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+=4) {
 151      X[a]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 152      X[a+1]=Sbox1[(a+1)&0xFF];
 153      X[a+2]=Sbox1[(a+2)&0xFF];
 154      X[a+3]=Sbox1[(a+3)&0xFF];
 155    }
 156
 157
 158   for(int it=0;it<len;it++) {
 159     if(enc) {
 160       ind1=it*h2;
 161       ind2=Pbox[it]*h2;
 162     }
 163     else {
 164       ind2=it*h2;
 165       ind1=Pbox[it]*h2;
 166     }
 167
 168
 169     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 170       X[a]=Sbox1[X[a]];
 171       X[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 172       X[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 173       X[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 174     }
 175
 176
 177
 178 //    *(int*)&fX[0]^=it;
 179
 180
 181 /*    for(int a=0;a<h2;a+=16) {
 182       *(int*)&fX[a]^=it;
 183       *(int*)&fX[a+4]^=it;
 184       *(int*)&fX[a+8]^=it;
 185       *(int*)&fX[a+12]^=it;
 186     }
 187 */
 188
 189
 190     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 191       fX[a]=X[a]^RM1[a];
 192       fX[a+1]=X[a+1]^RM1[a+1];
 193       fX[a+2]=X[a+2]^RM1[a+2];
 194       fX[a+3]=X[a+3]^RM1[a+3];
 195     }
 196
 197
 198     /*   for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 199       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 200       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 201       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 202       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 203       }*/
 204
 205      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 206       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 207       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 208       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 209       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 210     }
 211
 212
 213     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 214       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 215       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 216       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 217       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 218     }
 219
 220     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 221       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 222       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 223       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 224       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 225     }
 226
 227
 228
 229   }
 230
 231
 232 }
 233
 234
 235 template<int h2>
 236 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 237
 238
 239 /*  uchar *X=new uchar[h2];
 240   uchar *fX=new uchar[h2];
 241   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 242   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 243 */
 244   uchar X[h2];
 245   uchar fX[h2];
 246 //  unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 247 //  unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 248
 249
 250   for(int it=0;it<len;it++) {
 251     int ind1=it*h2;
 252     int ind2=Pbox[it]*h2;
 253
 254     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 255       X[a]=seq_in[ind2+a];
 256       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 257       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 258       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 259     }
 260
 261     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 262       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 263       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 264       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 265       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 266     }
 267
 268
 269     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 270       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 271       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 272       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 273       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 274     }
 275
 276
 277     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 278       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 279       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 280       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 281       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 282     }
 283
 284     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 285       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 286       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 287       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 288       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 289
 290     }
 291
 292
 293   }
 294
 295
 296
 297
 298 }
 299
 300
 301 template<int h2>
 302 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, int debug) {
 303
 304
 305   /*uchar *fX=new uchar[h2];
 306   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 307   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 308   */
 309   uchar fX[h2];
 310
 311
 312
 313   for(int it=0;it<len;it++) {
 314
 315     int ind1=it*h2;
 316     int ind2=Pbox[it]*h2;
 317
 318
 319
 320
 321     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 322       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 323       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 324       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 325       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 326
 327     }
 328     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 329       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 330       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 331       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 332       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 333     }
 334     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 335       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 336       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 337       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 338       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 339     }
 340
 341     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 342       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 343       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 344       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 345       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 346     }
 347
 348     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 349       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 350       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 351       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 352       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 353     }
 354
 355
 356   }
 357
 358
 359 }
 360
 361
 362 int main(int argc, char** argv) {
 363
 364
 365   int h=32;
 366   int lena=0;
 367   int size_buf=1;
 368
 369
 370
 371   for(int i=1; i<argc; i++){
 372     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 373     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 374     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 375     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 376     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = 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=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     imsize=width*height*3;
 419 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 420   }
 421   else {
 422     width=height=size_buf;
 423     imsize=width*height;
 424     buffer=new uchar[imsize];
 425     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 426       buffer[i]=lrand48();
 427     }
 428   }
 429
 430
 431
 432
 433
 434   uchar* seq= new uchar[imsize];
 435   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 436
 437   int oneD=width*height;
 438   if(lena) {
 439     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 440       seq[i]=data_R[i];
 441       seq[oneD+i]=data_G[i];
 442       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 443     }
 444   }
 445   else {
 446     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 447       seq[i]=buffer[i];
 448     }
 449   }
 450
 451
 452
 453
 454
 455   int total_len=imsize;
 456   int rp=1;
 457   int len= total_len/h2;
 458
 459
 460
 461   uchar *mix=new uchar[256];
 462
 463
 464
 465
 466   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 467     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 468   }
 469
 470
 471 //  cout<<"hash "<<endl;
 472   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 473 //    DK[i]=digest[i];
 474     DK[i]=mix[i];
 475   }
 476
 477
 478
 479   int *Pbox=new int[len];
 480   int *PboxRM=new int[h2];
 481   uchar Sbox1[256];
 482   uchar Sbox2[256];
 483   uchar Inv_Sbox1[256];
 484   uchar Inv_Sbox2[256];
 485   uchar sc[256];
 486   uchar RM1[h2];
 487   uchar RM2[h2];
 488
 489
 490
 491
 492   double time=0;
 493   double t=TimeStart();
 494   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 495
 496
 497   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 498
 499   rc4key(&DK[16], sc, 16);
 500
 501
 502   prga(sc, h2, RM1);
 503
 504
 505   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
 506
 507
 508   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
 509
 510   time+=TimeStop(t);
 511   cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 512
 513
 514
 515
 516
 517
 518
 519
 520
 521
 522
 523   for(int i=0;i<h2;i++){
 524     RM2[i]=RM1[i];
 525   }
 526
 527
 528   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 529   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 530
 531
 532
 533
 534
 535   time=0;
 536   t=TimeStart();
 537
 538   int i;
 539   switch(h) {
 540   case 4:
 541     for(i=0;i<nb_test;i++)
 542     {
 543       if(ctr)
 544         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 545       else
 546         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 547
 548     }
 549     break;
 550   case 8:
 551     for(i=0;i<nb_test;i++)
 552     {
 553       if(ctr)
 554         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 555       else
 556         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 557
 558     }
 559     break;
 560   case 16:
 561     for(i=0;i<nb_test;i++)
 562     {
 563       if(ctr)
 564         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 565       else
 566         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 567
 568     }
 569     break;
 570   case 32:
 571     for(i=0;i<nb_test;i++)
 572     {
 573       if(ctr)
 574         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 575       else
 576         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 577
 578     }
 579     break;
 580   case 64:
 581     for(i=0;i<nb_test;i++)
 582     {
 583       if(ctr)
 584         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 585       else
 586         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 587
 588     }
 589     break;
 590   case 128:
 591     for(i=0;i<nb_test;i++)
 592     {
 593       if(ctr)
 594         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 595       else
 596         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 597
 598     }
 599     break;
 600   }
 601   time+=TimeStop(t);
 602   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 603
 604
 605   if(lena) {
 606     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 607       data_R[i]=seq2[i];
 608       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 609       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 610     }
 611     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 612   }
 613
 614
 615   time=0;
 616   t=TimeStart();
 617   switch(h) {
 618   case 4:
 619     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 620       if(ctr)
 621         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 622       else
 623         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 624     }
 625     break;
 626   case 8:
 627     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 628       if(ctr)
 629         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 630       else
 631         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 632     }
 633     break;
 634   case 16:
 635     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 636       if(ctr)
 637         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 638       else
 639         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 640     }
 641     break;
 642   case 32:
 643     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 644       if(ctr)
 645         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 646       else
 647         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 648     }
 649     break;
 650   case 64:
 651     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 652       if(ctr)
 653         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 654       else
 655         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 656     }
 657     break;
 658   case 128:
 659     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 660       if(ctr)
 661         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 662       else
 663         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 664     }
 665     break;
 666   }
 667
 668   time+=TimeStop(t);
 669   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 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
 692   return 0;
 693 }