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 *Sbox1, uchar *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   uchar Inv_Sbox1[256];
 316   uchar Inv_Sbox2[256];
 317
 318
 319
 320   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 321
 322
 323   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 324
 325
 326
 327
 328   for(int it=0;it<len;it++) {
 329
 330     int ind1=it*h2;
 331     int ind2=Pbox[it]*h2;
 332
 333
 334
 335
 336     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 337       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 338       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 339       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 340       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 341
 342     }
 343     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 344       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 345       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 346       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 347       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 348     }
 349     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 350       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 351       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 352       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 353       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 354     }
 355
 356     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 357       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 358       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 359       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 360       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 361     }
 362
 363     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 364       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 365       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 366       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 367       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 368     }
 369
 370
 371   }
 372
 373
 374 }
 375
 376
 377 int main(int argc, char** argv) {
 378
 379
 380   int h=32;
 381   int lena=0;
 382   int size_buf=1;
 383
 384
 385
 386   for(int i=1; i<argc; i++){
 387     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 388     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 389     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 390     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 391     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 392   }
 393
 394   printf("nb times %d\n",nb_test);
 395   printf("ctr %d\n",ctr);
 396   printf("h %d\n",h);
 397   printf("lena %d\n",lena);
 398   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 399
 400   int h2=h*h;
 401
 402
 403
 404   int seed=time(NULL);
 405   cout<<seed<<endl;
 406   srand48(seed);
 407
 408   uchar Secretkey[key_size];
 409
 410   uchar counter[key_size];
 411
 412   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 413     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 414     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 415   }
 416
 417
 418   int size = 64;
 419   uchar DK[size];
 420
 421
 422
 423
 424   int width;
 425   int height;
 426
 427   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 428   int imsize;
 429   uchar *buffer;
 430
 431   if(lena==1) {
 432     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 433     imsize=width*height*3;
 434 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 435   }
 436   else {
 437     width=height=size_buf;
 438     imsize=width*height;
 439     buffer=new uchar[imsize];
 440     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 441       buffer[i]=lrand48();
 442     }
 443   }
 444
 445
 446
 447
 448
 449   uchar* seq= new uchar[imsize];
 450   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 451
 452   int oneD=width*height;
 453   if(lena) {
 454     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 455       seq[i]=data_R[i];
 456       seq[oneD+i]=data_G[i];
 457       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 458     }
 459   }
 460   else {
 461     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 462       seq[i]=buffer[i];
 463     }
 464   }
 465
 466
 467
 468
 469
 470   int total_len=imsize;
 471   int rp=1;
 472   int len= total_len/h2;
 473
 474
 475
 476   uchar *mix=new uchar[256];
 477
 478
 479
 480
 481   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 482     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 483   }
 484
 485
 486   cout<<"hash "<<endl;
 487   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 488 //    DK[i]=digest[i];
 489     DK[i]=mix[i];
 490   }
 491
 492
 493
 494
 495   uchar Sbox1[256];
 496   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 497
 498   uchar Sbox2[256];
 499   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 500
 501
 502
 503   uchar sc[256];
 504   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 505
 506   uchar outd[2*(h * h)];
 507   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 508
 509
 510   uchar RM1[h*h];
 511   uchar RM2[h*h];
 512   for(int i=0;i<h2;i++){
 513     RM1[i]=outd[i];
 514     RM2[i]=outd[i+h2];
 515   }
 516
 517
 518
 519
 520
 521
 522   uchar keyp[16];
 523   for (int i = 48; i < 64; i++)
 524     keyp[i-48] = DK[i];
 525
 526 //  cout<<len<<endl;
 527   int *Pbox=new int[len];
 528   int *PboxRM=new int[h2];
 529
 530   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 531
 532   printf("len %d\n",len);
 533   for(int i=0;i<len;i++) {
 534 //    printf("%d \n",Pbox[i]);
 535   }
 536
 537   rc4keyperm(RM2, h2, rp, PboxRM, h2);
 538
 539   for(int i=0;i<h2;i++){
 540     RM2[i]=RM1[i];
 541   }
 542   int *Inv_Pbox=new int[len];
 543   inverse_tables_int(Pbox,len,Inv_Pbox);
 544
 545
 546  double time=0;
 547   double t=TimeStart();
 548
 549   int i;
 550   switch(h) {
 551   case 4:
 552     for(i=0;i<nb_test;i++)
 553     {
 554       if(ctr)
 555         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 556       else
 557         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 558
 559     }
 560     break;
 561   case 8:
 562     for(i=0;i<nb_test;i++)
 563     {
 564       if(ctr)
 565         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 566       else
 567         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 568
 569     }
 570     break;
 571   case 16:
 572     for(i=0;i<nb_test;i++)
 573     {
 574       if(ctr)
 575         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 576       else
 577         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 578
 579     }
 580     break;
 581   case 32:
 582     for(i=0;i<nb_test;i++)
 583     {
 584       if(ctr)
 585         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 586       else
 587         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 588
 589     }
 590     break;
 591   case 64:
 592     for(i=0;i<nb_test;i++)
 593     {
 594       if(ctr)
 595         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 596       else
 597         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 598
 599     }
 600     break;
 601   }
 602   time+=TimeStop(t);
 603   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 604
 605
 606   if(lena) {
 607     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 608       data_R[i]=seq2[i];
 609       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 610       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 611     }
 612     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 613   }
 614
 615
 616   time=0;
 617   t=TimeStart();
 618   switch(h) {
 619   case 4:
 620     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 621       if(ctr)
 622         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 623       else
 624         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 625     }
 626     break;
 627   case 8:
 628     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 629       if(ctr)
 630         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 631       else
 632         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 633     }
 634     break;
 635   case 16:
 636     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 637       if(ctr)
 638         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 639       else
 640         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 641     }
 642     break;
 643   case 32:
 644     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 645       if(ctr)
 646         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 647       else
 648         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 649     }
 650     break;
 651   case 64:
 652     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 653       if(ctr)
 654         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 655       else
 656         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 657     }
 658     break;
 659   }
 660
 661   time+=TimeStop(t);
 662   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 663
 664   if(lena) {
 665     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 666       data_R[i]=seq[i];
 667       data_G[i]=seq[oneD+i];
 668       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 669     }
 670     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 671   }
 672   else {
 673     bool equal=true;
 674     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 675       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 676       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 677         equal=false;
 678       }
 679     }
 680     cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 681   }
 682
 683
 684
 685   return 0;
 686 }