## PERBAIKAN ALGORITMA STEGANOGRAFI TEKNIK LEAST SIGNIFICANT BITS  UNTUK APLIKASI KEAMANAN DATA
Tika Erna Putri 1* , Muhammad Rifqi Al Fauzan 2 , Prima Asmara Sejati 1
1 Electronics Instrumentation/Electrical Engineering and Informatics/Vocational Collage, Universitas Gadjah Mada, Indonesia
2 Metrology and Instrumentation/Electrical Engineering and Informatics/Vocational Collage, Universitas Gadjah Mada, Indonesia
* E-mail: tika.erna.p@mail.ugm.ac.id

## Abstrak
Masalah  keamanan  telah  menjadi  masalah  besar  di  bidang  komunikasi  data,  khususnya  dalam  transmisi  data  melalui internet. Salah satu solusinya adalah menyembunyikan pesan melalui media digital sehingga perhatian penyerang atau pihak ketiga dapat dihindari.  Metode keamanan ini biasanya dikenal sebagai steganografi. Dalam penelitian ini, kami menggunakan gambar sebagai media digital. Kami memodifikasi Least Significant Bit (LSB) yang merupakan teknik yang paling umum digunakan dalam steganografi. Sayangnya LSB memiliki tingkat keamanan yang buruk karena teknik ini sudah dikenal luas. Oleh karena itu, penting untuk memodifikasi algoritma LSB untuk memastikan aspek keamanannya. Perbaikan teknik LSB disarankan dengan memilih hanya piksel ganjil dan mengabaikan piksel genap dalam implementasi steganografi. Kami berhasil menerapkan algoritma LSB yang dimodifikasi dengan menggunakan gambar RBG dan citra grayscale  sebagai  media  steganografi.  Mean  Squared  Error  (MSE)  dan  Peak  Signal-to-noise  Ratio  (PSNR)  digunakan untuk  mengevaluasi  kualitas  stego-image.  Perhitungan  kami  menunjukkan  bahwa  algoritma  LSB  yang  dimodifikasi memberikan hasil yang lebih baik daripada LSB konvensional. Algoritma LSB konvensional memberikan 1.98 10-5 untuk MSE dan 95.20893 dB untuk perhitungan PSNR, sedangkan LSB yang dimodifikasi memberikan nilai masing-masing 1. 80 10-5 dan 95.6101 dB untuk MSE dan PSNR.
Kata Kunci: keamanan data, LSB, modifikasi, steganografi.

## Abstract
[Title:  Improving  The  Steganography  Algorithm  Of  Least  Significant  Bits  Engineering  For  Data Security Applications] Security issues have become major problem in the field of data communications, specifically in the data transmission through the internet. One of the solutions is to hide the messages through a digital media so  the attention of the attacker or third party can be avoided, this method is known as steganography. In this research, we use images  as  digital  media.  We  modify  the  Least  Significant  Bit  (LSB)  which  is  the  most  commonly  used  technique  in steganography.  Unfortunately  LSB  has  poor  security  level  since  it  is  already  widely  known  technique.  Therefore,  it  is important to modify the algorithm of LSB to ensure its security aspect. An improvement to LSB technique is suggested by selecting only odd pixels and ignoring even pixels in the implementation of steganography. We successfully implement the modified LSB algorithm by using RBG image and grayscale image as steganography media. Mean Squared Error (MSE) and Peak  Signal-to-noise  Ratio  (PSNR)  are  employed  to  evaluate  the  stego-image  quality.  Our  calculations  show  that  the modified LSB algorithm provides better results than the conventional LSB. The conventional LSB algorithm gives 1.98 10- 5 for MSE and 95.20893 dB for PSNR calculations, while the modified LSB gives 1. 80 10-5 and 95.6101 dB for MSE and PSNR, respectively.
Keywords: data security, steganography, LSB, modified.

## PENDAHULUAN
Data  merupakan  salah  satu  komoditas utama  di  era  internet  seperti  sekarang.  Proses komunikasi  dengan  bertukar  data  menjadi  sangat mudah  dilakukan  dengan  adanya  internet  melalui media  online.  Media  tersebut  dapat  berupa  surat elektronik,  halaman  blog,  fasilitas  chat,  maupun media sosial. Di Indonesia sendiri jumlah pengguna internet  bertambah  secara  signifikan  dalam
beberapa  waktu  terakhir.  Berdasarkan  data  hasil polling  pada  tahun  2016  yang  dirilis  Asosiasi Penyelenggara  Jasa  Internet  Indonesia  (APJII), jumlah  pengguna  internet  di  Indonesia  mencapai 132,7 juta pengguna dengan nilai penetrasi internet 51,8  %  (Asosiasi  Penyelenggara  Jasa  Internet Indonesia,  2016).  Jumlah  ini  merupakan  yang
terbesar ke-5 di seluruh dunia. Salah satu kendala  paling  serius  dalam  hal  komunikasi  data digital  adalah  faktor  keamanan.  Dari  uraian permasalahan  tersebut  jelas  dibutuhkan  sebuah metode  yang  dapat  menjamin  keamanan  dalam bertukar informasi digital.
Banyak  hal  yang  dapat  dilakukan  untuk memperkuat  faktor  keamanan  dalam  komunikasi
data digital. Salah satu metode yang paling populer adalah kriptografi, yaitu metode pengamanan pesan dengan  mengenkripsi  pesan  tersebut  menjadi ciphertext yang tidak dapat dibaca secara langsung. Untuk  dapat  membaca  pesan  tersebut  maka  pihak penerima pesan harus melakukan proses sebaliknya yaitu  dekripsi  terhadap  pesan  tersebut.  Proses kriptografi diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Proses enkripsi dan dekripsi pada kriptografi
Hal  yang  menjadi  kelemahan  metode kriptografi adalah bahwa bentuk text hasil enkripsi pada  kriptografi  akan  menimbulkan  kecurigaan pihak  ketiga  bahwa  informasi  yang  dikirimkan adalah  rahasia  atau  penting.  Kekurangan  dari kriptografi  tersebut  tidak  akan  kita  temui  jika menggunakan  metode  steganografi  sebagai  faktor
keamanan  (proses  steganografi  diilustrasikan  pada Gambar  2).  Dalam  implementasinya  seringkali dilakukan  kombinasi  beberapa  metode  keamanan data  untuk  meningkatkan  tingkat  sekuritas  suatu data  (Gupta,  2012;  Fadli,  2015;  Pakereng,  2010; Suryani, 2008).
Gambar 2. Proses steganografi
Steganografi  adalah  seni  menyembunyikan pesan  menggunakan  media  tertentu  seperti  file citra  atau  file  suara  (Purba,  2012;  David  2012). Output  dari  proses  steganografi  ini  berupa  media tersebut  yang  mirip  dengan  media  asli  sebelum disisipkan  dengan  sebuah  pesan.  Steganografi bekerja  secara bit  wise ,  bit  pesan  digunakan  untuk mengubah  bit  terkecil  ( least  sinificant  bits )  dari media  sehingga  nilai  bit  media  akan  bergeser (Frank,  2007;  Fridrich,  2009).  Pergeseran  ini
terjadi dalam rentang yang sangat sempit, sehingga perubahannya  hampir  tidak  terasa  oleh  indra manusia. Media yang paling sering digunakan dalam steganografi adalah berupa citra atau gambar. Salah satu teknik steganografi yang paling banyak dipakai adalah  teknik least  significant  bits (LSB)  karena teknik  ini  sederhana  untuk  diimplementasikan (Gupta,  2012;  Ahmed,  2011).  Selain  itu,  teknik LSB  juga  unggul  dalam  masalah  menjaga  ukuran citra,  karena  ukuran  citra  sebelum  dan  sesudah
proses steganografi akan cenderung sama (Aditya, 2010).

## METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini digunakan perubahan teknik  LSB  konvensional  untuk  melakukan  proses steganografi. Modifikasi dilakukan dengan menambahkan aturan baru didalamnya.
Penambahan  aturan  tersebut  belum  pernah
dilakukan sebelumnya, maka teknik modifikasi LSB yang  kami  gunakan  memiliki  tingkat  keamanan yang  lebih  baik  dari  teknik  LSB  konvensional. Secara umum skema proses modifikasi pada teknik LSB konvensional diilustrasikan pada Gambar 3.

## (b)

## (c)
Gambar 3. (a) contoh data biner dari karakter pesan yang akan disisipkan (b) contoh data biner tiap piksel citra (c)  cara  penyisipan  pada  teknik  LSB  termodifikasi.  Warna  kuning,  hijau,  merah,  dan  biru  digunakan  untuk mempermudah pemahaman ilustrasi tersebut.
Pada  teknik  LSB  konvensional  bit  pesan disisipkan  ke  bit  terkecil  tiap  piksel  citra  secara langsung dan berurutan dari piksel pertama, kedua, ketiga, dan seterusnya. Sedangkan pada teknik LSB termodifikasi  bit  pesan  disisipkan  pada  piksel dengan nomor ganjil saja, atau dengan kata lain ada satu piksel yang dilompati ( leaped ), lihat Gambar 3 (b)  dan  (c).  Diagram  alir  proses  penelitian steganografi  dengan  teknik  LSB  termodifikasi  ini dirinci dalam Gambar 4.
Hasil akhir yang diperoleh dari diagram alir pada  Gambar  4  berupa  citra  yang  sudah mengandung  informasi  berupa  pesan  yang tersisipkan,  disebut  citra  stego.  Selanjutnya,  citra stego  dapat  dikirimkan  memelaui  internet  atau media  lain  dan  pihak  penerima  mengekstrak informasi pada citra stego dengan membalik proses pada  diagram  alir  Gambar  3.2.  Setelah  proses ekstraksi  selesai  akan  didapatkan  kembali  pesan yang tersisipkan dalam citra stego.
(a)
Gambar 4. Diagram alir proses modifikasi teknik LSB pada penelitian ini
Perlu  dilakukan  pengujian  kuantitatif kualitas citra untuk menentukan seberapa jauh citra stego  berubah  dari  citra  asli.  Untuk  keperluan tersebut, kami menggunakan metode Mean Squared Error ( MSE ) dan Peak  Signal-to-noise  Ratio ( PSNR ) (Saffor,  2001) . Dengan  metode-metode  ini  pula kami  melakukan  perbandingan  citra  stego  hasil proses  steganografi  teknik  LSB  konvensional dengan teknik LSB termodifikasi. Secara matematis MSE dan PSNR dapat dituliskan seperti yang tertulis pada Persamaan 1 dan Persamaan 2 (Saffor, 2001).
∑ ∑ ( ) (1)
(2)
Dimana x dan y adalah  koordinat  piksel citra, M dan N adalah  ukuran  resolusi  citra, S xy merupakan citra stego, dan C xy merupakan citra asli sebelum dikenakan proses steganografi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis kebutuhan sistem
Perbaikan  algoritma  teknik  LSB  telah berhasil  diimplementasikan  berdasarkan  skema yang  sudah  dijelaskan  sebelumnya.  Kebutuhan sistem  steganografi  yang  dikembangkan  dalam penelitian  ini  dapat  dikelompokkan  menjadi  tiga jenis, yaitu kebutuhan masukan, kebutuhan proses, dan  kebutuhan  keluaran.  Kebutuhan  masukan sistem berupa sebuah file citra dan sebuah file pesan berekstensi *.txt .  Kebutuhan  proses  maksudnya bahwa  dibutuhkan  pengembangan  atau  perbaikan algoritma LSB konvensional dan pengimplementasiannya  dalam  sebuah  perangkat lunak. Sedangkan kebutuhan keluaran adalah bahwa sistem harus dapat menghasilkan citra stego sesuai skema  pemodifikasian  algoritma  teknik  LSB konvensional.

## Hasil pengujian
Dalam  proses  pengujian  sistem,  kebutuhan masukan  yang  kami  gunakan  berupa  sebuah  file citra  berwarna  ( RGB  image )berukuran  1855×1856 piksel  sebagai  media  staganografi  dan  sebuah  file pesan bertuliskan “TEDI - SV - UGM”. Kedua file- file  tersebut  masing-masing  berekstensi *bmp dan *.txt (lihat  Gambar  5  dan  Gambar  6).  Kami  juga melakukan  perbandingan  antara  algoritma  LSB konvensional  dan  algoritma  LSB  termodifikasi terutama  dalam  hal  kualitas  citra  yang  dihasilkan.
(a) (b) (c)
Gambar  5.  File  citra  yang  digunakan  dalam  pengujian  (a)  citra  asli,  (b)  citra  stego  dari  hasil  proses steganografi LSB termodifikasi (c) citra stego dari hasil steganografi LSB konvensional
Gambar 6. File pesan yang digunakan dalam pengujian
Tidak  tampak  perbedaan  yang  signifikan pada Gambar 5 (a) - 5 (c), meskipun sesungguhnya ketiga  citra  tersebut  berbeda.  Citra  pertama merupakan  citra  asli  yang  belum  tersisipi  pesan, sedangkan  citra  kedua  dan  ketiga  merupakan  citra yang  sudah  tersisipi  pesan  didalamnya  namun dengan teknik yang berbeda. Hal ini terjadi karena algoritma LSB merubah nilai piksel hanya pada yang
terkecil sehingga pergeseran skala warnanya sangat sempit,  terlalu  tidak  signifikan  bagi  mata  manusia untuk menyadari perbedaannya.
Proses  steganografi  tidak  berhenti  sampai penyisipan  bit  pesan  ke  dalam  bit  terkecil  dari piksel citra, namun juga mencakup proses ekstraksi atau  mendapatkan  kembali  pesan  dari  citra  stego. Proses  yang  dilakukan  merupakan  invers  atau kebalikan  dari  proses  penyisipan  pesan.  Gambar  7 (a)  menunjukkan  hasil  ekstraksi  pesan  dari  citra stego  LSB  termodifikasi  menggunakan  proses ekstraksi  LSB  termodifikasi  juga,  sedangkan Gambar  7  (b)  hasil  yang  didapatkan  jika menggunakan ekstraksi teknik LSB konvensional.
(a)
(b)
Gambar 7. Hasil ekstraksi pesan dari citra stego teknik LSB termodifikasi (a) menggunakan teknik ekstraksi LSB termodifikasi dan (b) menggunakan teknik ektraksi LSB konvensional
Dari Gambar 7 dapat disimpulkan mengenai dua  hal,  pertama  bahwa  teknik  LSB  termodifikasi berhasil  diimplementasikan  baik  dalam  proses penyisipan maupun proses ekstraksi pesan. Kedua, citra  stego  hasil  proses  LSB  termodifikasi  hanya dapat  diekstrak  oleh  invers  dari  teknik  LSB termodifikasi  itu  sendiri,  jika  dipaksakan  proses ekstraksi  menggunakan  teknik  LSB  konvensional hasilnya  akan  berupa  teks  tidak  bermakna  seperti ditunjukkan  pada  Gambat  7  (b).  Hal  ini  berarti tingkat  kemanan  data  dengan  steganografi  teknik LSB  termodifikasi  lebih  baik  dari  pada
menggunakan  LSB  konvensional,  karena  ekstraksi teknik  LSB  konvensional  sudah  diketahui  banyak orang  bahkan  ada  beberapa website yang  dapat melakukan ekstraksi teknik tersebut secara gratis. Kalkulasi MSE dan PSNR dilakukan  untuk menguji  kualitas  citra  hasil  proses  steganografi menggunakan  referensi  citra  asli  yang  belum dikenakan proses steganografi. Dilakukan perbandingan  antara  citra  stego  teknik  LSB konvensional  dan  teknik  LSB  termodifikasi, hasilnya ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan kualitas citra stego hasil steganografi teknik LSB termodifikasi dan teknik LSB konvensional.
Teknik MSE PSNR (dB) LSB termodifikasi 1,80 10 -5 95,61010 LSB konvensional 1,98 10 -5 95,20893
Nilai  MSE  menyatakan  error  kuadrat  rata- rata antara citra asli dengan citra stego, parameter ini tidak memiliki satuan. Semakin kecil nilai MSE semakin mirip citra stego dengan citra aslinya. Data pada  Tabel  1  menunjukkan  nilai  MSE  teknik  LSB termodifikasi  lebih  kecil  dari  teknik  LSB konvensional,  sehingga  citra  stego  teknik  LSB termodifikasi  memiliki  kualitas  yang  lebih  baik. Sedangkan  nilai  PSNR  merupakan  perbandingan nilai  maksimal  yang  mungkin  dimiliki  oleh  suatu piksel  citra  dengan  derau  yang  berpengaruh  pada
citra tersebut. PSNR memiliki satuan decibel (dB), semakin  tinggi  nilai  PSNR  menandakan  semakin mirip  kedua  citra  yang  diuji  yang  berarti  semakin bagus  teknik  steganografi  yang  digunakan.  Citra hasil  proses  steganografi  diharapkan  semirip mungkin  dengan  citra  asli.  Data  pada  Table  1 menunjukkan  teknik  LSB  termodifikasi  memiliki nilai PSNR 0.40117 dB lebih besar dari pada teknik LSB konvensional, sehingga citra stego hasil teknik LSB  termodifikasi  akan  lebih  mirip  dengan  citra asli.
Selain  diuji  pada  media  citra  berwarna, algoritma LSB termodifikasi juga kami uji pada citra skala  abu-abu  ( grayscale  image ),  citra  hitam sepenuhnya  (semua  piksel  gambar  memiliki  nilai RGB 0), dan citra putih sepenuhnya (semua piksel gambar  memiliki  nilai RGB  255).  Hasil  penelitian kami  menunjukkan  teknik  LSB  termodifikasi berhasil  diimplementasikan  pada  semua  jenis  citra tersebut.

## SIMPULAN DAN SARAN
Telah  dilakukan  perbaikan  algoritma steganografi  teknik  LSB  untuk  meningkatkan tingkat  kemanan  dan  kualitas  citra  hasil steganografi.  Skema  perbaikan  dilakukan  dengan hanya  menggunakan  piksel  citra  bernomor  ganjil saja  yang  digunakan  untuk  menyimpan  bit  pesan. Skema  ini berhasil diimplementasikan dan berhasil
pula dilakukan ekstraksi pesan dari citra stego (citra hasil  proses  steganografi).  Pengujian  kuantitatif terhadap  citra  stego  dilakukan  menggunakan kalkulasi  MSE  dan  PSNR  untuk  menentukan kualitas  citra  stego.  Pengujian  dilakukan menggunakan  media  berupa  file  citra  berwarna dengan  ukuran  1855×1856  piksel  dan  sebuah  file pesan  bertuliskan  “TEDI  -  SV  -  UGM”. Berdasarkan kalkulasi yang sudah dilakukan, teknik LSB  termodifikasi  memiliki  nilai  yang  lebih  baik untuk  kedua  parameter  (MSE  dan  PSNR) dibandingkan teknik LSB konvensional. Teknik LSB termodifikasi  menghasilkan  nilai  1,80 10 -5 dan 95,61010  dB  untuk  parameter  MSE  dan  PSNR, sedangkan  teknik  LSB  konvensional  menghasilkan nilai 1,98 10 -5 dan 95,20893 dB.

## DAFTAR PUSTAKA
Aditya,  Y.,  Pratama,  A.,  dan  Nurlifa,  A.  (2010). Studi  pustaka  untuk  steganografi  dengan beberapa metode. Prosiding Seminar  Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2010, G-32 – G- 35.
Ahmed,  J.M.  dan  Ali,  Z.M.  (2011).  Information hiding  using  LSB  technique. International Journal  of  Computer  Science  and  Network Security , 11, 18-25.
Asosiasi  Penyelenggara  Jasa  Internet  Indonesia.
(2016)  Infografis  penetrasi  &  perilaku pengguna internet indonesia.
David,  D.,  Murtado,  A.,  dan  Kasma,  U.  (2012). Steganografi  pada  citra  bmp  24-bit menggunakan  metode  least  significant  bit. Jurnal Sistem Informasi dan Teknik Informatika ,
2, 1.
Fadli,  A.,  Fairuz,  F.,  dan  Dewi,  N.  (2015).
Aplikasi  kriptografi  dan  steganografi menggunakan  algoritma  caesar  cipher  dan least  significant  bit. Jurnal  Pendidikan Teknologi Informasi dan Komunikasi , 1
Frank, J., James, R., John, M., dan Ferguson, A. J. (2007). Unicode Steganographic Exploitsx. IEEE  Security  and  Privacy ,  5,  32- 39.
Fridrich,  J.  (2009). Steganography  in  digital  media: principles, algorithms, and applications . United Kingdom:  Cambridge  University  Press, (Chapter 1).
Gupta,  S.,  Goyal,  A.,  dan  Bhushan,  B.  (2012). Information hiding using least significant bit steganography  and  cryptography. I.  J. Modern Education and Computer Science , 6, 27- 34.
Pakereng,  M.A.I.,  Beeh,  Y.R.,  dan  Endrawan,  S. (2010).  Perbandingan  steganografi  metode spread  spectrum  dan  least  significant  bit (LSB)  antara  waktu  proses  dan  ukuran  file gambar. Jurnal Informatika , 6, 2.
Purba,  J.V.,  Situmorang,  M.,  dan  Arisandi,  D.
(2012).  Implementasi  steganografi  pesan text  ke  dalam  file  sound  (.wav)  dengan modifikasi  jarak  byte  pada  algoritma  least significant  bit  (LSB). Dunia  Teknologi Informasi , 1, 50.
Saffor,  A.,  Ramli,  A.  R.,  Ng  K.-H.  (2001).  A comparative  study  of  image  compression between jpeg and wavelet. Malaysian Journal of Computer Science , 14, 39-45.
Suryani,  E.  dan  Martini,  T.S.  (2008).  Kombinasi kriptografi dengan hillcipher dan steganografi  dengan  LSB  untuk  keamanan data  teks. Prosiding  Seminar  Nasional  Teknoin 2008  Bidang  Teknik  Informatika ,  D-47  –  D- 51.