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 const int h=16;
  35 const int h2=h*h;
  36
  37
  38
  39 typedef unsigned char   uchar;
  40
  41
  42 double TimeStart()
  43 {
  44   struct timeval tstart;
  45   gettimeofday(&tstart,0);
  46   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  47 }
  48
  49 double TimeStop(double t)
  50 {
  51   struct timeval tend;
  52
  53   gettimeofday(&tend,0);
  54   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  55   return (t);
  56 }
  57
  58
  59
  60
  61
  62
  63 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  64
  65   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  66     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  67   }
  68
  69 }
  70
  71 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  72
  73   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  74     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  75   }
  76
  77 }
  78
  79
  80
  81 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  82
  83   for(int i=0;i<256;i++) {
  84     sc[i]=i;
  85   }
  86
  87
  88   uchar j0 = 0;
  89   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  90     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  91     uchar tmp = sc[i0];
  92     sc[i0] = sc[j0 ];
  93     sc[j0] = tmp;
  94   }
  95 }
  96
  97
  98
  99 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 100
 101   //sc=1:len;
 102
 103
 104
 105   for (int i=0;i<len;i++) {
 106     sc[i]=i;
 107   }
 108   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 109     int j0 = 1;
 110     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 111       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 112       int tmp = sc[i0];
 113       sc[i0] = sc[j0];
 114       sc[j0] = tmp;
 115     }
 116
 117   }
 118 }
 119
 120 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 121   uchar i0=0;
 122   uchar j0=0;
 123
 124   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 125     i0 = ((i0+1)%255);
 126     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 127     uchar tmp = sc[i0];
 128     sc[i0] = sc[j0];
 129     sc[j0] = tmp;
 130     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 131   }
 132 }
 133
 134
 135
 136
 137
 138 void encrypt_ctr(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int enc) {
 139
 140
 141   uchar *X=new uchar[h2];
 142   uchar *fX=new uchar[h2];
 143   int ind1,ind2;
 144
 145
 146    for(int a=0;a<h2;a++) {
 147      X[a]=Sbox1[a];
 148    }
 149
 150
 151   for(int it=0;it<len;it++) {
 152     if(enc) {
 153       ind1=it*h2;
 154       ind2=Pbox[it]*h2;
 155     }
 156     else {
 157       ind2=it*h2;
 158       ind1=Pbox[it]*h2;
 159     }
 160
 161
 162
 163     for(int a=0;a<h2;a++){
 164       fX[a]=Sbox1[RM1[X[a]]];
 165     }
 166
 167
 168     for(int a=0;a<h2;a++) {
 169       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 170     }
 171
 172
 173     for(int a=0;a<h2;a++) {
 174       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 175     }
 176
 177
 178     for(int a=0;a<h2;a++) {
 179       seq_out[ind1+a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 180     }
 181
 182     for(int a=0;a<h2;a++) {
 183       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 184     }
 185
 186
 187
 188   }
 189
 190
 191 }
 192
 193
 194
 195 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 196
 197
 198   uchar *X=new uchar[h2];
 199   uchar *fX=new uchar[h2];
 200   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 201   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 202
 203
 204   for(int it=0;it<len;it++) {
 205     int ind1=it*h2;
 206     int ind2=Pbox[it]*h2;
 207
 208     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 209       X[a]=seq_in[ind2+a];
 210 /*      X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 211       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 212       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 213       /*      X[a+4]=seq_in[ind2+a+4];
 214       X[a+5]=seq_in[ind2+a+5];
 215       X[a+6]=seq_in[ind2+a+6];
 216       X[a+7]=seq_in[ind2+a+7];*/
 217     }
 218
 219     for(int a=0;a<h2;a+=1){
 220       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 221 /*      fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 222       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 223       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 224       /*      fX[a+4]=Sbox1[X[a+4]];
 225       fX[a+5]=Sbox1[X[a+5]];
 226       fX[a+6]=Sbox1[X[a+6]];
 227       fX[a+7]=Sbox1[X[a+7]];*/
 228     }
 229
 230
 231     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 232       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 233 /*      fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 234       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 235       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 236       /*      fX[a+4]=fX[a+4]^RM1[a+4];
 237       fX[a+5]=fX[a+5]^RM1[a+5];
 238       fX[a+6]=fX[a+6]^RM1[a+6];
 239       fX[a+7]=fX[a+7]^RM1[a+7];*/
 240     }
 241
 242
 243     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 244       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 245 /*      seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 246       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 247       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 248       /*      seq_out[ind1+a+4]=Sbox2[fX[a+4]];
 249       seq_out[ind1+a+5]=Sbox2[fX[a+5]];
 250       seq_out[ind1+a+6]=Sbox2[fX[a+6]];
 251       seq_out[ind1+a+7]=Sbox2[fX[a+7]];*/
 252     }
 253
 254     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 255       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 256 /*      RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 257       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 258       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 259       /*      RM1[a+4]=RM1[PboxRM[a+4]];
 260       RM1[a+5]=RM1[PboxRM[a+5]];
 261       RM1[a+6]=RM1[PboxRM[a+6]];
 262       RM1[a+7]=RM1[PboxRM[a+7]];*/
 263     }
 264
 265
 266   }
 267
 268
 269
 270
 271 }
 272
 273
 274
 275 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 276
 277
 278   uchar *fX=new uchar[h2];
 279
 280
 281   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 282   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 283
 284   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 285   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 286
 287
 288
 289
 290   for(int it=0;it<len;it++) {
 291
 292     int ind1=it*h2;
 293     int ind2=Pbox[it]*h2;
 294
 295
 296
 297
 298     for(int a=0;a<h2;a++) {
 299       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 300     }
 301     for(int a=0;a<h2;a++) {
 302       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 303     }
 304     for(int a=0;a<h2;a++) {
 305       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 306     }
 307
 308     for(int a=0;a<h2;a++) {
 309       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 310     }
 311
 312     for(int a=0;a<h2;a++) {
 313       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 314     }
 315
 316
 317   }
 318
 319
 320 }
 321
 322
 323 int main(int argc, char** argv) {
 324
 325
 326   for(int i=1; i<argc; i++){
 327     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 328     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 329   }
 330
 331   printf("nb times %d\n",nb_test);
 332   printf("ctr %d\n",ctr);
 333
 334 /*
 335   if(argc==2)
 336     nb_test=atoi(argv[1]);
 337   if(nb_test<=0 || nb_test>10000) {
 338     printf("nb tests is not correct\n");
 339     exit(0);
 340   }
 341   else
 342     printf("nb tests = %d\n\n",nb_test);
 343 */
 344
 345
 346   int seed=time(NULL);
 347   cout<<seed<<endl;
 348   srand48(seed);
 349
 350   uchar Secretkey[key_size];
 351
 352   uchar counter[key_size];
 353
 354   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 355     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 356     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 357   }
 358
 359
 360   int size = 64;
 361   uchar DK[size];
 362
 363
 364
 365
 366   int width;
 367   int height;
 368   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 369   load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 370 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 371
 372
 373
 374
 375
 376   int imsize=width*height*3;
 377   uchar* seq= new uchar[imsize];
 378   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 379
 380   int oneD=width*height;
 381   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 382     seq[i]=data_R[i];
 383     seq[oneD+i]=data_G[i];
 384     seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 385   }
 386
 387
 388
 389
 390
 391   int total_len=imsize;
 392   int rp=1;
 393   int len= total_len/h2;
 394
 395
 396
 397   uchar *mix=new uchar[256];
 398
 399
 400
 401
 402   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 403     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 404   }
 405
 406
 407   cout<<"hash "<<endl;
 408   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 409 //    DK[i]=digest[i];
 410     DK[i]=mix[i];
 411   }
 412
 413
 414
 415
 416   uchar Sbox1[256];
 417   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 418
 419   uchar Sbox2[256];
 420   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 421
 422
 423
 424   uchar sc[256];
 425   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 426
 427   uchar outd[2*(h * h)];
 428   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 429
 430
 431   uchar RM1[h*h];
 432   uchar RM2[h*h];
 433   for(int i=0;i<h2;i++){
 434     RM1[i]=outd[i];
 435     RM2[i]=outd[i+h2];
 436   }
 437
 438
 439
 440
 441
 442
 443   uchar keyp[16];
 444   for (int i = 48; i < 64; i++)
 445     keyp[i-48] = DK[i];
 446
 447 //  cout<<len<<endl;
 448   int *Pbox=new int[len];
 449   int *PboxRM=new int[h2];
 450
 451   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 452
 453   printf("len %d\n",len);
 454   for(int i=0;i<len;i++) {
 455 //    printf("%d \n",Pbox[i]);
 456   }
 457
 458   rc4keyperm(RM2, h2, rp, PboxRM, h2);
 459
 460   for(int i=0;i<h2;i++){
 461     RM2[i]=RM1[i];
 462   }
 463
 464
 465  double time=0;
 466   double t=TimeStart();
 467
 468   int i;
 469   for(i=0;i<nb_test;i++)
 470   {
 471 //    encrypt(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 472     encrypt_ctr(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 473   }
 474
 475   time+=TimeStop(t);
 476   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 477
 478
 479   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 480     data_R[i]=seq2[i];
 481     data_G[i]=seq2[oneD+i];
 482     data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 483   }
 484   store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 485
 486
 487   time=0;
 488   t=TimeStart();
 489   for(i=0;i<nb_test;i++) {
 490 //    decrypt(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 491     encrypt_ctr(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 492   }
 493
 494   time+=TimeStop(t);
 495   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 496
 497
 498   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 499     data_R[i]=seq[i];
 500     data_G[i]=seq[oneD+i];
 501     data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 502   }
 503   store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 504
 505
 506
 507   return 0;
 508 }