IMPLEMENTASI PENGAMANAN DATA MENGGUNAKAN METODE KRIPTOGRAFI HILL CIPHER DAN STEGANOGRAFI LEAST SIGNIFICANT BIT (LSB) PADA MEDIA CITRA DIGITAL
Samy Y. Doo 1 , Silvester Tena 2 , Varly M Ndolu 3
1,2,3 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknik Universitas Nusa Cendana Jalan Adisucipto-Penfui Kupang, Telp. (0380) 881557, HP.081239898101 Email: samyeverson@staf.undana.ac.id

## ABSTRACT
Security  in  data  exchange  becomes  absolutely  necessary  today.  One  way  to  do  this  is  to  use cryptography.  The main force of cryptography is to randomize the message so that even if the message can be intercepted but not necessarily readable. This is at once a disadvantage because the random message can be thought to contain important information that is interesting to be analyzed far. To overcome such deficiencies, steganography becomes an interesting thing to combine. The merging method of Hill Cipher dan Least Significant Bit (LSB) method can give double protection to the data in an image or digital image. The results showed that Citra that has been through the process of steganography LSB looks the same as the original image so it is very difficult to distinguish. The MSE and PSNR values of the Stego result are best generated with the MSE 0.000306 value and the PSNR value of 83,305 dB. When without an attack (noise),  the  combination results  in  the  message  with the  Hill  Cipher  Cryptographic  method  and the LSB steganography method go well. At the moment of addition attack  Salt and pepper noise qualitative changes in the image. The lowest MSE and PSNR values are MSE 6.4620 and PSNR 40,061 dB.
Keywords:  cryptography, Steganography, LSB, Hill Cipher, Salt and pepper noise

## ABSTRAK
Keamanan  dalam  pertukaran  data  menjadi  hal  yang  mutlak  diperlukan  saat  ini.  Salah  satu  cara melakukannya  adalah  dengan  menggunakan  kriptografi.  Kekuatan  utama  kriptografi  adalah  mengacak pesan  sehingga  sekalipun  pesan  tersebut  dapat  disadap  tetapi  tidak  serta  merta  dapat  dibaca.  Hal  ini sekaligus  menjadi kelemahannya karena  pesan  yang acak tersebut bisa  diduga berisi  informasi penting yang menarik untuk dianalisa lebih jauh. Untuk mengatasi kekurangan tersebut maka steganografi menjadi hal menarik untuk dikombinasikan. Penggabungan metode Hill Cipher dan metode Least Significant Bit (LSB) dapat memberikan proteksi ganda pada data dalam sebuah gambar atau citra digital.
Hasil penelitian menunjukan bahwa citra yang sudah melalui proses steganografi LSB terlihat sama dengan citra asli sehingga sangat sulit dibedakan. Nilai MSE dan PSNR citra hasil stego terbaik dihasilkan dengan nilai  MSE  0.000306  dan  nilai  PSNR  83.305  dB.  Bila  tanpa  attack  (noise),  hasil  kombinasi  pada  pesan dengan metode kriptografi Hill Cipher dan metode steganografi LSB berjalan baik. Pada saat penambahan attack berupa noise salt and pepper secara kualitatif terjadi perubahan pada citra. Nilai MSE dan  PSNR terendah yakni MSE 6.4620 dan PSNR 40.061 dB.
Kata kunci : Kriptografi, Steganografi, LSB, Hill Cipher, salt and pepper noise

## 1. PENDAHULUAN
Dewasa ini internet merupakan media komunikasi  data  yang  sangat  diperlukan  mulai dari sekedar mencari informasi terbaru, transaksi bisnis, penawaran jasa dan lain-lain. Kemudahan
dalam  penggunaan  serta  fasilitas  yang  lengkap membuat  internet  menjadi  populer  di  kalangan masyarakat  sekarang  ini.  Akan  tetapi  seiring berkembangnya media komunikasi yang menggunakan    internet    maka    bertambah  pula
kejahatan  pada  internet.  Permasalahannya  adalah jika  informasi  tersebut  bersifat  rahasia  dan  hanya boleh diketahui oleh pihak tertentu maka dibutuhkan pengamanan  pada  data tersebut.  Tujuannya  supaya data  yang dibawanya  bisa diambil tetapi tidak dapat dibaca atau  dimengerti.  Cara  yang  bisa  dilakukan untuk mengamankan  data  tersebut  adalah  dengan menggunakan  metode  kriptografi.  Intinya  data diacak sedemikian rupa agar tidak dapat dimengerti oleh yang tidak berhak [1-3].
Pada dasarnya, kriptografi memiliki dua proses yaitu enkripsi  dan  dekripsi.  Pesan  yang  dapat  dibaca disebut plaintext , sedangkan teknik untuk membuat pesan  tidak  dapat  dibaca  disebut  enkripsi.  Pesan yang  sudah  melewati  tahap  enkripsi  disebut ciphertext . Setelah itu, pesan akan dikirim ke tujuan dan  pesan  akan  didekripsi.  Dekripsi  adalah  teknik mengubah ciphertext menjadi plaintext ,  dan diperlukan key yaitu  kode  yang  digunakan  untuk melakukan  enkripsi  atau  dekripsi  suatu  pesan. Kriptografi hanya membuat pesan menjadi acak dan tidak dapat dibaca. Keadaan ini tertunya menimbulkan  ketertarikan  orang  untuk  mencoba menemukan  pesan  dibalik  data  acak  tersebut.  Hal inilah  yang  menjadi  kelemahan  utama  kriptografi. Untuk  mengatasi  hal  tersebut  maka  sebuah ciphertext disembunyikan dalam media yang sama ataupun  berbeda.  Teknik  ini  dikenal  dengan  nama steganografi..  Steganografi  adalah  seni  dan  ilmu menyembunyikan  data  pada  media  lain  sebagai cover sehingga terlihat samar [4].
Pada penelitian ini, metode kriptografi menggunakan algoritma Hill Cipher. Algoritma ini merupakan  salah  satu  algoritma  kriptografi  yang memanfaatkan aritmatika modulo dan matriks [5, 6]. Setiap  karakter  pada plaintext dan ciphertext dikonversikan  ke  dalam  angka. Hill  Cipher memanfaatkan  matriks n x n sebagai  kunci. Setelah itu  pesan  akan  disembunyikan  dengan  teknik steganografi. Dalam hal ini, pesan akan ditumpangkan  ke  media  stegano  yang  dapat berupa file image atau audio sehingga orang lain tidak dapat mengetahui bahwa di dalam media tersebut terdapat pesan rahasia. Upaya untuk meminimalisir perubahan  kualitas cover dapat  dilakukan  dengan penyisipan  pada  bit  terakhir  ( Least  Significant  Bit ) [7-9].

## 2. METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini dilakukan  beberapa   kombinasi percobaan  untuk  melihat  pengaruh   jumlah      bit informasi      yang    diproses      dengan     kriptografi
dan  steganografi  terhadap  kualitas  citra  yang dipakai sebagai media stegano. Beberapa perlakuan tersebut termasuk dengan penambahan sinyal acak atau  noise  ke  gambar  yang  dipakai sebagai  media stegano.  Contoh  penambahan  noise  pada  gambar 1.Terlihat  bahwa  ada  perubahan  yang signifikan akibat noise gaussian tersebut.
Gambar 1. Citra yang terkena noise Gaussian
Gambar 2. memperlihatkan perubahan yang lebih parah akibat noise salt and pepper .
Salt  and  Pepper  noise juga  sering  disebut impuls noise , merupakan noise yang disebabkan gangguan yang  tajam  dan  tiba-tiba  pada  sinyal  citra.  Citra akan  tampak  berupa  titik-titik (piksel)  hitam  atau putih  (atau  keduanya  yang  tersebar  pada  citra). Pada penelitian ini digunakan noise salt and pepper sebagai  pengganggu  untuk  melihat  apakah  data yang  dirusak  dengan  noise  tersebut  masih  bisa dibaca atau tidak setelah diekstrak kembali.
Gambar 2. Citra yang terkena noise salt and pepper
1. Parameter Pengujian
2.1.1 Mean Square Error (MSE)
MSE merupakan tolak ukur analisis kuantitatif yang digunakan untuk menilai kualitas sebuah citra  keluaran  dan  keunggulan  sebuah  metode yang digunakan. Ukuran matriks citra m * n, B 1 dan  B 2 merupakan  matriks  citra.  Dengan  kata lain Mean  Square  Error (MSE)  adalah kesalahan kuadrat rata- rata sinyal-sinyal piksel citra  hasil  pemrosesan sinyal  terhadap  sinyal asli.  Untuk  nilai   terbaik   MSE adalah sama
dengan nol. MSE dapat dirumuskan sebagai berikut: Bebarapa citra yang dipakai untuk penelitian ini.

## 2.1.2 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)
Peak  Signal  to  Noise  Ratio (PSNR)  adalah perbandingan  antara  nilai  maksimum  dari sinyal yang diukur dengan besarnya derau yang berpengaruh pada sinyal tersebut, dalam satuan desibel (dB). Semakin besar parameter PSNR semakin mirip dengan citra asli (Hidayat,2013).
Untuk  menentukan  nilai  PSNR  digunakan persamaan berikut ini:
Adapun  kriteria  kualitas  citra  dilihat  dari PSNR terdapat pada Tabel 1.
Tabel 1. Kriteria kualitas Citra dari nilai PSNR ( Intenational Journal of Database Manage System Vol 4 . IEEE)
Secara umum, nilai PSNR dengan kisaran di bawah  30  dB  termasuk  dalam low  quality dan terdapat banyak distorsi pada citra hasil penyisipan  pesan.  Pada  tabel  diatas  nilai PSNR  berada  pada  nilai  konsisten  berada pada nilai diatas 51 dB. Nilai PSNR dengan kisaran  51  ke  atas  termasuk  dalam high quality dan  gambar  hasil  penyisipan  sulit pesan    dibedakan    oleh    mata     manusia.
Tabel 2. Citra yang dipakai Nama citra uji Gambar citra Ukuran Citra Ukuran citra (KB) Lenna. bmp 252 * 252 186.1 Lada. bmp 225 * 225 148.588 Bunga. bmp 229 * 220 147.865
Citra  yang  dipakai  pada  penelitian  ini  sengaja diambil  yang  berbeda  ukuran  supaya  bila  dilihat berapa rata-rata pixel yang mampu ditampung oleh citra tersebut.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Diagram Blok Sistem
Tahapan  proses  kombinasi  kriptografi  dan steganografi adalah sebagai berikut:
(2.8)
Gambar 3. Bagan Perencangan Kombinasi Kriptografi dan Steganografi
3.2 Diagram Alur (Flowchart) Aplikasi
Pada  pembuatan  aplikasi  ini,  dibutuhkan  suatu teknik  perancangan  yang  mempunyai  struktur yang  baik,  biasanya  diawali  dengan  pembuatan diagram alur (flowchart). Diagram alur digunakan untuk menggambarkan terlebih dahulu apa  yang  harus  dikerjakan  sebelum  mulai merancang  atau  membuat  suatu  sistem.  Sistem mulai  bekerja  dengan  membaca  teks  yang  akan diproses  dengan  kriptografi  Hill  Cipher.  Setelah itu  maka  ditentukan  kunci  yang  akan  dipakai. Kunci ini harus diingat karena akan diminta lagi
Gambar 4. Flowchart Untuk Proses Enkripsi dan Penyisipan
saat proses dekripsi di penerima. Setelah teks dan kuncinya  dimasukan  maka  proses  selanjutnya adalah  enkripsi  dengan  algoritma  kriptografi. Hasil  enkripsi  selanjutnya  diteruskan  ke  blok steganografi.  Hasil  enkripsi  menjadi  masukan buat  algoritma  steganografi.  Pada  bagian  ini mulai  dilakukan  proses  penyisipan.  Setiap karakter akan dipecah menjadi kode ASCII untuk bisa disisipkan ke dalam stegano image. Setiap bit data diisi 1 per 1 pada bit yang terakhir dari setiap pixel  citra  dengan  teknik  yang  bervariasi  dalam penempatan bit informasi dalam citra.
Gambar 5. Flowchart Untuk Proses Perhitungan MSE dan PSNR Untuk Proses Enkripsi dan Penyisipan
Proses selanjutnya adalah  membandingkan kualitas citra  sebelum  disisipi  dan  setelah dimasukan  bit informasi.  Pada  level  ini  dilakukan  perhitungan MSE  dan  PSNR.  Nanti  nilainya dibanding  dengan standar MOS.

## 3.3 Desain Antar Muka
Antar  muka  adalah  alat  komunikasi  antara user dan  sistem  agar  sistem  lebih  mudah  dan  bisa digunakan user. Berikut  rancangan  antar  muka untuk  Implementasi  kriptografi  menggunakan metode Hill  Cipher dan  Metode  steganografi LSB pada media citra digital.
Star Input Input Citra hasil Output nilai MSE dan End Hitung nilai MSE dan PSNR
Gambar 6. GUI untuk proses enkripsi
Gambar 7 . GUI Untuk proses ekstrak dan Dekripsi

## 3.4 Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah file dapat  menampung  pesan  teks  tanpa  adanya perubahan  ukuran  pada  citra  awal.  Kemudian melakukan  perbandingan  antara  ukuran  media penampung  dan  ukuran  pesan,  apakah  metode kriptografi Hill  Cipher dan  metode  steganografi LSB  masih  bisa  berjalan  baik,  jika  informasi ukuran pesan teks dinaikkan.
Kemudian acuan dari pengujian dari ini dilihat dari dua aspek, yakni:
1. Membandingkan kualitas citra hasil
penyisipan  dengan  citra  awal  apabila  dilihat secara kasat mata.
2. pengukuran  menggunakan Peak  Signal - to - Noise Ratio (PSNR) dan Mean Square Error (MSE) untuk mengevaluasi perbedaan antara citra hasil penyisipan dan citra awal.
Tabel 3. Hasil pesan standar disisipkan pada citra
Tabel  3  memperlihatkan  bahwa  pesan  asli ( plaintext ) dengan pesan hasil enkripsi dan ekstrasi sangat berbeda, sehingga sulit bagi pihak lain untuk membaca. Dengan demikian maka, walaupun pihak lain  telah  berhasil  mengekstrak  pesan  dengan metode  LSB,  namun  pesan  tidak  langsung  dapat dibaca.  Demikian  juga  penggunaan  kunci  yang berbeda akan menghasilkan hasil ( ciphertext ) yang berbeda. Hal ini akan menyulitkan pihak lain untuk mengetahui pesan yang telah disisipkan.
Pengujian  juga  dilihat  berdasarkan  kriteria kualitatif  dan  kuantitatif.  Adapun  hasilnya  dapat dilihat pada Tabel 4.2
Tabel 4. Kriteria kualitatif dan kuantitatif
(a)

## (b)
Gambar 8. a) citra sebelum disisipi pesan, b) citra sesudah disisipi pesan
Gambar 8 memperlihatkan kondisi image sebelum diproses  dengan  kriptografi  dan  sreganografi  dan setelah diproses.  Sepintas terlihat bahwa  tidak  ada perbedaan  yang  signifikan  antara  kedua  image. Tetapi  saat  dilihat  secara  kuantitatif  maka sebenarnya  ada  perbedaan.  Nilai  MSE dan  PSNR adalah  0.000306  dan  83.305  dB.  Hal  ini menjelaskan bahwa nilai MSE yang mendekati nol dan nilai PSNR diatas 60 dB merupakan nilai yang baik  sehubungan  dengan  kualitas  image.  Seluruh pengujian yang dilakukan dengan tidak menggunakan noise.

## 3.5 Pengujian dengan noise pada teks standar
Adapun  pengujian  berikutnya  dilakukan dengan penambahan noise  salt  and  pepper dengan nilai 0.01
Tabel 5. Pengujian pesan teks standar dengan noise salt and pepper 0.01
Dari  Tabel  5.  terlihat  bahwa  pesan  asli ( plaintext ) dengan  pesan  hasil  enkripsi  dan  ekstrasi sangat berbeda,  sehingga  sulit  bagi  pihak  lain  untuk membaca. Dengan demikian maka,walaupun  pihak lain   telah    berhasil   mengekstrak    pesan   dengan
metode LSB, namun pesan tidak langsung dibaca. Ketika ditambahkan noise salt and pepper dengan nilai 0.01, pesan yang terdapat dalam citra, masih dapat diambil kembali dari citra yang terkena noise salt and pepper tetapi pada percobaan ke 5 dan 6 terjadi  perubahan  informasi  pada  saat  pesan didekripsikan kembali. Hal ini terjadi karena noise tersebut  merusak  bit  terakhir  yang  terdapat  pada citra  sehingga  pada  saat  didekripsikan,  beberapa karakter mengalami kerusakan.
Nilai PSNR dan MSE diperlihatkan pada tabel 6.
Tabel 6. Kinerja sistem ketika ditambah noise salt and pepper dengan nilai 0.01
a b
Gambar 9 a) citra sebelum disisipi pesan, b) citra sesudah disisipi pesan dan diberi noise salt and pepper 0.01
Gambar  9  a  dan  b  terlihat bahwa file  image yang telah  disisipi  pesan  teks  dan  diberi attack dengan noise salt and pepper , terlihat pada gambar terdapat bintik-bintik  pada  gambar  sehingga  jika  dilihat secara kualitas terjadi perbedaan yang sangat besar antara  gambar  yang  sudah  disisipi dengan  gambar yang  diberi noise .  Pengujian   ditambah noise ini
terjadi penurunan jika dilihat secara kuantitatif dari nilai MSE dan PSNR terjadi penurunan yaitu MSE 2.38696 dan PSNR 77.804 dB ketika disisipi pesan dan ditambahkan attack MSE menjadi 1.3716 dan PSNR  44.3863  dB  menjelaskan  bahwa  nilai  dari MSE yang diatas nol dan nilai PSNR diatas 40 dB termaksud dalam kategori reasonable .

## 4. KESIMPULAN
Setelah  melakukan  pengujian  aplikasi  dengan metode  kriptografi Hill  cipher dan  metode steganografi LSB, beberapa kesimpulan diperoleh sebagai berikut:
1. Pengamanan data menggunakan metode
kriptografi Hill Cipher menghasilkan ciphertext dalam  keadaan  yang  acak,  sehingga informasi tersebut tidak dapat dibaca dengan mudah.
2. Citra  yang  melalui  metode  steganografi  LSB terlihat  sama dengan  citra  asli  sehingga sangat sulit dibedakan. Nilai MSE dan PSNR citra hasil stego  terbaik  didapat  dengan  nilai  MSE 0.000306122  dan  nilai  PSNR  83.2719  dB.
Sehingga pengujian dengan tanpa attack metode kriptografi Hill Cipher dan metode steganografi LSB berjalan baik
3. Pada saat penambahan attack dengan noise salt and  pepper secara  kualitatif  terjadi  perubahan pada citra. Nilai MSE dan PSNR terendah yakni MSE  6.32889dan  PSNR  40.1175  dB.  Terjadi perubahan  informasi  sebelumnya  pada  saat diekstrak dan didekripsi  kembali akibat penambahan noise tersebut  merusak  bit informasi  yang  tersimpan  pada  citra  stego tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Fachrurrozi, Erwin, “Pemrosesan Citra Berwarna dan  Aplikasi  dengan  Java,  Skripsi,  Universitas Sriwijaya. Palembang. Surabaya, 2016.
[2] Gunadi, Kartika, “Aplikasi Metode Steganografi pada Citra Digital dengan Menggunakan Metode LSB (Least Significant Bit). Surabaya, 2015.
[3] Hidayat,  Erwin,  “Analisis  Steganografi  Metode Least  Significant  Bit  (LSB)  dengan  Penyisipan Sekuensial  dan  Acak  secara  Kuantitatif  dan Visual. Semarang, 2013.
[4] Laskar,  Shamin,  “High  Capacity  data  Hiding using  LSB  Steganography  and  encryption. International  Journal  Of  Database  Manage System Vol 4. IEEE, 2012.
[5] Kromodimoeljo,  Sentot,  “Teori  dan  Aplikasi Kriptografi,    Buku  Teks,  Jakarta:  SPK  IT Consulting, 2009.
[6] Hernawati, Kuswari, “Implementasi Cipher Vigenere  pada  Kode  ASCII  dengan Memanfaatkan  Digit  Desimal  Bilangan Euler. Yogyakarta, 2014.
[7] Monica, Finna, “Aplikasi Steganografi Citra Digital  Menggunakan  Metode  LSB  (Least Significant  Bit)  Visual  Basic  6,  Bandung, 2016.
[8] Maulana, Ahmad, “Data Hiding Steganography pada File Image
Menggunakan Metode Least Significant Bit (LSB). Surabaya, 2014.
[9] Monica, Finna, “Aplikasi Steganografi Citra Digital  Menggunakan  Metode  LSB  (Least Significant  Bit)  Visual  Basic  6.  Bandung, 2016.
.