OneRoundIoT/OneRound/one_round_new.cpp

   1 //gcc pixmap_io.c  -c
   2 //g++ -O3 one_round_new.cpp pixmap_io.o  -o one_round_new -std=c++11
   3
   4 #include <iostream>
   5 #include <list>
   6 #include<math.h>
   7 #include<stdlib.h>
   8 #include<stdio.h>
   9 #include<string.h>
  10 #include <fstream>
  11 #include <sys/time.h>
  12
  13 /*#include <cryptopp/hex.h>
  14 #include <cryptopp/sha.h>
  15 #include <cryptopp/osrng.h>
  16 #include <cryptopp/secblock.h>
  17 */
  18
  19
  20 extern "C" {
  21   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  22   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  23 }
  24
  25
  26 //using namespace CryptoPP;
  27 using namespace std;
  28
  29
  30 int key_size=256;
  31 int nb_test=1;
  32 int ctr=0;
  33
  34
  35
  36
  37
  38
  39
  40 typedef unsigned char   uchar;
  41
  42
  43 double TimeStart()
  44 {
  45   struct timeval tstart;
  46   gettimeofday(&tstart,0);
  47   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  48 }
  49
  50 double TimeStop(double t)
  51 {
  52   struct timeval tend;
  53
  54   gettimeofday(&tend,0);
  55   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  56   return (t);
  57 }
  58
  59
  60
  61
  62
  63
  64 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *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 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  73
  74   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  75     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  76   }
  77
  78 }
  79
  80
  81
  82 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  83
  84   for(int i=0;i<256;i++) {
  85     sc[i]=i;
  86   }
  87
  88
  89   uchar j0 = 0;
  90   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  91     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  92     uchar tmp = sc[i0];
  93     sc[i0] = sc[j0 ];
  94     sc[j0] = tmp;
  95   }
  96 }
  97
  98
  99
 100 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 101
 102   //sc=1:len;
 103
 104
 105
 106   for (int i=0;i<len;i++) {
 107     sc[i]=i;
 108   }
 109   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 110     int j0 = 1;
 111     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 112       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 113       int tmp = sc[i0];
 114       sc[i0] = sc[j0];
 115       sc[j0] = tmp;
 116     }
 117
 118   }
 119 }
 120
 121 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 122   uchar i0=0;
 123   uchar j0=0;
 124
 125   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 126     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
 127     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 128     uchar tmp = sc[i0];
 129     sc[i0] = sc[j0];
 130     sc[j0] = tmp;
 131     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 132   }
 133 }
 134
 135
 136
 137
 138 template<int h2>
 139 void encrypt_ctr(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int enc) {
 140
 141
 142 //  uchar *X=new uchar[h2];
 143 //  uchar *fX=new uchar[h2];
 144   uchar X[h2];
 145   uchar fX[h2];
 146
 147   int ind1,ind2;
 148
 149
 150    for(int a=0;a<h2;a++) {
 151      X[a]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 152    }
 153
 154
 155   for(int it=0;it<len;it++) {
 156     if(enc) {
 157       ind1=it*h2;
 158       ind2=Pbox[it]*h2;
 159     }
 160     else {
 161       ind2=it*h2;
 162       ind1=Pbox[it]*h2;
 163     }
 164
 165
 166
 167     /*for(int a=0;a<h2;a+=4){
 168       fX[a]=RM1[X[a]];
 169       fX[a+1]=RM1[X[a+1]];
 170       fX[a+2]=RM1[X[a+2]];
 171       fX[a+3]=RM1[X[a+3]];
 172       }*/
 173
 174     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 175       fX[a]=X[a];
 176       fX[a+1]=X[a+1];
 177       fX[a+2]=X[a+2];
 178       fX[a+3]=X[a+3];
 179     }
 180
 181
 182
 183     *(int*)&fX[0]^=it;
 184
 185
 186 /*    for(int a=0;a<h2;a+=16) {
 187       *(int*)&fX[a]^=it;
 188       *(int*)&fX[a+4]^=it;
 189       *(int*)&fX[a+8]^=it;
 190       *(int*)&fX[a+12]^=it;
 191     }
 192 */
 193
 194     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 195       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 196       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 197       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 198       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 199     }
 200
 201
 202     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 203       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 204       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 205       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 206       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 207     }
 208
 209      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 210       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 211       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 212       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 213       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 214     }
 215
 216
 217     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 218       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 219       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 220       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 221       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 222     }
 223
 224     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 225       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 226       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 227       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 228       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 229     }
 230
 231
 232
 233   }
 234
 235
 236 }
 237
 238
 239 template<int h2>
 240 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 241
 242
 243 /*  uchar *X=new uchar[h2];
 244   uchar *fX=new uchar[h2];
 245   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 246   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 247 */
 248   uchar X[h2];
 249   uchar fX[h2];
 250 //  unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 251 //  unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 252
 253
 254   for(int it=0;it<len;it++) {
 255     int ind1=it*h2;
 256     int ind2=Pbox[it]*h2;
 257
 258     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 259       X[a]=seq_in[ind2+a];
 260       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 261       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 262       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 263     }
 264
 265     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 266       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 267       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 268       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 269       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 270     }
 271
 272
 273     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 274       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 275       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 276       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 277       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 278     }
 279
 280
 281     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 282       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 283       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 284       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 285       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 286     }
 287
 288     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 289       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 290       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 291       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 292       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 293
 294     }
 295
 296
 297   }
 298
 299
 300
 301
 302 }
 303
 304
 305 template<int h2>
 306 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, int debug) {
 307
 308
 309   /*uchar *fX=new uchar[h2];
 310   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 311   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 312   */
 313   uchar fX[h2];
 314
 315
 316
 317   for(int it=0;it<len;it++) {
 318
 319     int ind1=it*h2;
 320     int ind2=Pbox[it]*h2;
 321
 322
 323
 324
 325     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 326       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 327       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 328       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 329       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 330
 331     }
 332     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 333       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 334       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 335       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 336       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 337     }
 338     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 339       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 340       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 341       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 342       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 343     }
 344
 345     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 346       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 347       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 348       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 349       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 350     }
 351
 352     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 353       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 354       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 355       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 356       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 357     }
 358
 359
 360   }
 361
 362
 363 }
 364
 365
 366 int main(int argc, char** argv) {
 367
 368
 369   int h=32;
 370   int lena=0;
 371   int size_buf=1;
 372
 373
 374
 375   for(int i=1; i<argc; i++){
 376     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 377     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 378     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 379     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 380     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 381   }
 382
 383 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
 384   printf("ctr %d\n",ctr);
 385   printf("h %d\n",h);
 386   printf("lena %d\n",lena);
 387   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 388 */
 389   int h2=h*h;
 390
 391
 392
 393   int seed=time(NULL);
 394 //  cout<<seed<<endl;
 395   srand48(seed);
 396
 397   uchar Secretkey[key_size];
 398
 399   uchar counter[key_size];
 400
 401   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 402     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 403     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 404   }
 405
 406
 407   int size = 64;
 408   uchar DK[size];
 409
 410
 411
 412
 413   int width;
 414   int height;
 415
 416   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 417   int imsize;
 418   uchar *buffer;
 419
 420   if(lena==1) {
 421     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 422     imsize=width*height*3;
 423 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 424   }
 425   else {
 426     width=height=size_buf;
 427     imsize=width*height;
 428     buffer=new uchar[imsize];
 429     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 430       buffer[i]=lrand48();
 431     }
 432   }
 433
 434
 435
 436
 437
 438   uchar* seq= new uchar[imsize];
 439   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 440
 441   int oneD=width*height;
 442   if(lena) {
 443     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 444       seq[i]=data_R[i];
 445       seq[oneD+i]=data_G[i];
 446       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 447     }
 448   }
 449   else {
 450     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 451       seq[i]=buffer[i];
 452     }
 453   }
 454
 455
 456
 457
 458
 459   int total_len=imsize;
 460   int rp=1;
 461   int len= total_len/h2;
 462
 463
 464
 465   uchar *mix=new uchar[256];
 466
 467
 468
 469
 470   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 471     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 472   }
 473
 474
 475 //  cout<<"hash "<<endl;
 476   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 477 //    DK[i]=digest[i];
 478     DK[i]=mix[i];
 479   }
 480
 481
 482
 483   int *Pbox=new int[len];
 484   int *PboxRM=new int[h2];
 485   uchar Sbox1[256];
 486   uchar Sbox2[256];
 487   uchar Inv_Sbox1[256];
 488   uchar Inv_Sbox2[256];
 489   uchar sc[256];
 490   uchar RM1[h2];
 491   uchar RM2[h2];
 492
 493
 494
 495
 496   double time=0;
 497   double t=TimeStart();
 498   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 499
 500
 501   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 502
 503   rc4key(&DK[16], sc, 16);
 504
 505
 506   prga(sc, h2, RM1);
 507
 508
 509   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
 510
 511
 512   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
 513
 514   time+=TimeStop(t);
 515   cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 516
 517
 518
 519
 520
 521
 522
 523
 524
 525
 526
 527   for(int i=0;i<h2;i++){
 528     RM2[i]=RM1[i];
 529   }
 530
 531
 532   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 533   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 534
 535
 536
 537
 538
 539   time=0;
 540   t=TimeStart();
 541
 542   int i;
 543   switch(h) {
 544   case 4:
 545     for(i=0;i<nb_test;i++)
 546     {
 547       if(ctr)
 548         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 549       else
 550         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 551
 552     }
 553     break;
 554   case 8:
 555     for(i=0;i<nb_test;i++)
 556     {
 557       if(ctr)
 558         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 559       else
 560         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 561
 562     }
 563     break;
 564   case 16:
 565     for(i=0;i<nb_test;i++)
 566     {
 567       if(ctr)
 568         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 569       else
 570         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 571
 572     }
 573     break;
 574   case 32:
 575     for(i=0;i<nb_test;i++)
 576     {
 577       if(ctr)
 578         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 579       else
 580         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 581
 582     }
 583     break;
 584   case 64:
 585     for(i=0;i<nb_test;i++)
 586     {
 587       if(ctr)
 588         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 589       else
 590         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 591
 592     }
 593     break;
 594   case 128:
 595     for(i=0;i<nb_test;i++)
 596     {
 597       if(ctr)
 598         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 599       else
 600         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 601
 602     }
 603     break;
 604   }
 605   time+=TimeStop(t);
 606   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 607
 608
 609   if(lena) {
 610     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 611       data_R[i]=seq2[i];
 612       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 613       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 614     }
 615     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 616   }
 617
 618
 619   time=0;
 620   t=TimeStart();
 621   switch(h) {
 622   case 4:
 623     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 624       if(ctr)
 625         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 626       else
 627         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 628     }
 629     break;
 630   case 8:
 631     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 632       if(ctr)
 633         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 634       else
 635         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 636     }
 637     break;
 638   case 16:
 639     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 640       if(ctr)
 641         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 642       else
 643         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 644     }
 645     break;
 646   case 32:
 647     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 648       if(ctr)
 649         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 650       else
 651         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 652     }
 653     break;
 654   case 64:
 655     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 656       if(ctr)
 657         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 658       else
 659         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 660     }
 661     break;
 662   case 128:
 663     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 664       if(ctr)
 665         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 666       else
 667         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 668     }
 669     break;
 670   }
 671
 672   time+=TimeStop(t);
 673   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 674
 675   if(lena) {
 676     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 677       data_R[i]=seq[i];
 678       data_G[i]=seq[oneD+i];
 679       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 680     }
 681     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 682   }
 683   else {
 684     bool equal=true;
 685     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 686       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 687       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 688         equal=false;
 689       }
 690     }
 691 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 692   }
 693
 694
 695
 696   return 0;
 697 }