Triple DES: Memperpanjang Masa Pakai DES

Solusi yang tampak jelas untuk mengatasi panjang kunci DES yang lemah adalah menerapkannya dua kali (DES Ganda): C = DES_K2(DES_K1(P)). Dengan dua kunci berukuran 56 bit, ruang kunci nominalnya adalah 2^112.

Namun, serangan pertemuan di tengah menghancurkan solusi ini: enkripsikan semua teks terang dengan seluruh 2^56 nilai K1, dekripsikan semua teks tersandi dengan seluruh 2^56 nilai K2, lalu cari nilai antara yang cocok. Serangan ini hanya memerlukan upaya komputasi sebesar 2^56 dan penyimpanan sebesar 2^56, sehingga DES Ganda tidak memberikan keuntungan keamanan dibandingkan DES tunggal.

Triple DES dengan dua kunci menggunakan tiga operasi DES, tetapi hanya dua kunci: C = DES_K1(DES^-1_K2(DES_K1(P))). Urutan EDE (Enkripsi-Dekripsi-Enkripsi) digunakan untuk kompatibilitas mundur.

Keamanan 3DES dua kunci kira-kira setara dengan 112 bit terhadap serangan yang telah diketahui, meskipun serangan pertemuan di tengah menguranginya sampai batas tertentu. 3DES dua kunci digunakan dalam banyak sistem perbankan dan pembayaran lama.

3DES tiga kunci menggunakan tiga kunci independen K1, K2, K3: C = DES_K3(DES^-1_K2(DES_K1(P))). Panjang kunci nominalnya adalah 3 x 56 = 168 bit, tetapi keamanan efektif terhadap serangan terbaik yang telah diketahui kira-kira 112 bit.

3DES tiga kunci memberikan keamanan yang lebih tinggi daripada 3DES dua kunci dan direkomendasikan untuk aplikasi baru dalam standar seperti NIST SP 800-131A sebelum 3DES sendiri dinyatakan tidak lagi direkomendasikan.

Struktur Enkripsi-Dekripsi-Enkripsi (EDE) pada Triple DES bukanlah sesuatu yang dibuat secara sembarangan. Saat K1 = K2 = K3, dekripsi di tengah membatalkan enkripsi pertama, dan enkripsi terakhir menghasilkan hasil yang sama dengan DES tunggal.

Kompatibilitas dengan DES tunggal ini sangat penting untuk migrasi bertahap. Perangkat keras dan perangkat lunak DES yang sudah ada dapat beroperasi bersama sistem 3DES selama masa transisi tanpa kehilangan data.

Triple DES dapat diturunkan menjadi DES tunggal dengan menetapkan ketiga kunci ke nilai yang sama. Artinya, perangkat keras 3DES dapat memproses data yang dienkripsi dengan DES dan data yang dienkripsi dengan 3DES menggunakan rangkaian yang sama.

Hal ini sangat penting bagi sistem perbankan dan pembayaran yang memiliki infrastruktur berbasis DES senilai miliaran dolar. 3DES memungkinkan transisi bertahap yang kompatibel dengan versi sebelumnya tanpa perlu mengganti semua peralatan secara bersamaan.

3DES masih banyak digunakan dalam infrastruktur perbankan meskipun tidak lagi direkomendasikan untuk aplikasi baru. Kartu pembayaran chip EMV menggunakan 3DES untuk autentikasi kartu dan kriptografi transaksi.

Perpesanan antarbank SWIFT juga menggunakan 3DES untuk kode autentikasi pesan lama. Besarnya skala infrastruktur keuangan yang telah digunakan berarti 3DES akan tetap digunakan di lapangan selama bertahun-tahun, meskipun sudah tidak lagi direkomendasikan.

NIST secara resmi menyatakan 3DES tidak lagi direkomendasikan pada 2023 melalui revisi 2 SP 800-131A. Semua penggunaan 3DES kini tidak lagi direkomendasikan, artinya 3DES tidak boleh digunakan untuk sistem baru dan harus digantikan dalam sistem lama.

AES merupakan pengganti yang direkomendasikan. AES lebih cepat, menggunakan blok yang lebih besar (128 bit dibandingkan 64 bit), menawarkan panjang kunci 128, 192, atau 256 bit, serta tidak memiliki kelemahan praktis yang diketahui.

Sweet32, yang diterbitkan pada 2016, menunjukkan serangan praktis terhadap 3DES dalam HTTPS. Ukuran blok 64 bit berarti bahwa setelah 2^32 blok (sekitar 32GB data), tabrakan akibat paradoks ulang tahun dalam mode CBC mulai membocorkan informasi tentang teks terang.

Terhadap sesi HTTPS, Sweet32 memerlukan sekitar 785GB lalu lintas dengan kunci yang sama, sesuatu yang dapat dicapai melalui sesi terautentikasi yang berlangsung lama. Serangan ini membuat peramban memprioritaskan AES-GCM dan menghapus 3DES dari rangkaian sandi bawaan.

Triple DES menjalankan tiga operasi DES untuk setiap blok. DES sendiri lambat pada perangkat keras modern karena dirancang untuk perangkat keras era 1970-an dengan pola operasi bit yang berbeda dari CPU modern.

AES, yang dirancang agar efisien dalam perangkat lunak dan memanfaatkan perangkat keras modern dengan instruksi AES-NI, 10–100 kali lebih cepat daripada 3DES dalam perangkat lunak. AES-NI pada CPU Intel/AMD modern dapat mengenkripsi beberapa gigabita per detik, sedangkan 3DES kesulitan mencapai 100MB/detik.

Meskipun menggunakan tiga operasi DES dan kunci yang lebih panjang, 3DES tetap mempertahankan ukuran blok 64-bit milik DES. Ukuran blok merupakan parameter mendasar struktur Feistel dan tidak dapat diubah tanpa merancang ulang algoritmanya.

Ukuran blok 64-bit ini merupakan akar masalah kerentanan Sweet32. Ukuran blok AES 128-bit membuat serangan ulang tahun memerlukan 2^64 blok (sekitar 18 eksabita), yang secara komputasi tidak layak dilakukan dalam praktik.

NIST SP 800-131A menyediakan panduan migrasi terperinci untuk beralih dari 3DES ke AES. Panduan ini merekomendasikan AES dengan kunci 128, 192, atau 256-bit sebagai pengganti untuk semua penggunaan 3DES, mulai dari rangkaian sandi TLS hingga enkripsi data tersimpan.

Migrasi ini didukung dengan baik: setiap pustaka kriptografi modern dan platform perangkat keras mendukung AES, sering kali dengan akselerasi perangkat keras. Organisasi disarankan memperlakukan migrasi sebagai pembaruan konfigurasi perangkat lunak, bukan sebagai proyek penggantian perangkat keras.

Uji pengetahuan Anda tentang konfigurasi 3DES.

3DES dibuat untuk memperpanjang masa pakai DES menggunakan struktur EDE. Serangan temu-tengah mencegah DES Ganda memberikan keamanan dua kali lipat. 3DES dengan kunci yang sama terdegradasi menjadi DES tunggal, sehingga memungkinkan kompatibilitas mundur.

3DES tidak lagi direkomendasikan oleh NIST (2023) karena kerentanan ukuran blok 64-bit (Sweet32) dan kinerjanya yang buruk dibandingkan AES. Algoritma ini tetap digunakan dalam infrastruktur perbankan dan EMV sebagai sistem warisan.