Proposal Tugas Akhir : PENGEMBANGAN PROTOKOL KEAMANAN JARINGAN IoT BERBASIS KRIPTOGRAFI RINGAN (LIGHTWEIGHT CRYPTOGRAPHY) PADA PERANGKAT SMART HOME

BAB I: PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi Smart Home berbasis Internet of Things (IoT) telah mengalami pertumbuhan yang sangat pesat. Berbagai perangkat seperti lampu pintar, kunci pintu otomatis, kamera pengawas, hingga termostat kini saling terhubung untuk memberikan kenyamanan dan efisiensi bagi penggunanya. Namun, di balik kemudahan tersebut, jaringan smart home menyimpan celah keamanan yang sangat rentan. Banyak perangkat IoT dikirim ke pasar dengan konfigurasi keamanan minimal, kata sandi bawaan (default), serta tanpa enkripsi data yang memadai.

smarthome IoT Device

Karakteristik utama dari perangkat IoT pada smart home adalah keterbatasan sumber daya (resource-constrained devices), seperti kapasitas memori (RAM/ROM) yang kecil, daya pemrosesan (CPU) yang rendah, dan konsumsi energi yang harus hemat (seringkali menggunakan baterai). Protokol kriptografi konvensional seperti AES-128 atau RSA sangat berat jika diimplementasikan langsung pada mikrokotroler berdaya rendah (misalnya rumpun ESP8266 atau Arduino). Pemaksaan penggunaan algoritma standar ini dapat menyebabkan latency (penundaan) yang tinggi, pemborosan baterai, bahkan kegagalan sistem.

Oleh karena itu, diperlukan pendekatan baru dalam mengamankan komunikasi data pada jaringan smart home. NIST (National Institute of Standards and Technology) telah menginisialisasi standardisasi Lightweight Cryptography (LCC) atau kriptografi ringan yang dirancang khusus untuk perangkat dengan keterbatasan sumber daya. Penelitian ini akan berfokus pada pengembangan dan implementasi protokol keamanan jaringan IoT menggunakan algoritma kriptografi ringan (seperti ASCON atau PRESENT) untuk mengamankan pertukaran data pada arsitektur smart home tanpa mengorbankan performa perangkat.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimana merancang protokol keamanan jaringan IoT yang efisien untuk perangkat smart home yang memiliki keterbatasan sumber daya?

2. Bagaimana mengimplementasikan algoritma kriptografi ringan (lightweight cryptography) pada komunikasi data antar perangkat smart home?

3. Sejauh mana efektivitas protokol yang dikembangkan dalam hal konsumsi memori, kecepatan pemrosesan (throughput), dan ketahanan terhadap serangan siber dasar (man-in-the-middle attack, replay attack)?

1.3 Batasan Masalah

Agar penelitian ini lebih terarah, batasan-batasan masalah ditetapkan sebagai berikut:

1. Algoritma kriptografi ringan yang digunakan difokuskan pada salah satu algoritma standar NIST terbaru (misalnya ASCON) atau cipher blok ringan (misalnya PRESENT).

2. Perangkat keras simulasi menggunakan mikrokontroler berbasis keluarga ESP32 atau ESP8266 sebagai representasi perangkat smart home.

3. Protokol komunikasi yang digunakan sebagai media uji adalah MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) atau CoAP (Constrained Application Protocol).

4. Pengujian keamanan dibatasi pada simulasi serangan Sniffing, Man-in-the-Middle (MitM), dan Replay Attack.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari pelaksanaan penelitian Tugas Akhir ini adalah:

1. Menghasilkan rancangan protokol keamanan baru yang berbasis kriptografi ringan yang sesuai untuk ekosistem smart home.

2. Mengintegrasikan algoritma kriptografi ringan ke dalam arsitektur komunikasi data IoT (Node-to-Gateway).

3. Menganalisis performa protokol berdasarkan parameter overhead memori, waktu komputasi, dan konsumsi daya.

1.5 Manfaat Penelitian

• Bagi Akademisi: Memberikan kontribusi ilmiah dan referensi tambahan mengenai implementasi nyata kriptografi ringan pada teknologi IoT.

• Bagi Industri/Pengembang: Menjadi acuan dalam menerapkan standar keamanan yang andal namun hemat sumber daya pada produk-produk smart home.

• Bagi Pengguna: Meningkatkan rasa aman dalam mengadopsi teknologi rumah pintar tanpa khawatir data privasi mereka disadap atau disalahgunakan.

BAB II: TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Internet of Things (IoT) dan Smart Home

Internet of Things (IoT) adalah sebuah konsep di mana objek fisik dihubungkan ke internet dan dapat mengidentifikasi diri mereka sendiri ke perangkat lain. Pada arsitektur smart home, perangkat IoT umumnya terbagi menjadi tiga lapisan:

• Lapisan Persepsi (Sensor/Aktuator): Mengumpulkan data fisik (suhu, gerakan).

• Lapisan Jaringan (Gateway/Router): Mentransmisikan data menggunakan protokol seperti Wi-Fi, Zigbee, atau Bluetooth.

• Lapisan Aplikasi: Antarmuka pengguna (aplikasi smartphone atau cloud dashboard).

2.2 Celahan Keamanan pada Jaringan IoT

Perangkat IoT sangat rentan terhadap berbagai serangan karena posisinya yang seringkali berada di jaringan terbuka. Beberapa serangan umum meliputi:

• Eavesdropping/Sniffing: Penyadapan paket data yang dikirimkan dalam bentuk teks polos (plaintext).

• Man-in-the-Middle (MitM): Penyerang menyusup di antara dua perangkat yang berkomunikasi untuk mengubah atau memanipulasi data.

• Replay Attack: Penyerang menangkap paket data yang sah dan mengirimkannya kembali di kemudian waktu untuk mengelabui sistem (misalnya perintah membuka pintu pintar).

2.3 Kriptografi Ringan (Lightweight Cryptography)

Kriptografi ringan bukanlah kriptografi yang lemah, melainkan algoritma yang dioptimalkan agar membutuhkan jejak sirkuit (gate equivalent) yang kecil, ukuran RAM/ROM minimal, dan siklus instruksi CPU yang lebih sedikit.

Karakteristik	Kriptografi Konvensional (AES-128)	Kriptografi Ringan (ASCON / PRESENT)
Ukuran Blok	128 bit	64 bit / 128 bit
Kebutuhan RAM	Tinggi (Proses s-box & key schedule rumit)	Sangat Rendah (Optimal untuk arsitektur 8-bit/32-bit)
Konsumsi Daya	Signifikan	Sangat Rendah

Penelitian ini akan mengadopsi algoritma ASCON (pemenang proses seleksi LWC NIST) yang mendukung AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data), yang artinya algoritma ini mampu melakukan enkripsi sekaligus verifikasi integritas data dalam satu waktu.

BAB III: METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alur Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan mengikuti tahapan-tahapan sistematis sebagai berikut:

[Mulai] ➔ [Studi Literatur & Analisis Kebutuhan] ➔ [Perancangan Protokol] 
   ➔ [Implementasi Kode & Hardware] ➔ [Pengujian & Analisis] ➔ [Penyusunan Laporan] ➔ [Selesai]

3.2 Analisis Kebutuhan Sistem

Untuk mengimplementasikan sistem ini, dibutuhkan beberapa komponen perangkat keras dan perangkat lunak:

• Perangkat Keras (Hardware):

  • 2 Unit ESP32 NodeMCU (Sebagai End-Node / Sensor & Aktuator).

  • 1 Unit Raspberry Pi 4 atau PC Laptop (Sebagai IoT Gateway & MQTT Broker).

  • Sensor Suhu DHT11 dan Relay Modul (Sebagai representasi perangkat rumah pintar).

• Perangkat Lunak (Software):

  • Arduino IDE / PlatformIO (Untuk pemrograman mikrokontroler).

  • Library Kriptografi ASCON/PRESENT berbasis C/C++.

  • Wireshark (Untuk analisis paket data siber).

  • Mosquitto MQTT Broker.

3.3 Perancangan Arsitektur dan Protokol

Sistem dirancang dengan skema komunikasi terenkripsi dari ujung ke ujung (End-to-End Encryption) antara Perangkat Sensor/End-Node menuju Gateway.

1.Enkripsi Data di End-Node:Proses Sensor.

Sensor membaca data lingkungan (misal: suhu kamar). Data diubah menjadi plaintext, kemudian dienkripsi menggunakan Algoritma Kriptografi Ringan dengan kunci rahasia (symmetric key). Hasilnya adalah ciphertext dan tag autentikasi.

2.Transmisi via MQTT:Proses Jaringan.

End-node mempublikasikan (publish) ciphertext tersebut ke IoT Gateway melalui protokol MQTT dengan enkripsi ringan (tanpa SSL/TLS standar yang berat).

3.Dekripsi di Gateway:Proses Penerimaan Data.

Gateway menerima ciphertext, melakukan verifikasi tag autentikasi, kemudian melakukan dekripsi kembali menjadi plaintext menggunakan kunci yang sama untuk diproses ke aplikasi internal.

3.4 Metode Pengujian dan Parameter Evaluasi

Pengujian akan dilakukan dengan dua skenario besar:

1. Uji Performa Komputasi:

   • Memory Footprint: Mengukur penggunaan RAM dan ROM pada mikrokontroler sebelum dan sesudah algoritma diterapkan.

   • Execution Time: Menghitung waktu (dalam milidetik) yang dibutuhkan untuk melakukan fungsi enkripsi dan dekripsi.

   • Throughput: Mengukur kapasitas data yang dapat diproses per detik.

2. Uji Keamanan Jaringan:

   • Melakukan packet sniffing menggunakan Wireshark untuk memastikan data tidak dapat dibaca dalam bentuk teks polos.

   • Melakukan simulasi Replay Attack untuk menguji apakah protokol mampu mendeteksi dan menolak paket data lama yang dikirim ulang.

BAB IV: JADWAL PELAKSANAAN

Penelitian Tugas Akhir ini direncanakan selesai dalam waktu 4 (empat) bulan dengan rincian jadwal sebagai berikut:

No	Kegiatan	Bulan 1	Bulan 2	Bulan 3	Bulan 4
1	Studi Literatur & Penyusunan Proposal	X
2	Analisis Kebutuhan & Pembelian Komponen	X	X
3	Perancangan & Coding Protokol Keamanan		X	X
4	Pengujian Sistem & Simulasi Serangan			X	X
5	Analisis Data & Penyusunan Laporan TA				X

DAFTAR PUSTAKA

1. NIST. (2023). NIST Selects ‘Ascon’ Family of Cipher Suites for Lightweight Cryptography Standardization. National Institute of Standards and Technology.

2. Alavi, A., et al. (2021). Security and Privacy in Smart Home Networks: A Protocols and Vulnerabilities Survey. IEEE Access.

3. McKay, K., Bassham, L., Turan, M. S., & Chang, R. (2016). Report on Lightweight Cryptography. NIST Interagency/Internal Report (NISTIR) - 8114.

4. Setiadi, D., & Abdul Muhaemin. (2018). Penerapan Internet of Things (IoT) Pada Sistem Monitoring Rumah Pintar. Jurnal Infomedia.