Old_one_round/one_round_light_auth.cpp

   1 #include <iostream>
   2 #include <list>
   3 #include<math.h>
   4 #include<stdlib.h>
   5 #include<stdio.h>
   6 #include<string.h>
   7 #include <fstream>
   8 #include <sys/time.h>
   9
  10
  11
  12 extern "C" {
  13   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  14   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  15 }
  16
  17
  18 //using namespace CryptoPP;
  19 using namespace std;
  20
  21
  22 int key_size=256;
  23 int nb_test=1;
  24 int ctr=1;
  25
  26
  27
  28
  29
  30
  31
  32 typedef unsigned char   uchar;
  33
  34
  35 double TimeStart()
  36 {
  37   struct timeval tstart;
  38   gettimeofday(&tstart,0);
  39   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  40 }
  41
  42 double TimeStop(double t)
  43 {
  44   struct timeval tend;
  45
  46   gettimeofday(&tend,0);
  47   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  48   return (t);
  49 }
  50
  51
  52
  53
  54
  55
  56 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  57
  58   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  59     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  60   }
  61
  62 }
  63
  64 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  65
  66   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  67     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  68   }
  69
  70 }
  71
  72
  73
  74 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  75
  76   for(int i=0;i<256;i++) {
  77     sc[i]=i;
  78   }
  79
  80
  81   uchar j0 = 0;
  82   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  83     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  84     uchar tmp = sc[i0];
  85     sc[i0] = sc[j0 ];
  86     sc[j0] = tmp;
  87   }
  88 }
  89
  90
  91
  92 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
  93
  94   //sc=1:len;
  95
  96
  97
  98   for (int i=0;i<len;i++) {
  99     sc[i]=i;
 100   }
 101   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 102     int j0 = 1;
 103     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 104       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 105       int tmp = sc[i0];
 106       sc[i0] = sc[j0];
 107       sc[j0] = tmp;
 108     }
 109
 110   }
 111 }
 112
 113 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 114   uchar i0=0;
 115   uchar j0=0;
 116
 117   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 118     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
 119     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 120     uchar tmp = sc[i0];
 121     sc[i0] = sc[j0];
 122     sc[j0] = tmp;
 123     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 124   }
 125 }
 126
 127
 128 template<int h>
 129 void myhash(uchar *X, uchar* RM2, uchar *Sbox2) {
 130   uchar Y[h];
 131   uchar X2[h];
 132
 133   for(int k=0;k<h;k++) {
 134
 135
 136     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 137       X2[a]=RM2[a]^X[k*h+a];
 138       X2[a+1]=RM2[a+1]^X[k*h+a+1];
 139       X2[a+2]=RM2[a+2]^X[k*h+a+2];
 140       X2[a+3]=RM2[a+3]^X[k*h+a+3];
 141     }
 142
 143
 144     Y[0]=X2[0]^X2[h-1];
 145     Y[1]=Y[0]^X2[0];
 146     Y[2]=Y[1]^X2[1];
 147     Y[3]=Y[2]^X2[2];
 148     for(int a=4;a<h;a+=4) {
 149       Y[a]=Y[a-1]^X2[a-1];
 150       Y[a+1]=Y[a]^X2[a];
 151       Y[a+2]=Y[a+1]^X2[a+1];
 152       Y[a+3]=Y[a+2]^X2[a+2];
 153     }
 154
 155
 156     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 157       Y[a]=Sbox2[Y[a]];
 158       Y[a+1]=Sbox2[Y[a+1]];
 159       Y[a+2]=Sbox2[Y[a+2]];
 160       Y[a+3]=Sbox2[Y[a+3]];
 161     }
 162
 163
 164
 165     RM2[h-1]=Y[h-1]^Y[0];
 166     RM2[h-2]=RM2[h-1]^Y[h-1];
 167     RM2[h-3]=RM2[h-2]^Y[h-2];
 168     RM2[h-4]=RM2[h-3]^Y[h-3];
 169     for(int a=h-4;a>0;a-=4) {
 170       RM2[a-1]=RM2[a]^Y[a];
 171       RM2[a-2]=RM2[a-1]^Y[a-1];
 172       RM2[a-3]=RM2[a-2]^Y[a-2];
 173       RM2[a-4]=RM2[a-3]^Y[a-3];
 174     }
 175   }
 176 }
 177
 178
 179
 180
 181
 182
 183 template<int h2, int h>
 184 void encrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, uchar *Sbox3, int debug) {
 185
 186
 187   uchar X[h2];
 188   uchar Y[h2];
 189   uchar fX[h2];
 190   uchar gY[h2];
 191
 192   for(int it=0;it<len;it++) {
 193     int ind1=it*h2;
 194     int ind2=Pbox[it]*h2;
 195
 196     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 197       X[a]=seq[ind1+a];
 198       X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 199       X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 200       X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 201
 202     }
 203
 204
 205
 206
 207     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 208       Y[a]=seq[ind2+a];
 209       Y[a+1]=seq[ind2+a+1];
 210       Y[a+2]=seq[ind2+a+2];
 211       Y[a+3]=seq[ind2+a+3];
 212
 213     }
 214
 215
 216     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 217       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 218       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 219       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 220       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 221     }
 222
 223     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 224       gY[a]=Sbox2[Y[a]];
 225       gY[a+1]=Sbox2[Y[a+1]];
 226       gY[a+2]=Sbox2[Y[a+2]];
 227       gY[a+3]=Sbox2[Y[a+3]];
 228     }
 229     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 230       fX[a]=fX[a]^RM1[a]^Y[a];
 231       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1]^Y[a+1];
 232       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2]^Y[a+2];
 233       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3]^Y[a+3];
 234     }
 235     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 236       gY[a]=gY[a]^RM2[a];
 237       gY[a+1]=gY[a+1]^RM2[a+1];
 238       gY[a+2]=gY[a+2]^RM2[a+2];
 239       gY[a+3]=gY[a+3]^RM2[a+3];
 240     }
 241
 242     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 243       seq[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 244       seq[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 245       seq[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 246       seq[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 247     }
 248     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 249       seq[ind2+a]=Sbox1[gY[a]];
 250       seq[ind2+a+1]=Sbox1[gY[a+1]];
 251       seq[ind2+a+2]=Sbox1[gY[a+2]];
 252       seq[ind2+a+3]=Sbox1[gY[a+3]];
 253     }
 254   }
 255
 256
 257    for(int it=0;it<len;it++) {
 258      int ind1=it*h2;
 259      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 260        X[a]=seq[ind1+a];
 261        X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 262        X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 263        X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 264
 265      }
 266      myhash<h>(X, RM3, Sbox3);
 267    }
 268
 269 }
 270
 271
 272 template<int h2, int h>
 273 void decrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, uchar *Sbox3, int debug) {
 274
 275
 276   uchar fX[h2];
 277   uchar gY[h2];
 278   uchar X[h2];
 279
 280   for(int it=0;it<len;it++) {
 281      int ind1=it*h2;
 282      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 283        X[a]=seq[ind1+a];
 284        X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 285        X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 286        X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 287
 288      }
 289      myhash<h>(X, RM3, Sbox3);
 290    }
 291
 292
 293
 294
 295   for(int it=len-1;it>=0;it--) {
 296     int ind1=it*h2;
 297     int ind2=Pbox[it]*h2;
 298
 299
 300
 301
 302
 303     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 304       fX[a]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a]];
 305       fX[a+1]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+1]];
 306       fX[a+2]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+2]];
 307       fX[a+3]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+3]];
 308     }
 309
 310     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 311       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 312       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 313       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 314       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 315     }
 316
 317
 318     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 319       gY[a]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a]];
 320       gY[a+1]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+1]];
 321       gY[a+2]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+2]];
 322       gY[a+3]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+3]];
 323     }
 324     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 325       gY[a]=Inv_Sbox2[gY[a]^RM2[a]];
 326       gY[a+1]=Inv_Sbox2[gY[a+1]^RM2[a+1]];
 327       gY[a+2]=Inv_Sbox2[gY[a+2]^RM2[a+2]];
 328       gY[a+3]=Inv_Sbox2[gY[a+3]^RM2[a+3]];
 329     }
 330
 331
 332     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 333       fX[a]=fX[a]^gY[a];
 334       fX[a+1]=fX[a+1]^gY[a+1];
 335       fX[a+2]=fX[a+2]^gY[a+2];
 336       fX[a+3]=fX[a+3]^gY[a+3];
 337     }
 338
 339      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 340       seq[ind1+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 341       seq[ind1+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 342       seq[ind1+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 343       seq[ind1+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 344     }
 345
 346
 347     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 348       seq[ind2+a]=gY[a];
 349       seq[ind2+a+1]=gY[a+1];
 350       seq[ind2+a+2]=gY[a+2];
 351       seq[ind2+a+3]=gY[a+3];
 352     }
 353   }
 354
 355
 356 }
 357
 358
 359
 360 int main(int argc, char** argv) {
 361
 362
 363   int h=32;
 364   int lena=0;
 365   int size_buf=1;
 366   int impb=-1;
 367   int tgpb=-1;
 368
 369
 370   for(int i=1; i<argc; i++){
 371     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 372     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 373     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 374     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 375     if(strncmp(argv[i],"impb",4)==0) impb = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 376     if(strncmp(argv[i],"tgpb",4)==0) tgpb = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 377   }
 378
 379 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
 380   printf("ctr %d\n",ctr);
 381   printf("h %d\n",h);
 382   printf("lena %d\n",lena);
 383   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 384 */
 385   int h2=h*h;
 386
 387
 388
 389   int seed=12;//time(NULL);
 390 //  cout<<seed<<endl;
 391   srand48(seed);
 392
 393   uchar Secretkey[key_size];
 394
 395   uchar counter[key_size];
 396
 397   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 398     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 399     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 400   }
 401
 402
 403   int size = 64;
 404   uchar DK[size];
 405
 406
 407
 408
 409   int width;
 410   int height;
 411
 412   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 413   int imsize;
 414   uchar *buffer;
 415
 416   if(lena==1) {
 417     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 418 //    load_RGB_pixmap("8192.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 419     imsize=width*height*3;
 420 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 421   }
 422   else {
 423     width=height=size_buf;
 424     imsize=width*height;
 425     buffer=new uchar[imsize];
 426     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 427       buffer[i]=lrand48();
 428     }
 429   }
 430
 431
 432
 433
 434
 435   uchar* seq= new uchar[imsize];
 436   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 437
 438   int oneD=width*height;
 439   if(lena) {
 440     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 441       seq[i]=data_R[i];
 442       seq[oneD+i]=data_G[i];
 443       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 444     }
 445   }
 446   else {
 447     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 448       seq[i]=buffer[i];
 449     }
 450   }
 451
 452
 453
 454
 455
 456   int total_len=imsize;
 457   int rp=1;
 458   int len= total_len/h2;
 459
 460
 461
 462   uchar *mix=new uchar[256];
 463
 464
 465
 466
 467   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 468     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 469   }
 470
 471
 472 //  cout<<"hash "<<endl;
 473   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 474 //    DK[i]=digest[i];
 475     DK[i]=mix[i];
 476   }
 477
 478
 479
 480   int *Pbox=new int[len];
 481   uchar Sbox1[256];
 482   uchar Sbox2[256];
 483   uchar Sbox3[256];
 484   uchar Inv_Sbox1[256];
 485   uchar Inv_Sbox2[256];
 486   uchar sc[256];
 487   uchar RM1[h2];
 488   uchar RM2[h2];
 489   uchar RM3[h];
 490   uchar RM4[h];
 491
 492
 493
 494   double time_encrypt=0;
 495   double time_decrypt=0;
 496
 497
 498   double t=TimeStart();
 499   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 500
 501
 502   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 503   rc4key(&DK[16], Sbox3, 8);
 504
 505   rc4key(&DK[24], sc, 16);
 506
 507
 508   prga(sc, h2, RM1);
 509   rc4key(&DK[48], sc, 16);
 510
 511
 512   prga(sc, h2, RM2);
 513
 514
 515   rc4keyperm(&DK[64], len, rp, Pbox, 16);
 516
 517
 518   rc4key(&DK[80], sc, 16);
 519
 520
 521   prga(sc, h, RM3);
 522
 523   //time+=TimeStop(t);
 524   //cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 525
 526
 527
 528   for(int i=0;i<h;i++)
 529     printf("%d ",RM3[i]);
 530   printf("\n");
 531
 532
 533
 534
 535
 536
 537
 538   for(int i=0;i<h;i++){
 539     RM4[i]=RM3[i];
 540   }
 541
 542
 543   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 544   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 545
 546
 547
 548
 549
 550   time_encrypt=0;
 551   t=TimeStart();
 552
 553   int i;
 554   switch(h) {
 555   case 4:
 556     for(i=0;i<nb_test;i++)
 557     {
 558       encrypt<4*4,4>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 559
 560     }
 561     break;
 562   case 8:
 563     for(i=0;i<nb_test;i++)
 564     {
 565       encrypt<8*8,8>(seq, len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 566     }
 567     break;
 568   case 16:
 569     for(i=0;i<nb_test;i++)
 570     {
 571       encrypt<16*16,16>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 572     }
 573     break;
 574   case 32:
 575     for(i=0;i<nb_test;i++)
 576     {
 577       encrypt<32*32,32>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 578     }
 579     break;
 580   case 64:
 581     for(i=0;i<nb_test;i++)
 582     {
 583       encrypt<64*64,64>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 584     }
 585     break;
 586   case 128:
 587     for(i=0;i<nb_test;i++)
 588     {
 589       encrypt<128*128,128>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 590     }
 591     break;
 592   }
 593
 594
 595
 596
 597   time_encrypt+=TimeStop(t);
 598   //cout<<"Time encrypt "<<
 599   cout<<(double)imsize*nb_test/time_encrypt<<"\t";
 600
 601
 602   if(lena) {
 603     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 604       data_R[i]=seq[i];
 605       data_G[i]=seq[oneD+i];
 606       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 607     }
 608     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 609   }
 610
 611   cout<<"TAG 1"<<endl;
 612  for(int i=0;i<h;i++){
 613     cout<<(int)RM3[i]<<" ";
 614   }
 615
 616
 617  if(impb>=0) {
 618    seq[impb]++;
 619  }
 620
 621  if(tgpb>=0 && tgpb<h) {
 622    RM4[tgpb]++;
 623  }
 624
 625
 626   time_decrypt=0;
 627   t=TimeStart();
 628   switch(h) {
 629   case 4:
 630     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 631       decrypt<4*4,4>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 632     }
 633     break;
 634   case 8:
 635     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 636       decrypt<8*8,8>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 637     }
 638     break;
 639   case 16:
 640     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 641       decrypt<16*16,16>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 642     }
 643     break;
 644   case 32:
 645     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 646       decrypt<32*32,32>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 647     }
 648     break;
 649   case 64:
 650     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 651       decrypt<64*64,64>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 652     }
 653     break;
 654   case 128:
 655     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 656       decrypt<128*128,128>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 657     }
 658     break;
 659   }
 660
 661   time_decrypt+=TimeStop(t);
 662   //cout<<"Time decrypt "
 663   cout<<(double)imsize*nb_test/time_decrypt<<"\t";
 664
 665
 666   cout<<"\nTAG 2"<<endl;
 667  for(int i=0;i<h;i++){
 668     cout<<(int)RM4[i]<<" ";
 669   }
 670
 671   if(lena) {
 672     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 673       data_R[i]=seq[i];
 674       data_G[i]=seq[oneD+i];
 675       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 676     }
 677     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 678   }
 679   else {
 680     bool equal=true;
 681     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 682       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 683       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 684         equal=false;
 685       }
 686     }
 687 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 688   }
 689
 690
 691   cout<<endl;
 692   return 0;
 693 }
 694
 695
 696
 697
 698
 699
 700
 701
 702
 703
 704