Analisis Implementasi Homomorphic Encryption untuk Privacy-Preserving Data Sharing Dalam Sistem E-Voting Menggunakan Library Node-Seal

Yaqin, Nur Muhammad Ainul (2024) Analisis Implementasi Homomorphic Encryption untuk Privacy-Preserving Data Sharing Dalam Sistem E-Voting Menggunakan Library Node-Seal. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5025201011-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (9MB) | Request a copy

Abstract

Kebocoran data telah menjadi masalah yang semakin sering terjadi dan menjadi perhatian khusus. Salah satu sistem yang berpotensi berbahaya jika terjadi kebocoran data adalah sistem e-voting. Kebocoran data pemilih dalam sistem e-voting dapat berdampak buruk terhadap demokrasi dan privasi warga negara. Potensi tersebut diperparah juga jika suatu e-voting tersentralisasi dari sisi agenda dan data yang digunakan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengimplementasikan dan menganalisis enkripsi homomorfik pada privacy-preserving data sharing yang diimplementasikan pada sistem e-voting guna menjaga kerahasiaan data pemilih. Enkripsi homomorfik memungkinkan komputasi pada data terenkripsi tanpa memerlukan dekripsi. Skema arsitektur privacy-preserving data sharing memungkinkan suatu sistem memiliki dua domain terpisah dengan satu domain sebagai penyedia data utama dan domain lain untuk melakukan alur proses bisnis. Transmisi data antar domain dilakukan dalam bentuk data terenkripsi.
Penelitian ini dilakukan dengan studi literatur dan implementasi sistem menggunakan pustaka Node-SEAL. Implementasi enkripsi homomorfik diuji pada simulasi e-voting untuk mengevaluasi performa dan keamanannya dalam konteks e-voting. Hasil penelitian menunjukkan bahwa enkripsi homomorfik, khususnya enkripsi homomorfik penuh, dapat diterapkan dalam sistem e-voting meskipun memerlukan beberapa penyesuaian pada alur fungsi, logika, dan struktur data. Pengujian menunjukkan bahwa variasi skema BFV (Brakerski/Fan-Vercauteren) dengan level keamanan 128 bita dan derajat polimodulus 4096 bita memberikan performa terbaik dalam hal waktu pemrosesan dengan rata-rata 14338.26 milisekon dibandingkan dengan variasi skema lainnya dengan waktu pemrosesan di atas 15000 milisekon dan penggunaan memori heap dengan rata-rata 467.51 kilobita dibandingkan dengan variasi skema lainnya dengan penggunaan memori heap di atas 14000 kilobita. Sementara itu, variasi skema BGV (Brakerski-Gentry-Vaikuntanathan) dan BFV dengan level keamanan yang sama memberikan hasil terbaik dalam penggunaan ruang penyimpanan ciphertext dengan rata-rata 1933.56 kilobita dibandingkan dengan variasi skema lain di atas 1933.65 kilobita.
Meskipun memberikan peningkatan keamanan yang ditunjukkan dengan kenaikan nilai entropi keacakan ciphertext hampir 200% dan distribusi keacakan dengan rata-rata frekuensi 1.54% dengan standar deviasi di bawah 0.25%, penerapan enkripsi homomorfik penuh juga menyebabkan peningkatan waktu pemrosesan lebih dari 75000% dan peningkatan penggunaan ruang penyimpanan di atas 65000%, serta selisih penggunaan memori yang dimulai dari 100% hingga mengalami peningkatan di atas 3100%. Hal ini menunjukkan bahwa diperlukan penerapan dengan cara yang lebih efektif, penelitian lanjutan tentang kompresi ciphertext, percepatan komputasi, dan penyusunan arsitektur sistem yang melibatkan enkripsi homomorfik penuh. Selain itu, penggunaan cache, multiproses, teknik optimasi lain, serta penggunaan spesifikasi tinggi untuk server juga perlu dieksplorasi lebih lanjut.

=====================================================================================================================================

Data breaches have become an increasingly frequent problem and a particular concern. One system that could be potentially dangerous if a data breach occurs is the e-voting system. Voter data leaks in e-voting systems can adversely affect democracy and citizens' privacy. This potential is further exacerbated if an e-voting system is centralized in terms of agenda and data used. Therefore, this study aims to implement and analyze homomorphic encryption in privacy-preserving data sharing implemented in e-voting systems to maintain the confidentiality of voter data. Homomorphic encryption allows computation on encrypted data without requiring decryption. The privacy-preserving data sharing architecture scheme allows a system to have two separate domains, with one domain as the primary data provider and the other domain to perform business process flows. Data transmission between domains is carried out in the form of encrypted data.
This research was conducted through literature study and system implementation using the Node-SEAL library. The homomorphic encryption implementation was tested on an e-voting simulation to evaluate its performance and security in the context of e-voting. The results show that homomorphic encryption, particularly fully homomorphic encryption, can be applied in e-voting systems, although it requires some adjustments to function flows, logic, and data structures. Testing indicates that the BFV (Brakerski/Fan-Vercauteren) scheme variation with a 128-bit security level and 4096-bit polymodulus degree provides the best performance in terms of processing time with an average of 14338.26 milliseconds compared to other scheme variations with processing times above 15000 milliseconds, and heap memory usage with an average of 467.51 kilobytes compared to other scheme variations with heap memory usage above 14000 kilobytes. Meanwhile, the BGV (Brakerski-Gentry-Vaikuntanathan) and BFV scheme variations with the same security level provide the best results in ciphertext storage space usage with an average of 1933.56 kilobytes compared to other scheme variations above 1933.65 kilobytes.
While providing enhanced security as evidenced by an almost 200% increase in ciphertext randomness entropy and a random distribution with an average frequency of 1.54% with standard deviation below 0.25%, the implementation of fully homomorphic encryption also causes an increase in processing time of more than 75000% and an increase in storage space usage above 65000%, as well as differences in memory usage starting from 100% to experiencing an increase above 3100%. This indicates that more effective implementation, further research on ciphertext compression, computation acceleration, and system architecture design involving fully homomorphic encryption are needed. Additionally, the use of caching, multiprocessing, other optimization techniques, and the use of high specifications for servers also need to be further explored.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	privasi, data sharing, keamanan siber, enkripsi homomorfik, e-voting, privacy, data sharing, cyber security, homomorphic encryption, e-voting
Subjects:	Q Science > QA Mathematics > QA402 System analysis. Q Science > QA Mathematics > QA76.758 Software engineering Q Science > QA Mathematics > QA76.9.A25 Computer security. Digital forensic. Data encryption (Computer science)
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Informatics Engineering > 55201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Nur Muhammad Ainul Yaqin
Date Deposited:	02 Aug 2024 03:30
Last Modified:	02 Aug 2024 03:30
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/111151

Actions (login required)

View Item