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)%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     /*   if(it<513) {
 182       for(int a=0;a<h2;a++)
 183         printf("%d ",fX[a]);
 184       printf("\n");
 185       }*/
 186
 187     *(int*)&fX[0]^=it;
 188
 189     /* if(it<513) {
 190       for(int a=0;a<h2;a++)
 191         printf("%d ",fX[a]);
 192       printf("\n");
 193       }*/
 194
 195     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 196       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 197       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 198       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 199       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 200     }
 201
 202
 203     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 204       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 205       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 206       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 207       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 208     }
 209
 210      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 211       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 212       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 213       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 214       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 215     }
 216
 217
 218     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 219       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 220       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 221       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 222       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 223     }
 224
 225     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 226       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 227       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 228       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 229       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 230     }
 231
 232
 233
 234   }
 235
 236
 237 }
 238
 239
 240 template<int h2>
 241 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 242
 243
 244 /*  uchar *X=new uchar[h2];
 245   uchar *fX=new uchar[h2];
 246   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 247   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 248 */
 249   uchar X[h2];
 250   uchar fX[h2];
 251 //  unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 252 //  unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 253
 254
 255   for(int it=0;it<len;it++) {
 256     int ind1=it*h2;
 257     int ind2=Pbox[it]*h2;
 258
 259     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 260       X[a]=seq_in[ind2+a];
 261       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 262       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 263       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 264     }
 265
 266     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 267       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 268       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 269       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 270       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 271     }
 272
 273
 274     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 275       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 276       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 277       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 278       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 279     }
 280
 281
 282     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 283       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 284       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 285       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 286       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 287     }
 288
 289     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 290       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 291       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 292       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 293       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 294
 295     }
 296
 297
 298   }
 299
 300
 301
 302
 303 }
 304
 305
 306 template<int h2>
 307 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, int debug) {
 308
 309
 310   /*uchar *fX=new uchar[h2];
 311   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 312   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 313   */
 314   uchar fX[h2];
 315
 316
 317
 318   for(int it=0;it<len;it++) {
 319
 320     int ind1=it*h2;
 321     int ind2=Pbox[it]*h2;
 322
 323
 324
 325
 326     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 327       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 328       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 329       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 330       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 331
 332     }
 333     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 334       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 335       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 336       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 337       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 338     }
 339     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 340       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 341       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 342       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 343       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 344     }
 345
 346     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 347       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 348       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 349       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 350       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 351     }
 352
 353     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 354       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 355       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 356       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 357       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 358     }
 359
 360
 361   }
 362
 363
 364 }
 365
 366
 367 int main(int argc, char** argv) {
 368
 369
 370   int h=32;
 371   int lena=0;
 372   int size_buf=1;
 373
 374
 375
 376   for(int i=1; i<argc; i++){
 377     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 378     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 379     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 380     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 381     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 382   }
 383
 384   printf("nb times %d\n",nb_test);
 385   printf("ctr %d\n",ctr);
 386   printf("h %d\n",h);
 387   printf("lena %d\n",lena);
 388   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 389
 390   int h2=h*h;
 391
 392
 393
 394   int seed=time(NULL);
 395   cout<<seed<<endl;
 396   srand48(seed);
 397
 398   uchar Secretkey[key_size];
 399
 400   uchar counter[key_size];
 401
 402   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 403     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 404     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 405   }
 406
 407
 408   int size = 64;
 409   uchar DK[size];
 410
 411
 412
 413
 414   int width;
 415   int height;
 416
 417   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 418   int imsize;
 419   uchar *buffer;
 420
 421   if(lena==1) {
 422     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 423     imsize=width*height*3;
 424 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 425   }
 426   else {
 427     width=height=size_buf;
 428     imsize=width*height;
 429     buffer=new uchar[imsize];
 430     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 431       buffer[i]=lrand48();
 432     }
 433   }
 434
 435
 436
 437
 438
 439   uchar* seq= new uchar[imsize];
 440   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 441
 442   int oneD=width*height;
 443   if(lena) {
 444     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 445       seq[i]=data_R[i];
 446       seq[oneD+i]=data_G[i];
 447       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 448     }
 449   }
 450   else {
 451     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 452       seq[i]=buffer[i];
 453     }
 454   }
 455
 456
 457
 458
 459
 460   int total_len=imsize;
 461   int rp=1;
 462   int len= total_len/h2;
 463
 464
 465
 466   uchar *mix=new uchar[256];
 467
 468
 469
 470
 471   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 472     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 473   }
 474
 475
 476   cout<<"hash "<<endl;
 477   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 478 //    DK[i]=digest[i];
 479     DK[i]=mix[i];
 480   }
 481
 482
 483
 484
 485   uchar Sbox1[256];
 486   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 487
 488   uchar Sbox2[256];
 489   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 490   uchar Inv_Sbox1[256];
 491   uchar Inv_Sbox2[256];
 492   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 493   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 494
 495
 496
 497
 498   uchar sc[256];
 499   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 500
 501   uchar outd[2*(h * h)];
 502   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 503
 504
 505   uchar RM1[h*h];
 506   uchar RM2[h*h];
 507   for(int i=0;i<h2;i++){
 508     RM1[i]=outd[i];
 509     RM2[i]=outd[i+h2];
 510   }
 511
 512
 513
 514
 515
 516
 517   uchar keyp[16];
 518   for (int i = 48; i < 64; i++)
 519     keyp[i-48] = DK[i];
 520
 521 //  cout<<len<<endl;
 522   int *Pbox=new int[len];
 523   int *PboxRM=new int[h2];
 524
 525   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 526
 527   printf("len %d\n",len);
 528   for(int i=0;i<len;i++) {
 529 //    printf("%d \n",Pbox[i]);
 530   }
 531
 532   rc4keyperm(RM2, h2, rp, PboxRM, h2);
 533
 534   for(int i=0;i<h2;i++){
 535     RM2[i]=RM1[i];
 536   }
 537   int *Inv_Pbox=new int[len];
 538   inverse_tables_int(Pbox,len,Inv_Pbox);
 539
 540
 541  double time=0;
 542   double t=TimeStart();
 543
 544   int i;
 545   switch(h) {
 546   case 4:
 547     for(i=0;i<nb_test;i++)
 548     {
 549       if(ctr)
 550         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 551       else
 552         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 553
 554     }
 555     break;
 556   case 8:
 557     for(i=0;i<nb_test;i++)
 558     {
 559       if(ctr)
 560         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 561       else
 562         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 563
 564     }
 565     break;
 566   case 16:
 567     for(i=0;i<nb_test;i++)
 568     {
 569       if(ctr)
 570         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 571       else
 572         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 573
 574     }
 575     break;
 576   case 32:
 577     for(i=0;i<nb_test;i++)
 578     {
 579       if(ctr)
 580         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 581       else
 582         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 583
 584     }
 585     break;
 586   case 64:
 587     for(i=0;i<nb_test;i++)
 588     {
 589       if(ctr)
 590         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 591       else
 592         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 593
 594     }
 595     break;
 596   }
 597   time+=TimeStop(t);
 598   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 599
 600
 601   if(lena) {
 602     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 603       data_R[i]=seq2[i];
 604       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 605       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 606     }
 607     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 608   }
 609
 610
 611   time=0;
 612   t=TimeStart();
 613   switch(h) {
 614   case 4:
 615     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 616       if(ctr)
 617         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 618       else
 619         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 620     }
 621     break;
 622   case 8:
 623     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 624       if(ctr)
 625         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 626       else
 627         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 628     }
 629     break;
 630   case 16:
 631     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 632       if(ctr)
 633         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 634       else
 635         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 636     }
 637     break;
 638   case 32:
 639     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 640       if(ctr)
 641         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 642       else
 643         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 644     }
 645     break;
 646   case 64:
 647     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 648       if(ctr)
 649         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 650       else
 651         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 652     }
 653     break;
 654   }
 655
 656   time+=TimeStop(t);
 657   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 658
 659   if(lena) {
 660     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 661       data_R[i]=seq[i];
 662       data_G[i]=seq[oneD+i];
 663       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 664     }
 665     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 666   }
 667   else {
 668     bool equal=true;
 669     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 670       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 671       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 672         equal=false;
 673       }
 674     }
 675     cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 676   }
 677
 678
 679
 680   return 0;
 681 }