tingkat  kesulitan  ditentukan  oleh  seberapa  baik  kombinasi  dari  ketiga  nilai tersebut.  Algoritma  ini  akan  lebih  efektif  pada  jumlah  nilai  N  yang  besar  karena  peluang  untuk  terjadinya  pertukaran karakter antar tetangga lebih kecil.

## REFERENCES
[1] M. Zen, Supiyandi, C. Rizal, and M. Eka, “Rancang Bangun Aplikasi Absensi Siswa (Studi Kasus Lkp Karya Prima Kursus),” J. Ilmu Komput. dan Inform., vol. 5, no. 2, pp. 80–87, 2021, doi: 10.30829/algoritma.v5i2.10507.
[2] F. N. Pabokory, I. F. Astuti, and A. H. Kridalaksana, “Implementasi Kriptografi Pengamanan Data Pada Pesan Teks, Isi File Dokumen, Dan File Dokumen Menggunakan Algoritma Advanced Encryption Standard,” Inform. Mulawarman  J. Ilm. Ilmu Komput., vol. 10, no. 1, p. 20, Jun. 2016, doi: 10.30872/jim.v10i1.23.

## RESOLUSI : Rekayasa Teknik Informatika dan Informasi
[3] J. H. Lubis, “Implementasi Keamanan Data Dengan Metode Kriptografi XOR,” J. Sist. Inf. Kaputama, vol. 2, no. 2, pp. 2–4, 2018.
[4] Sukriadi  Shafar,  “Pengertian  Dan  Contoh  Kriptografi  dengan  Proses  Enkripsi  dan  Dekripsi,”  On  Digital  Forensics,  2016. http://ondigitalforensics.weebly.com/cryptography/pengertian-dan-contoh-kriptografi-dengan-proses-enkripsi-dan- dekripsi#.W7w6mxMzZZ0
[5] S. Supiyandi, H. Hermansyah, and K. A. P. Sembiring, “Implementasi dan Penggunaan Algoritma Base64 dalam Pengamanan File Video,” J. MEDIA Inform. BUDIDARMA, vol. 4, no. 2, p. 340, Apr. 2020, doi: 10.30865/mib.v4i2.2042.
[6] J. R. Paragas, A. M. Sison, and R. P. Medina, “A New Variant of Hill Cipher Algorithm using Modified S-Box,” Int. J. Sci. Technol. Res., vol. 8, no. 10, pp. 615–619, 2019.
[7] A. Rohmanu, “Implementasi Kriptografi dan Steganografi Dengan Metode Algoritma Des dan Metode End Of File,” J. Inform. SIMANTIK, vol. 2, no. 1, pp. 1–11, 2017.
[8] R.  Purba,  A.  Halim,  and  I.  Syahputra,  “Enkripsi  Citra  Digital  Menggunakan  Arnold’s  Cat  Map  dan  Nonlinear  Chaotic Algorithm,” JSM STMIK Mikroskil, vol. 15, no. 2, pp. 61–68, 2014.
[9] W.  M.  Rahmawati  and  F.  Liantoni,  “Penggunaan  Arnold  Cat’s  Map  dan  Beta  Chaotic  Map  Pada  Enkripsi  Data  Citra,”  J. ELTIKOM, vol. 2, no. 2, pp. 50–57, 2018, doi: 10.31961/eltikom.v2i2.85.
[10]  A. P. U. Siahaan, “Data Security Techniques Using Square Block Keys in Text Format,” Int. J. Res. Rev., vol. 10, no. 2, pp. 354– 358, 2023, doi: 10.52403/ijrr.20230244.
[11]  R. Munir, “Pengantar Kriptografi,” KRIPTOGRAFI, 2006.
[12]  F. Diani and Y. Widhiyasana, “Enkripsi SMS dengan Menggunakan One Time Pad (OTP) dan Kompresi Lempel-Ziv-Welch (LZW),” J. Nas. Tek. Elektro dan Teknol. Inf., vol. 7, no. 3, pp. 3–8, 2018, doi: 10.22146/jnteti.v7i3.436.
[13]  A. P. U. Siahaan, “Three-Pass Protocol Concept in Hill Cipher Encryption Technique,” Int. J. Sci. Res., vol. 5, no. 7, pp. 1149– 1152, 2016.
[14]  E. Hariyanto and R. Rahim, “Arnold’s Cat Map Algorithm in Digital ImageEncryption,” Int. J. Sci. Res., vol. 5, no. 10, pp. 1363– 1365, 2016.
[15]  T. A. Putra, I. Ruslianto, and S. Bahri, “Application of Arnold Cat Map and Logistic Map Methods for Securing Citizens’ Data Image,” J. Comput. Eng. Syst. Sci., vol. 7, no. 2, pp. 470–481, 2022, doi: 10.24114/cess.v7i2.36302.