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 #include <glib.h>
  13
  14
  15 /*#include <cryptopp/hex.h>
  16 #include <cryptopp/sha.h>
  17 #include <cryptopp/osrng.h>
  18 #include <cryptopp/secblock.h>
  19 */
  20
  21
  22 extern "C" {
  23   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  24   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  25 }
  26
  27
  28 //using namespace CryptoPP;
  29 using namespace std;
  30
  31
  32 int key_size=256;
  33 int nb_test=1;
  34 int ctr=0;
  35
  36
  37
  38
  39
  40
  41
  42 typedef unsigned char   uchar;
  43
  44
  45 double TimeStart()
  46 {
  47   struct timeval tstart;
  48   gettimeofday(&tstart,0);
  49   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  50 }
  51
  52 double TimeStop(double t)
  53 {
  54   struct timeval tend;
  55
  56   gettimeofday(&tend,0);
  57   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  58   return (t);
  59 }
  60
  61
  62
  63
  64 uint xorshift32(const uint t)
  65 {
  66   /* Algorithm "xor" from p. 4 of Marsaglia, "Xorshift RNGs" */
  67   uint x = t;
  68   x ^= x << 13;
  69   x ^= x >> 17;
  70   x ^= x << 5;
  71   return x;
  72 }
  73
  74
  75
  76 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  77
  78   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  79     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  80   }
  81
  82 }
  83
  84 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  85
  86   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  87     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  88   }
  89
  90 }
  91
  92
  93
  94 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  95
  96   for(int i=0;i<256;i++) {
  97     sc[i]=i;
  98   }
  99
 100
 101   uchar j0 = 0;
 102   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
 103     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
 104     uchar tmp = sc[i0];
 105     sc[i0] = sc[j0 ];
 106     sc[j0] = tmp;
 107   }
 108 }
 109
 110
 111
 112 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 113
 114   //sc=1:len;
 115
 116
 117
 118   for (int i=0;i<len;i++) {
 119     sc[i]=i;
 120   }
 121   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 122     int j0 = 1;
 123     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 124       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 125       int tmp = sc[i0];
 126       sc[i0] = sc[j0];
 127       sc[j0] = tmp;
 128     }
 129
 130   }
 131 }
 132
 133 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 134   uchar i0=0;
 135   uchar j0=0;
 136
 137   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 138     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
 139     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 140     uchar tmp = sc[i0];
 141     sc[i0] = sc[j0];
 142     sc[j0] = tmp;
 143     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 144   }
 145 }
 146
 147
 148
 149
 150
 151 template<int h2>
 152 void encrypt_ctr(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, uint myrand,int enc) {
 153
 154
 155   uchar X[h2];
 156   uchar fX[h2];
 157
 158   int ind1,ind2;
 159
 160
 161
 162   for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 163     X[a]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 164     X[a+1]=Sbox1[(a+1)&0xFF];
 165     X[a+2]=Sbox1[(a+2)&0xFF];
 166     X[a+3]=Sbox1[(a+3)&0xFF];
 167   }
 168
 169
 170   for(int it=0;it<len;it++) {
 171     if(enc) {
 172       ind1=it*h2;
 173       ind2=Pbox[it]*h2;
 174     }
 175     else {
 176       ind2=it*h2;
 177       ind1=Pbox[it]*h2;
 178     }
 179
 180
 181     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 182       X[a]=Sbox1[X[a]];
 183       X[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 184       X[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 185       X[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 186     }
 187
 188     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 189       fX[a]=X[a]^RM1[a];
 190       fX[a+1]=X[a+1]^RM1[a+1];
 191       fX[a+2]=X[a+2]^RM1[a+2];
 192       fX[a+3]=X[a+3]^RM1[a+3];
 193     }
 194
 195     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 196
 197       myrand=xorshift32(myrand);
 198       uint mm=myrand;
 199
 200       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a]^(mm&255);
 201       mm>>=8;
 202       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1]^(mm&255);
 203       mm>>=8;
 204       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2]^(mm&255);
 205       mm>>=8;
 206       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3]^(mm&255);
 207     }
 208
 209
 210     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 211       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 212       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 213       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 214       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 215     }
 216
 217     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 218       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 219       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 220       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 221       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 222     }
 223
 224
 225
 226   }
 227
 228
 229 }
 230
 231
 232 template<int h2>
 233 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1, int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, uint myrand, int debug) {
 234
 235   uchar X[h2];
 236   uchar fX[h2];
 237
 238
 239   for(int it=0;it<len;it++) {
 240     int ind1=it*h2;
 241     int ind2=Pbox[it]*h2;
 242
 243     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 244       myrand=xorshift32(myrand);
 245
 246       uint mm=myrand;
 247       X[a]=seq_in[ind2+a]^(mm&255);
 248       mm>>=8;
 249       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1]^(mm&255);
 250       mm>>=8;
 251       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2]^(mm&255);
 252       mm>>=8;
 253       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3]^(mm&255);
 254     }
 255
 256     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 257       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 258       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 259       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 260       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 261     }
 262
 263
 264     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 265       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 266       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 267       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 268       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 269     }
 270
 271
 272     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 273       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 274       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 275       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 276       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 277     }
 278
 279     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 280       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 281       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 282       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 283       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 284
 285     }
 286
 287
 288   }
 289
 290
 291
 292
 293
 294
 295 }
 296
 297
 298
 299
 300
 301
 302
 303
 304 template<int h2>
 305 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len, uchar* RM1, int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2,  uint myrand, int debug) {
 306
 307
 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       myrand=xorshift32(myrand);
 350
 351       uint mm=myrand;
 352       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]]^(mm&255);
 353       mm>>=8;
 354       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]]^(mm&255);
 355       mm>>=8;
 356       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]]^(mm&255);
 357       mm>>=8;
 358       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]]^(mm&255);
 359     }
 360
 361
 362   }
 363
 364
 365
 366 }
 367
 368
 369 int main(int argc, char** argv) {
 370
 371
 372   int h=32;
 373   int lena=0;
 374   int size_buf=1;
 375
 376
 377
 378   for(int i=1; i<argc; i++){
 379     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 380     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 381     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 382     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 383     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 384   }
 385
 386 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
 387   printf("ctr %d\n",ctr);
 388   printf("h %d\n",h);
 389   printf("lena %d\n",lena);
 390   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 391 */
 392   int h2=h*h;
 393
 394
 395
 396   int seed=time(NULL);
 397 //  cout<<seed<<endl;
 398   srand48(seed);
 399
 400   uchar Secretkey[key_size];
 401
 402   uchar counter[key_size];
 403
 404   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 405     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 406     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 407   }
 408
 409
 410   int size = 64;
 411   uchar DK[size];
 412
 413
 414
 415
 416   int width;
 417   int height;
 418
 419   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 420   int imsize;
 421   uchar *buffer;
 422
 423
 424
 425
 426
 427   if(lena==1) {
 428     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 429 //    load_RGB_pixmap("8192.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 430     imsize=width*height*3;
 431 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 432   }
 433   else {
 434     width=height=size_buf;
 435     imsize=width*height;
 436     buffer=new uchar[imsize];
 437     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 438       buffer[i]=lrand48();
 439     }
 440   }
 441
 442
 443
 444
 445
 446   uchar* seq= new uchar[imsize];
 447   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 448
 449   int oneD=width*height;
 450   if(lena) {
 451     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 452       seq[i]=data_R[i];
 453       seq[oneD+i]=data_G[i];
 454       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 455     }
 456   }
 457   else {
 458     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 459       seq[i]=buffer[i];
 460     }
 461   }
 462
 463
 464
 465
 466
 467   int total_len=imsize;
 468   int rp=1;
 469   int len= total_len/h2;
 470
 471
 472
 473   uchar *mix=new uchar[256];
 474
 475
 476
 477
 478   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 479     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 480
 481   }
 482   gchar  *sha512;
 483
 484   sha512 = g_compute_checksum_for_string(G_CHECKSUM_SHA512, (const char*) mix, 256);
 485 //  g_print("%s\n", sha512);
 486
 487
 488
 489
 490
 491
 492
 493
 494
 495 //  cout<<"hash "<<endl;
 496   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 497 //    DK[i]=digest[i];
 498     DK[i]=sha512[i];
 499   }
 500   g_free(sha512);
 501
 502
 503   int *Pbox=new int[len];
 504   int *PboxRM=new int[h2];
 505   uchar Sbox1[256];
 506   uchar Sbox2[256];
 507   uchar Inv_Sbox1[256];
 508   uchar Inv_Sbox2[256];
 509   uchar sc[256];
 510   uchar RM1[h2];
 511   uchar RM1_copy[h2];
 512   uchar RMtmp[h2];
 513
 514
 515   uint myrand=0;
 516
 517
 518   double time_encrypt=0;
 519   double time_decrypt=0;
 520
 521
 522   double t=TimeStart();
 523   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 524
 525
 526   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 527
 528   rc4key(&DK[16], sc, 16);
 529
 530
 531   prga(sc, h2, RM1);
 532
 533
 534   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
 535
 536
 537   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
 538
 539   //time+=TimeStop(t);
 540   //cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 541
 542
 543
 544   myrand=0;
 545   for(int i=0;i<32;i++) {
 546     myrand|=DK[i]&1;
 547     myrand<<=1;
 548   }
 549   uint myrand_copy=myrand;
 550
 551
 552
 553
 554
 555
 556   for(int i=0;i<h2;i++){
 557     RM1_copy[i]=RM1[i];
 558   }
 559
 560
 561   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 562   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 563
 564
 565
 566
 567
 568   time_encrypt=0;
 569   t=TimeStart();
 570
 571   int i;
 572   switch(h) {
 573   case 4:
 574     for(i=0;i<nb_test;i++)
 575     {
 576       if(ctr)
 577         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
 578       else
 579         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 580
 581     }
 582     break;
 583   case 8:
 584     for(i=0;i<nb_test;i++)
 585     {
 586       if(ctr)
 587         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
 588       else
 589         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 590
 591     }
 592     break;
 593   case 16:
 594     for(i=0;i<nb_test;i++)
 595     {
 596       if(ctr)
 597         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
 598       else
 599         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 600
 601     }
 602     break;
 603   case 32:
 604     for(i=0;i<nb_test;i++)
 605     {
 606       if(ctr)
 607         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
 608       else
 609         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 610
 611     }
 612     break;
 613   case 64:
 614     for(i=0;i<nb_test;i++)
 615     {
 616       if(ctr)
 617         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
 618       else
 619         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 620
 621     }
 622     break;
 623   case 128:
 624     for(i=0;i<nb_test;i++)
 625     {
 626       if(ctr)
 627         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
 628       else
 629         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 630
 631     }
 632     break;
 633   }
 634   time_encrypt+=TimeStop(t);
 635   //cout<<"Time encrypt "<<
 636   cout<<(double)imsize*nb_test/time_encrypt<<"\t";
 637
 638
 639   if(lena) {
 640     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 641       data_R[i]=seq2[i];
 642       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 643       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 644     }
 645     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 646   }
 647
 648
 649   time_decrypt=0;
 650   t=TimeStart();
 651   switch(h) {
 652   case 4:
 653     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 654       if(ctr)
 655         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 656       else
 657         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
 658     }
 659     break;
 660   case 8:
 661     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 662       if(ctr)
 663         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 664       else
 665         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
 666     }
 667     break;
 668   case 16:
 669     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 670       if(ctr)
 671         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 672       else
 673         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
 674     }
 675     break;
 676   case 32:
 677     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 678       if(ctr)
 679         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 680       else
 681         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
 682     }
 683     break;
 684   case 64:
 685     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 686       if(ctr)
 687         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 688       else
 689         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
 690     }
 691     break;
 692   case 128:
 693     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 694       if(ctr)
 695         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
 696       else
 697         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
 698     }
 699     break;
 700   }
 701
 702   time_decrypt+=TimeStop(t);
 703   //cout<<"Time decrypt "
 704   cout<<(double)imsize*nb_test/time_decrypt<<"\t";
 705
 706   if(lena) {
 707     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 708       data_R[i]=seq[i];
 709       data_G[i]=seq[oneD+i];
 710       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 711     }
 712     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 713   }
 714   else {
 715     bool equal=true;
 716     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 717       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 718       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 719         equal=false;
 720       }
 721     }
 722 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 723   }
 724
 725
 726
 727   return 0;
 728 }