]> AND Private Git Repository - Cipher_code.git/blob - OneRoundIoT/OneRound/one_round_new.cpp
Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Private GIT Repository
add of execution_time.py
[Cipher_code.git] / 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
183       myrand=xorshift32(myrand);
184       uint mm=myrand;
185
186       X[a]=X[a]^(mm&255);
187       mm>>=8;
188       X[a+1]=X[a+1]^(mm&255);
189       mm>>=8;
190       X[a+2]=X[a+2]^(mm&255);
191       mm>>=8;
192       X[a+3]=X[a+3]^(mm&255);
193     }
194
195
196
197
198     
199     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
200       X[a]=Sbox1[X[a]];
201       X[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
202       X[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
203       X[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
204     }
205
206     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
207       fX[a]=X[a]^RM1[a];
208       fX[a+1]=X[a+1]^RM1[a+1];
209       fX[a+2]=X[a+2]^RM1[a+2];
210       fX[a+3]=X[a+3]^RM1[a+3];
211     }
212
213     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
214       fX[a]=X[a]^seq_in[ind2+a];
215       fX[a+1]=X[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
216       fX[a+2]=X[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
217       fX[a+3]=X[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
218
219     }
220
221
222     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
223       seq_out[ind1+a]=fX[a];
224       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
225       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
226       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
227     }
228
229     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
230       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
231       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
232       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
233       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
234     }
235
236
237
238   }
239
240
241 }
242
243
244 template<int h2>
245 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1, int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, uint myrand, int debug) {
246
247   uchar X[h2];
248   uchar fX[h2];
249
250
251   for(int it=0;it<len;it++) {
252     int ind1=it*h2;
253     int ind2=Pbox[it]*h2;
254
255     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
256       myrand=xorshift32(myrand);
257
258       uint mm=myrand;
259       X[a]=seq_in[ind2+a]^(mm&255);
260       mm>>=8;
261       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1]^(mm&255);
262       mm>>=8;
263       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2]^(mm&255);
264       mm>>=8;
265       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3]^(mm&255);
266     }
267
268     for(int a=0;a<h2;a+=4){
269       fX[a]=Sbox1[X[a]];
270       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
271       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
272       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
273     }
274
275
276     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
277       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
278       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
279       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
280       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
281     }
282
283
284     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
285       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
286       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
287       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
288       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
289     }
290
291     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
292       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
293       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
294       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
295       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
296
297     }
298
299
300   }
301
302
303   
304
305
306
307 }
308
309
310
311
312
313
314
315
316 template<int h2>
317 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) {
318
319
320
321  uchar fX[h2];
322
323
324
325   for(int it=0;it<len;it++) {
326
327     int ind1=it*h2;
328     int ind2=Pbox[it]*h2;
329
330
331
332
333     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
334       fX[a]=seq_in[ind1+a];
335       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
336       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
337       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
338
339     }
340     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
341       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
342       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
343       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
344       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
345     }
346     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
347       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
348       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
349       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
350       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
351     }
352
353     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
354       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
355       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
356       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
357       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
358     }
359
360     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
361       myrand=xorshift32(myrand);
362
363       uint mm=myrand;
364       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]]^(mm&255);
365       mm>>=8;
366       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]]^(mm&255);
367       mm>>=8;
368       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]]^(mm&255);
369       mm>>=8;
370       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]]^(mm&255);
371     }
372
373
374   }
375
376
377
378 }
379
380
381 int main(int argc, char** argv) {
382
383
384   int h=32;
385   int lena=0;
386   int size_buf=1;
387
388
389   
390   for(int i=1; i<argc; i++){
391     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test         
392     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
393     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
394     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
395     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
396   }
397
398 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
399   printf("ctr %d\n",ctr);
400   printf("h %d\n",h);
401   printf("lena %d\n",lena);
402   printf("size_buf %d\n",size_buf);
403 */
404   int h2=h*h;
405   
406
407       
408   int seed=time(NULL);
409 //  cout<<seed<<endl;
410   srand48(seed);
411
412   uchar Secretkey[key_size];
413
414   uchar counter[key_size];
415
416   for(int i=0;i<key_size;i++) {
417     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
418     counter[i]=lrand48()&0xFF;
419   }
420
421   
422   int size = 64;
423   uchar DK[size];
424
425
426
427
428   int width;
429   int height;
430
431   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
432   int imsize;
433   uchar *buffer;
434
435
436
437
438   
439   if(lena==1) {
440     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
441 //    load_RGB_pixmap("8192.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
442     imsize=width*height*3;
443 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
444   }
445   else {
446     width=height=size_buf;
447     imsize=width*height;
448     buffer=new uchar[imsize];
449     for(int i=0;i<imsize;i++) {
450       buffer[i]=lrand48();
451     }
452   }
453
454
455
456   
457   
458   uchar* seq= new uchar[imsize];
459   uchar* seq2= new uchar[imsize];
460
461   int oneD=width*height;
462   if(lena) {
463     for(int i=0;i<oneD;i++) {
464       seq[i]=data_R[i];
465       seq[oneD+i]=data_G[i];
466       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
467     }
468   }
469   else {
470     for(int i=0;i<oneD;i++) {
471       seq[i]=buffer[i];
472     }
473   }
474
475
476
477   
478
479   int total_len=imsize;
480   int rp=1;
481   int len= total_len/h2;
482
483
484   
485   uchar *mix=new uchar[256];
486
487
488
489     
490   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
491     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
492     
493   }
494   gchar  *sha512;
495
496   sha512 = g_compute_checksum_for_string(G_CHECKSUM_SHA512, (const char*) mix, 256);
497 //  g_print("%s\n", sha512);
498  
499
500
501
502
503
504
505
506   
507 //  cout<<"hash "<<endl;
508   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
509 //    DK[i]=digest[i];
510     DK[i]=sha512[i];
511   }
512   g_free(sha512);
513
514
515   int *Pbox=new int[len];
516   int *PboxRM=new int[h2];
517   uchar Sbox1[256];
518   uchar Sbox2[256];  
519   uchar Inv_Sbox1[256];
520   uchar Inv_Sbox2[256];
521   uchar sc[256];  
522   uchar RM1[h2];
523   uchar RM1_copy[h2];
524   uchar RMtmp[h2];
525
526
527   uint myrand=0;
528
529
530   double time_encrypt=0;
531   double time_decrypt=0;
532   
533
534   double t=TimeStart();  
535   rc4key(DK, Sbox1, 8);
536   
537   
538   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
539   
540   rc4key(&DK[16], sc, 16);
541   
542   
543   prga(sc, h2, RM1);
544   
545   
546   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
547   
548   
549   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
550   
551   //time+=TimeStop(t);
552   //cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
553
554
555
556   myrand=0;
557   for(int i=0;i<32;i++) {
558     myrand|=DK[i]&1;
559     myrand<<=1;
560   }
561   uint myrand_copy=myrand;
562
563  
564
565
566
567   
568   for(int i=0;i<h2;i++){
569     RM1_copy[i]=RM1[i];
570   }
571
572   
573   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
574   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
575
576
577
578
579   
580   time_encrypt=0;
581   t=TimeStart();
582
583   int i;
584   switch(h) {
585   case 4: 
586     for(i=0;i<nb_test;i++)
587     {
588       if(ctr)
589         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
590       else
591         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
592       
593     }
594     break;
595   case 8: 
596     for(i=0;i<nb_test;i++)
597     {
598       if(ctr)
599         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
600       else
601         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
602       
603     }
604     break;
605   case 16: 
606     for(i=0;i<nb_test;i++)
607     {
608       if(ctr)
609         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
610       else
611         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
612       
613     }
614     break;
615   case 32: 
616     for(i=0;i<nb_test;i++)
617     {
618       if(ctr)
619         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
620       else
621         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
622       
623     }
624     break;
625   case 64: 
626     for(i=0;i<nb_test;i++)
627     {
628       if(ctr)
629         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
630       else
631         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
632       
633     }
634     break;
635   case 128: 
636     for(i=0;i<nb_test;i++)
637     {
638       if(ctr)
639         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,1);
640       else
641         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
642       
643     }
644     break;
645   }
646   time_encrypt+=TimeStop(t);
647   //cout<<"Time encrypt "<<
648   cout<<(double)imsize*nb_test/time_encrypt<<"\t";
649
650
651   if(lena) {
652     for(int i=0;i<oneD;i++) {
653       data_R[i]=seq2[i];
654       data_G[i]=seq2[oneD+i];
655       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
656     }
657     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
658   }
659   
660
661   time_decrypt=0;
662   t=TimeStart();
663   switch(h) {
664   case 4:
665     for(i=0;i<nb_test;i++) {
666       if(ctr)
667         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
668       else
669         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
670     }
671     break;
672   case 8:
673     for(i=0;i<nb_test;i++) {
674       if(ctr)
675         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
676       else
677         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
678     }
679     break;
680   case 16:
681     for(i=0;i<nb_test;i++) {
682       if(ctr)
683         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
684       else
685         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
686     }
687     break;
688   case 32:
689     for(i=0;i<nb_test;i++) {
690       if(ctr)
691         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
692       else
693         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
694     }
695     break;
696   case 64:
697     for(i=0;i<nb_test;i++) {
698       if(ctr)
699         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
700       else
701         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
702     }
703     break;
704   case 128:
705     for(i=0;i<nb_test;i++) {
706       if(ctr)
707         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,myrand,0);
708       else
709         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM1_copy,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,myrand,0);
710     }
711     break;
712   }
713
714   time_decrypt+=TimeStop(t);
715   //cout<<"Time decrypt "
716   cout<<(double)imsize*nb_test/time_decrypt<<"\t";
717
718   if(lena) {
719     for(int i=0;i<oneD;i++) {
720       data_R[i]=seq[i];
721       data_G[i]=seq[oneD+i];
722       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
723     }
724     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
725   }
726   else {
727     bool equal=true;
728     for(int i=0;i<imsize;i++) {
729       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
730       if(buffer[i]!=seq[i]) {
731         equal=false;
732       }
733     }
734 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
735   }
736   
737
738
739   return 0;
740 }