## Analisa Enkripsi pada Protokol IEEE 802.15.4 dengan Algoritma Rabbit untuk Aplikasi Industri Sektor Migas

## R. Benny Gandara
Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana, Jakarta Bennygandara.bg@gmail.com

## Abstrak
Standar  IEEE  802.15.4  merupakan  standar  acuan  pengembangan protokol  yang  diterapkan  untuk  teknologi industrial  wireless  sensor network pada  saat  ini.  Unsur  keamanan  data  dalam industrial  wireless sensor network perlu untuk diperhatikan karena dampak gangguan yang timbul akan dapat berpengaruh secara langsung pada proses industri yang sedang  beroperasi  dan  berdampak  pada  keselamatan  pekerja,  peralatan dan  lingkungan  serta  keekonomian.  Metode  enkripsi  adalah  metode umum yang dipergunakan dalam perlindungan data pada sistem wireless sensor  network .  Metode  enkripsi  pada layer  physical dengan menggunakan  algoritma stream  cipher  Rabbit dipergunakan  sebagai metode  alternatif  perlindungan  data  pada  sistem  aplikasi industrial wireless  sensor  network yang  mana  pada umumnya  menggunakan metode enkripsi block cipher pada lapisan upper layer . Algoritma Rabbit akan dibandingkan dengan algoritma RC4 yang telah diteliti sebelumnya. Dari  hasil  simulasi,  algoritma  Rabbit  dengan  jumlah  kunci  yang  lebih pendek dan cipher text yang lebih sedikit dapat memberikan hasil yang lebih baik untuk nilai avalanche effect , entrophy dan penggunaan CPU dibandingkan dengan algoritma RC4. Meskipun mendapatkan hasil yang bervariasi  pada  penggunaan  memori  dan end  to  end  delay ,  algoritma Rabbit  pada  jumlah  node  tertentu  masih  dapat  memenuhi  standar kebutuhan industri untuk aplikasi sektor migas.
Keywords: IEEE 802.15.4, Physical Layer Encryption, Algoritma Rabbit, Industrial WSN, Sektor migas

## 1. PENDAHULUAN
Teknologi Wireless Sensor Network (WSN) menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan  dengan  penggunaan  teknologi  sensor  kabel  yang  umumnya dipergunakan pada saat ini, terutama dalam penerapannya disektor industri sebagai alat  pendukung  dalam  sistem  proses  sistem  otomasi.  Beberapa  keunggulan  yang ditawarkan dalam teknologi Industrial Wireless Sensor Network (IWSN) ini antara lain adalah: fleksibilitas, skalabilitas dan nilai keekonomian yang lebih kompetitif. Namun  selain  dari  sisi  keunggulan  yang  ditawarkannya,  beberapa  keterbatasan WSN seperti  yang terkait dengan : sumber daya komputasi, sumber daya energi, jarak jangkau, kapasitas transfer data yang terbatas dan ancaman keamanan yang
menyertainya  yang  perlu untuk dipertimbangkan [1] nantinya.
Ketentuan  standar  yang  diterapkan  pada  teknologi  WSN  pada  sektor  industri memiliki aturan dan pertimbangan yang berbeda, dibandingkan dengan teknologi WSN yang lain karena dampak gangguan yang timbul dari gangguan keamanan dan kehandalan pada IWSN akan dapat berpengaruh secara langsung terhadap  fungsi operasional  dan  keselamatan  pekerja,  serta  lingkungan  disekitarnya  [2].  Standar metode  pengamanan  yang  dilakukan  pada  WSN  seperti  pada  penelitian  [2][3] menjelaskan bahwa sebagian besar menggunakan metode enkripsi dan  prosesnya dilakukan  pada  struktur  lapisan    bagian  atas  ( upper  layer )  setelah  lapisan  fisik ( physical layer) WSN seperti pada penjelasan Tabel 1.
Tabel 1 Informasi Perbandingan Lapisan Layanan Keamanan IWSN [3]
Namun  metode    enkripsi  pada  lapisan  diatas  ( upper  layer )  ini  masih  memiliki kelemahan  ancaman  keamanan  berupa: Denial  of  Service (DoS),  pemborosan energi, analysis traffic dan serangan network flood menurut penelitian [2][4]. Oleh karena  itu  belakangan  ini  banyak  muncul  penelitian  yang  dilakukan  untuk  dapat mengatasi  masalah  tersebut,  yang  antara  lain  diantaranya  dengan  menggunakan metode  pengamanan  layer  fisik  ( Physical  Layer  Security,  PLS )  dan  metode pengamanan enkripsi pada lapisan fisik ( Physical Layer Encryption, PLE ) seperti pada  pembahasan  penelitian  [4].  Dan  metode  enkripsi stream  cipher dengan menggunakan algoritma Rabbit pada layer fisik akan diajukan pada penelitian ini, sebagai  salah  satu  alternatif  bentuk  perlindungan  keamanan  data  pada  perangkat IWSN.

## 2. TEKNOLOGI WIRELESS SENSOR NETWORK
Wireless Sensor Network (WSN) adalah jenis jaringan nirkabel yang dilengkapi perangkat  sensor  otonom  ( node )  yang  didistribusikan  secara  spasial  dan  bekerja secara  kolaboratif  dengan  sistem  lain  untuk  dipergunakan  dalam  berbagai  sistm aplikasi. Sebuah node dalam WSN akan terdiri beberapa unit subsistem seperti pada penjelasan  Gambar  1,  yang  terdiri  dari:  sensor,  prosesor,  baterai,  dan  unit komunikasi radio.
Sifat  kolaboratif  pada  teknologi  WSN  memungkinkan  penggunaan  yang fleksibel untuk dilakukannya penambahan node baru ke dalam jaringan dan dapat dioperasikan dengan berbagai jenis topologi jaringan yang berbeda-beda. Industrial Wireless  Sensor  Network (IWSN)  adalah  merupakan  salah  satu  bagian  dari teknologi WSN yang secara khusus ditujukan untuk aplikasi industri [1]. Penerapan IWSN dalam sektor industri   pada saat ini sudah diimplementasikan dalam untuk beberapa  sistem  yang  terkait  dengan:  sistem  pengawasan  ( monitoring ),  kendali proses  dengan  sistem open-loop dan close  loop serta  sistem  tanggap  darurat ( emergency  respond  system ).  Secara  umum  topologi  IWSN  yang  di  pergunakan pada saat ini adalah dengan tipe star , mesh , dan tree [1].

## Gambar 2 Contoh jaringan IWSN

## 2.1 Standar Protokol WSN dan Protokol IEEE 802.15.4
Struktur lapisan standar komunikasi data pada WSN terdiri dari beberapa bagian yaitu : physical, data link, network, transport dan application layer ,yang tugas dari masing-masing lapisan akan dijelaskan seperti pada Tabel 2 [5].
Tabel 2 Standar Struktur lapisan komunikasi data WSN [5]
Keterkaitan antara struktur lapisan komunikasi data pada WSN dan penerapan protokol IEEE 802.15.4 pada sistem tersebut  dapat dijelaskan seperti pada tabel 3 yang mengacu pada penelitian [5].
Tabel 3 Alokasi protokol IEEE 802.15.4 pada WSN
IEEE  802.15.4    adalah  standar  protokol  yang  ditetapkan  oleh  kelompok  kerja IEEE  802.15.4  untuk  perangkat  komunikasi  data  yang  beroperasi  pada  jaringan komunikasi nirkabel jarak pendek dengan kapasitas data transfer yang rendah ( Low Rate  Wireless  Private  Network ),  yang  memiliki  jarak  maksimum  sampai  dengan 300  meter  [1].  Dalam  standar  ini  didefinisikan,  bentuk  susunan  lapisan  protokol terdiri dari dua tingkat lapisan, yaitu lapisan physical dan Medium Access Control (MAC). Dimana pada spesifikasi lapisan fisik ( physical layer ) mengatur tentang: persyaratan alokasi frekuensi, skema modulasi, penyebaran parameter ( spreading parameter ), pengaturan daya transmisi, rincian saluran dan penugasan saluran [1]. Sedangkan lapisan MAC berfungsi sebagai pengatur akses protokol ke media fisik jaringan  ,  mengatur  komunikasi  antar node ,  manajemen beacon, pengaturan CSMA/CA dan dukungan keamanan pada perangkat [1].

## 2.2 Enkripsi Simetris RC4
Enkripsi RC4 adalah salah satu jenis enkripsi stream cipher dengan algoritma kunci simetris, dirancang oleh Ron Rivest pada tahun 1987. Secara teori algoritma enkirpsi RC4 dapat menggunakan ukuran panjang kunci sebesar 2048 bit ,namun berdasarkan  standar  uji test  vector oleh Internet  Engineering  Task  Force (IETF) hanya direkomendasikan sampai dengan ukuran 256 bit. Dua proses utama dalam proses  algoritma RC4  terdiri  dari: Key  Scheduling  Algorithm (KSA)  dan Pseudo Random Generation Algorithm (PRGA). Pada proses KSA ini, pembentukan tabel S-Box “S “(tabel array S) dan Kunci (tabel array [K]) akan di permutasi sebanyak 256 iterasi. Dan selanjutnya tabel array KSA ini kemudian digunakan pada (PRGA) untuk  dapat  menghasilkan key  stream yang  jumlahnya  sama  dengan  jumlah banyaknya karakter plaintext, dan kemudian akan di-XORkan  dengan plaintext .
Byte  K  akan  di-XOR-kan  dengan plaintext untuk  menghasilkan ciphertext atau akan  di-XOR-kan  dengan ciphertext untuk  menghasilkan plain  text .  Dengan algoritma  PRGA  seperti  pada  penelitian  [6].  Gambaran  algoritma  RC4  secara umum adalah mengacu pada Gambar 3[7].
Gambar 3 Algortima Enkripsi RC4 [7]

## 2.3 Kriptografi
Kriptografi  adalah  teknik  yang  dipergunakan  untuk  merubah  informasi  yang tidak terlindungi untuk dirubah menjadi sebuah informasi yang tidak terbaca dan hanya  dapat  dibaca  oleh  pihak  yang  berhak.  Keamanan  pada  kriptografi  akan bergantung pada panjang kunci kriptografi yang dipergunakan selama dalam proses enkripsi  [8]  berlangsung.  Tujuan  mendasar  dari  penggunaan  kriptografi  adalah untuk  menjaga  kerahasiaan  data,  integritas  data,  autentikasi  dan  pencegahan penyangkalan. Istilah-istilah yang umum digunakan dalam kriptografi:
a. Plain  text adalah  informasi  atau  data  asli  yang  akan  dikirimkan  dan dijadikan sebagai masukan dari sebuah proses kriptografi.
b. Cipher text adalah pesan yang telah rubah atau dikodekan dan siap untuk ditransmisikan.
c. Cipher adalah  algoritma  matematik  yang  dipergunakan  untuk  mengolah plain text menjadi cipher text.
d. Enkripsi adalah proses perubahan dari sebuah plain text menjadi cipher text dengan menggunakan metode atau algoritma tertentu.
e. Dekripsi adalah proses perubahan dari sebuah cipher text menjadi plain text dengan menggunakan metode tertentu.
f. Stream  Cipher adalah  metode  enkripsi  di  mana  aliran  digit cipher pseudorandom dikombinasikan dengan digit teks biasa. Aliran digit cipher pseudorandom ini  diterapkan  ke  setiap  digit  biner,  satu  bit  pada  satuan waktu yang sama.
g. Entropy adalah  ukuran  ketidakpastian  yang  terkait  dengan  variabel  acak, sehingga semakin besar nilai entropy semakin baik kualitas algoritma yang dipergunakan [9].
h. Avalanche  effect adalah  ukuran  yang  dipergunakan  untuk  mengukur seberapa  baik  atau  tidaknya  sebuah  algoritma  enkripsi,  dengan  nilai minimum  yang  inginkan  adalah  lebih  besar  dari  50%.  Rumus  yang dipergunakan  untuk  perhitungan  avalanche  effect  adalah  seperti  rumus  1 [9].
Avalanche Effect = Σ bit_berubah x 100                                                               (1) Σbit_total

## 2.4 Enkripsi Simetris Rabbit
Algoritma  Rabbit  adalah  salah  salah  algoritma  keamanan stream  cipher yang sudah  distandarisasi  oleh  badan  internasional  ISO/  IEC,  dengan  kode  ISO/IEC 18033-4.  Algoritma  ini  menggunakan  kunci  rahasia  128  bit  dan  64  bit  untuk initialization  vector (IV).  Kunci  rahasia  dan  IV  dipergunakan  untuk membangkitkan  128  bit  blok pseudo  random .  Kemudian  proses  enkripsi  dan dekripsinya lakukan dengan cara menggunakan logika XOR dengan input data dari data pseudo random dan plaintext ataupun cipher text . Ukuran dari status internal adalah  513  bit  dibagi  menjadi  8  variabel  status  dengan  ukuran  32  bit,  kedelapan variabel status di-update dengan 8 buah  fungsi non-linear [10], dimana  memiliki proses  parameter  seperti Key sebagai  kunci,  IV  sebagai initialization  vector ,  P sebagai plain text dan C sebagai cipher text ,seperti informasi  pada Gambar 4.
Gambar 4 Algoritma Enkripsi Rabbit [10]

## 2.5 Standar Industri WSN
Standar Industri aplikasi WSN telah diatur oleh badan standarisasi internasional seperti International  Society  of  Automation (ISA),  yang  diklasifikasikan berdasarkan dari fungsi penggunaan alat, waktu proses yang dibutuhkan dan tingkat keamanan yang dibutuhkan, tabel informasi yang diperoleh dari penelitian [1].

## Tabel 4 Standar Industri WSN [1]
Sensor Network Application  Security Requirement  Update Frequency Monitoring and Supervision Vibration Sensor Low Sec-days Pressure Sensor Low 1 Sec Temperature Sensor Low 5 Sec Gas Detector Low 1 Sec Data Acquisition Low > 100 ms Maintenance diagnosis Low Sec-days Close Loop Control Control Valve Medium to High 10-500 ms Pressure Sensor Medium to High 10-500 ms Temperature Sensor Medium to High 10-500 ms Torque Sensor Medium to High 10-500 ms Variable Speed Drive Medium to High 10-500 ms Motion Control Medium to High 10-500 ms Control Machine Tools High 1 -10 ms Interlocking and Control Proximity Sensor Medium to High 10-250 ms Motor Medium to High 10-250 ms Valve Medium to High 10-250 ms Protection Relays Medium to High 10-250 ms Machinary and Tools Medium to High 10-250 ms Motion Control Medium to High 10-250 ms

## 3. METODE SIMULASI KRIPTOGRAFI IWSN

## 3.1 Simulasi Algoritma Enkripsi IWSN
Dua  metode  algoritma  akan  dibandingkan  dalam  penelitian  ini,  yaitu  metode enkripsi dengan menggunakan algoritma RC4 dan algoritma Rabbit.
Mulai Simulasi Algoritma Enkripsi Metode RC4 (256) Bit & Rabbit (128 bit) Simulasi WSN IEEE 802.15.4 (Omnet ++ &INET Framework) Data Simulasi Data Simulasi WSN Analisa data Simulasi Algoritma Enkripsi Standar Industri ISA 100 Analisa data simulasi WSN 20,30,40 Node Selesai Algoritma Rabbit & Algortima RC4 Kesimpulan Simulasi Cryptool Simulasi Omnet++

## Gambar 5 Diagram Alur Simulasi Algoritma dan IWSN

## 3.2 Simulasi Algoritma Enkripsi RC4
Simulasi  enkripsi  RC4  ini lakukan dengan Cryptool 2.1.73  dengan  melakukan modifikasi template  library algoritma RC4 yang telah tersedia pada program ini. Template  library algoritma  RC4  ini  akan  dipergunakan  sebagai  bagian  sebuah proses  yang  kemudian  perlu  dirangkai  dengan  menambahkan  beberapa  fungsi tambahan library seperti : text input, string encoder , string decoder dan text output , untuk  mendapatkan  simulasi  proses  algoritma  yang  memiliki  unsur  :  masukan, proses  dan hasil.  Dalam  simulasi ini akan  masukan  nilai acak  dengan  tipe string sepanjang 8 karakter sebagai nilai plain text . Dan masukan panjang kunci dengan karakter  acak  hexadesimal  dengan  panjang  ukuran  256  bit  untuk  diproses selanjutnya  dalam  blok  algoritma  RC4.  Untuk  keperluan  pengambilan  data  pada penelitian, maka nilai dari plain text dan cipher text dikonversikan kedalam nilai biner  untuk  diambil  dan  analisa  datanya.  Hasil  data  adalah  ukuran  panjang  data sebelum  dan  setelah  dienkripsi  serta  perubahan  nilai  bitnya.  Setelah  uji  simulasi dengan  menggunakan  versi  2.17.73  selesai  dilakukan  maka  kemudian  data  dari hasil  enkripsinya  akan  simulasikan  dengan  menggunakan  versi  1.14.40  untuk pengujian nilai entropy enkripsi. Bentuk rancangan diagram alur untuk simulasi ini diilustrasikan seperti pada Gambar 6.
Gambar 6 Rancangan Diagram Alur Simulasi Algoritma RC4

## 3.3 Simulasi Algoritma Enkripsi Rabbit
Simulasi enkripsi Rabbit ini dilakukan menggunakan perangkat Cryptool 2.1.73 dengan  cara  melakukan  modifikasi template  library algoritma  Rabbit  yang  telah tersedia pada program ini. Template library algoritma Rabbit ini akan dipergunakan sebagai  bagian  sebuah  proses,  yang  kemudian  modifikasi  dengan  menambahkan beberapa fungsi tambahan library seperti : text input, string encoder , string decoder dan text output , untuk mendapatkan simulasi proses algoritma yang memiliki: nilai masukan, proses dan hasil keluaran. Dalam simulasi ini akan masukan nilai acak dengan  tipe  string    sepanjang  8  karakter  sebagai  nilai plain  text .  Dan  masukan panjang kunci dengan karakter acak hexadesimal dengan panjang ukuran 128 bit, serta masukan initialization vector sebesar 64 bit untuk diproses selanjutnya dalam blok algoritma Rabbit. Untuk keperluan pengambilan data pada penelitian, maka nilai dari plain text dan cipher text akan dikonversikan ke dalam nilai biner untuk diambil dan analisa datanya. Hasil data yang akan dipergunakan dari simulasi ini adalah ukuran panjang data setelah sebelum dan setelah dienkripsi serta perubahan nilai  bitnya.  Setelah  uji  simulasi  dengan  menggunakan  versi  2.17.73  selesai dilakukan  maka  kemudian  data  dari  hasil  enkripsinya  akan  analisa  dengan menggunakan  Cryptool  versi  1.14.40  untuk  pengujian  nilai entropy enkripsi. Dimana  untuk  ilustrasi  mengenai  diagram  alur  untuk  simulasi  ini  terdapat  pada Gambar 7.
Gambar 7 Rancangan Diagram Alur Simulasi Algoritma Rabbit

## 3.4 Enkripsi WSN Protokol IEEE 802.15.4
Skenario  simulasi  WSN  pada  penelitian  ini  akan  menggunakan  satu  unit perangkat Cluster Header (CH) dan beberapa unit node sensor, dimana aliran data akan  dikirimkan  dari  node  sensor  menuju  CH  akan  dienkripsikan  dengan menggunakan algoritma RC4 dan algoritma Rabbit. Sedangkan untuk pengaturan parameternya akan menggunakan luasan area simulasi sebesar 1000 meter persegi, penyebaran  secara  acak  untuk  penempatan  node  dengan  menggunakan  topologi mesh dan batasan jarak maksimal komunikasi sejauh 184 meter untuk jarak antar nodenya. Jumlah node sendiri akan divariasikan dengan 20 , 30 dan 40 jumlah unit node  sensor  untuk  tujuan  pengujian  skalabilitas  jaringan.  Sedangkan  untuk pengaturan parameter protokol IEEE 802.15.4 pada simulasi akan mengacu pada standar library INET,  yang nantinya akan dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan penelitian. Untuk ilustrasi rancangan alur simulasinya dapat dilihat pada Gambar 8. dan tabel parameter simulasi pada Tabel 5.
Mulai Definisikan Skenario Definisikan Parameter Jalankan simulasi framework INET Omnet Waktu simulasi selesai framework INET Omnet Simulasi WNS dengan jumlah node 20,30,40 Ambil data Simulasi Data Simulasi Selesai A B WSN yang terdiri dari 1 Cluster Header dan beberapa Sensor dalam suatu area jaringan, dimana semua sensor mengirimkan data ke Cluster Header secara bergantian.
Menggunakan standar protokol IEEE 802.15  dan melakukan enkripsi dengan  menggunakan Algoritma RC4 atau Rabbit A Parameter pada Simulasi: 1. Luas Area Simulasi 1000*1000 meter 2.Jarak Maksimal Komunikasi : 184 meter 3.Topologi Jaringan :Mesh 4. Waktu Simulasi : 300 detik 5.Menggunakan standar WSN dan library IEEE 802.15.4 pada framework INET Omnet++ 6.Menggunakan Enkripsi RC4 dan Rabbit 7.Jumlah variasi node: 20,30,40 B

## Gambar 7 Rancangan Alur Simulasi IWSN
Tabel 5 Parameter Simulasi Enkripsi IWSN
Modul physical layer IEEE 802.15.4 pada penelitian ini disimulasikan dengan menggunakan  fungsi  modul  Ieee802154 NarrowBandScalarRadio, dan  fungsi modul  IpV4 NetworkConfigurator untuk  pengaturan  pengalamatan  Internet Protocol (IP) pada perangkat dan pengaturan routing table statis dalam jaringan. Parameter lapisan physical layer pada modul  ini akan mengacu pada standar IEEE 802.15.4 yang memiliki kriteria : frekuensi 2450 MHz DSSS, symbol rate 62,5, bit rate 250  Kbps,  modulasi  OQPSK  dan chiprate 2000.  Pengaturan  nilai-nilai parameter pada simulasi dalam penelitian ini, sebagian besar masih menggunakan nilai standar  yang telah tersedia dan ditetapkan oleh fungsi modul library INET. Modul library yang dipergunakan dalam simulasi ini dapat lihat pada Tabel 6 dan bentuk hasilnya pada Gambar 8.
Tabel 6 Library INET Protokol IEEE 802.15.4

## Gambar 8 Simulasi Omnet IWSN
Bentuk rancangan diagram transformasi data dalam WSN dan metode enkripsi yang  akan  dibuat  untuk  simulasi penerapan algoritma RC4 dan algortima Rabbit dalam jaringan WSN pada lapisan fisik,  dapat dilihat pada Gambar 9.
Mulai Data Sensor (Plain Text) Transport Layer Network Layer Data Link / MAC Layer Mode Enkripsi (Stream Cipher Simetris) RC4 Rabbit Cipher text Cipher Text Mode Dekripsi (Stream Cipher Simetris) Rabbit RC4 Data Link / MAC Layer Network Layer Transport Layer Kirim Data Decipher text Selesai Data Sensor (Plain Text) Terima  Data Physical Layer Physical Layer

## Gambar 9 Transformasi dan Enkripsi Data Simulasi IWSN
Dan ringkasan parameter simulasinya dapat dilihat dari Tabel 7, dimana untuk penjelasannya  akan  disimulasikan  aliran  data plain  text node sensor  yang  akan ditransformasikan  dari  lapisan layer  application dengan  menggunakan  modul Udp BasicApp akan dikirimkan kelapisan transport layer dan menggunakan modul Udp transport layer untuk berkomunikasi sampai dengan layer physical, kemudian menggunakan  modul  TCP transport  layer untuk  berkomunikasi  dengan layer network. Selanjutnya pada layer network akan digunakan modul IpV4 NetwokLayer yang didalamnya terdiri dari beberapa modul seperti : modul Ipv4N odeConfigurator yang  berfungsi  seperti  jembatan  untuk  menghubungkan antara node dan modul konfigurator global jaringan, modul IpvRoutingTable untuk menyimpan  tabel  routing  statis,  modul    IGMP  ( Internet  Group  Management Protocol )  yang  bekerja  pada  untuk  menginformasikan  router-router  IP  tentang keberadaan  group-group  jaringan  multicast,  modul  ICMP  ( Internet  Control Message  Protocol )  untuk  keperluan  analisa  jaringan,  modul  ARP  ( Address Resolution Protocol ) untuk fungsi pemetaan alamat IP menjadi alamat MAC dan modul IP untuk pengalamatan perangkat. Kemudian pada lapisan berikutnya, link layer dengan modul Ieee802154NarrowbandMac yang berfungsi sebagai protokol Media Access Control (MAC) yang mengatur lalu lintas jaringan dengan metode Carrier Sense Multiple Access (CSMA) untuk menghindari proses tabrakan dalam lalu lintas data. Terakhir pada tingkat physical layer dengan menggunakan modul Ieee802154NarrowbandScalarRadio  yang  memiliki  sub  modul  untuk  perangkat fisik  terkait  antenna  dengan  modul  IAntenna,  transmitter  dengan  modul ITransmitter, dan receiver dengan modul Ireceiver.
Tabel 7 Ringkasan Setting Parameter IWSN
Dan  untuk  prosesnya  enkripsi  proses  transformasi  dan  komunikasi  data  ini dilakukan  pada physical  layer. Algoritma  enkripsi  yang  dipergunakan  adalah algoritma RC4 dan algoritma Rabbit yang dalam proses pengujiannya simulasi akan dilakukan beberapa kali dengan format algoritma tertentu dan jumlah node tertentu seperti Gambar 10 dan Gambar 11, dimana aliran transformasi data bergerak dari lapisan link layer sampai dengan physical layer dengan menggunakan fungsi modul loopback interface dari layer physical sampai dengan network layer yang bertujuan untuk  mengidentifikasi  perangkat  komunikasi,  informasi  routing  dan  melakukan packet filtering .
Gambar 11 Transformasi dan Enkripsi Data Simulasi Omnet IWSN

## 4. DATA SIMULASI
Dari hasil percobaan dengan dua perangkat simulasi Cryptools dan OMNET ++ dihasilkan  dua  kelompok  data  simulasi  terkait  dengan  pengukuran  kualitas algoritma  dan penerapannya  pada protocol IEEE 802.15.4 dengan uji skalabilitas tertentu.

## 4.1 Data  Enkripsi Algoritma RC4 dan Algoritma Rabbit
Dengan mengacu pada desain rancangan diagram alur simulasi algoritma RC4 seperti  pada  Gambar  6  dan  menggunakan  peralatan  simulasi  Cryptool,  maka percobaan  dilakukan  dengan  menggunakan  parameter  algoritma  enkripsi  RC4 diperoleh hasil seperti pada Tabel 8.

## Tabel 8 Data Simulasi Algoritma RC4
Pada  simulasi  algoritma  Rabbit,  data  masukan plain  text dengan  type string terdiri dari 8 karakter yang dikonversikan menjadi 71 bit dalam bentuk biner seperti pada  kolom plain  string  encoder seperti  pada  Tabel  9,  akan  dienkripsi  dengan algoritma Rabbit  menggunakan kunci enkripsi 128 bit dan tambahan initialization vector sebesar 64 bit. Dan menghasilkan sebuah cipher text yang panjang ukuran bitnya 50% lebih pendek dari ukuran panjang bit plain text nya .

## Tabel 9 Data Simulasi Algoritma RC4

## 4.2 Data Analisa Nilai Entropy, Avalanche Effect Algortima RC4 dan Rabbit
Dari simulasi Cryptool diperoleh hasil cipher text yang dipergunakan selanjutnya untuk  analisa entropy dan avalanche  effect dan  mengukur  tingkat  kualitas keamanan algoritma seperti pada penjelasan Tabel 10,11 dan 12.
Tabel 10 Perbandingan Hasil Cipher Text RC4 dan Rabbit
Tabel 11 Nilai Entropy Enkripsi Algoritma RC4 dan Rabbit
Tabel 12 Nilai Avalanche Effect Enkripsi RC4 dan Rabbit
Dan selanjutnya melakukan uji penerapan algoritma algoritma enkripsi RC4 dan algoritma  Rabbit  pada  lapisan  fisik  jaringan  protokol  IEE  802.15.4  sehinga diperoleh data seperti pada Tabel 12,13 dan 14.
Tabel 13 Data Analisa  Penggunaan CPU Algoritma RC4 dan Rabbit
Tabel 14 Data Analisa Penggunaan Memori Algoritma RC4 dan Rabbit Tabel 15 Data Analisa Simulasi End to End Delay Algoritma RC4 dan Rabbit.

## 5. KESIMPULAN
Meskipun  algoritma  Rabbit  memiliki  panjang  kunci  yang  lebih  pendek  50% dibandingkan  dengan  algoritma  RC4  namun,  algoritma  Rabbit  memiliki  tingkat kualitas keamanan algoritma lebih baik 9% untuk nilai entropy dan 25.56%  nilai avalanche  effect nya.  Dan  dari  penggunaan  sumber  daya  ,  algoritma  Rabbit memiliki keunggulan yang lebih baik 45% untuk sumber daya prosesor. Serta hasil yang bervariasi untuk uji skalabilitas penggunaan memori dan waktu pemrosesan namun  masih dapat  memenuhi kriteria  standar  pemenuhan  waktu  proses  industri dibawah 100 milidetik untuk keperluan aplikasi aplikasi open loop, monitoring dan data  logging  yang  umumnya  dipergunakan  dalam  sektor  industri  migas  untuk penggunaan teknologi wireless sensor network .

## REFERENCES
[1] M. Raza, N. Aslam, H. Le-Minh, S. Hussain, Y. Cao, and N. M. Khan, “A Critical Analysis of Research Potential, Challenges  and  Future  Directives  in  Industrial  Wireless  Sensor  Networks,” IEEE  Commun.  Surv.  Tutorials ,  no. October, pp. 1–1, 2017.
[2] J. Zhu, Y.  Zou, and B. Zheng, “Physical-Layer Security and  Reliability Challenges for Industrial Wireless Sensor Networks,” IEEE Access , vol. 5, pp. 5313–5320, 2017.
[3] Q. Wang, J. Jiang, and S. Member, “Comparative Examination on Architecture and Protocol of Industrial Wireless Sensor Network Standards,” vol. 18, no. 3, pp. 2197–2219, 2016.
[4] A. K. Nain, J. Bandaru, M. A. Zubair, and R. Pachamuthu, “A Secure Phase-Encrypted IEEE 802.15.4 Transceiver Design,” IEEE Trans. Comput. , vol. 66, no. 8, pp. 1421–1427, 2017.
[5] I. Tomic and J. A. McCann, “A Survey of Potential Security Issues in Existing Wireless Sensor Network Protocols,”
IEEE Internet Things J. , vol. 4, no. 6, pp. 1910–1923, Dec. 2017.
[6] S. Sen Gupta, A. Chattopadhyay, K. Sinha, S. Maitra, and B. P. Sinha, “High-performance hardware implementation for RC4 stream cipher,” IEEE Trans. Comput. , vol. 62, no. 4, pp. 730–743, 2013.
[7] C. S. Narayanan and S. A. Durai, “A Critical Study on Encryption Based Compression Techniques,” J. Comput. , vol.
RC4 Rabbit 1 20 166848 86176 48.35059455 2 30 271616 138554 48.9890139 3 40 514528 307072 40.31967162
Percobaan Jumlah Node CPU (Clock Prosessor,Hz) Analisa % CPU Rabbit terhadap RC
RC4 Rabbit 1 20 0.049 0.034 0.015 2 30 0.035 0.034 0.001 3 40 0.035 0.038 -0.003 End to End Delay (s) Selisih Waktu RC4 dan Rabbit Percobaan Jumlah Node
11, no. 5, pp. 380–399, 2016.
[8] D. Costa, S. Figuerêdo, and G. Oliveira, “Cryptography  in  Wireless Multimedia  Sensor Networks: A  Survey and Research Directions,” Cryptography , vol. 1, no. 1, p. 4, 2017.
[9] P.  Patil,  P.  Narayankar,  D.  G.  Narayan,  and  S.  M.  Meena,  “A  Comprehensive  Evaluation  of  Cryptographic Algorithms: DES, 3DES, AES, RSA and Blowfish,” Procedia Comput. Sci. , vol. 78, no. December 2015, pp. 617– 624, 2016.
[10] J. A. P. Marpaung, B. Ndibanje, and H. J. Lee, “Higher-Order Countermeasures against Side-Channel Cryptanalysis on Rabbit Stream Cipher,” J. Inf. Commun. Converg. Eng. , vol. 12, no. 4, pp. 237–245, Dec. 2014.
[11] J. Choi, “Channel-Aware Randomized Encryption and Channel Estimation Attack,” IEEE Access , vol. 5, pp. 25046– 25054, 2017.
[12] J. Zhang, T. Duong, R. Woods, and A. Marshall, “Securing Wireless Communications of the Internet of Things from the Physical Layer, An Overview,” Entropy , vol. 19, no. 8, p. 420, Aug. 2017.
[13] G. Leroy, Designing User Studies in Informatics . London: Springer London, 2011.
[14] J. Strombergson and S. Josefsson, “Test Vectors for the Stream Cipher RC4,” May 2011.
[15] X. Zhang, H. M. Heys, and C. Li, “Energy efficiency of symmetric key cryptographic algorithms in wireless sensor networks,” in 2010 25th Biennial Symposium on Communications , 2010, pp. 168–172.
[16] S. Petersen and S. Carlsen, “Wireless Instrumentation in the Oil &amp; Gas Industry - From Monitoring to Control and Safety Applications,” in SPE Intelligent Energy International , 2012.
[17] A. Nechibvute and C. Mudzingwa, “Wireless Sensor Networks for SCADA and Industrial Control Systems,” Int. J. Eng. Technol. , vol. 3, no. 12, pp. 1025–1035, 2013.