IDA/test_mat2.cpp

   1 // g++ -std=c++11 -O4 -msse2 -msse3 -msse4 -fopenmp  -O3   test_mat2.cpp -o test_mat2   -I /home/couturie/tools/armadillo-6.200.5/include/ -lc   -lm -lpthread -lgfortran -DMAX_STACK_ALLOC=2048 -Wall -m64 -DF_INTERFACE_GFORT -fPIC -DSMP_SERVER -DNO_WARMUP -DMAX_CPU_NUMBER=8  -DNO_AFFINITY   -UCOMPLEX -DDOUBLE -I/home/couturie/tools/openblas/include -I/home/couturie/Downloads/OpenBLAS-0.2.15/  /home/couturie/tools/openblas/lib/libopenblas_haswellp-r0.2.15.a
   2
   3
   4
   5 #include <armadillo>
   6 #include <stdlib.h>
   7 #include <stdio.h>
   8
   9 #include <iostream>
  10 #include <fstream>
  11 #include <vector>
  12
  13
  14 #include <iostream>     // std::cout, std::fixed
  15 #include <iomanip>
  16 #include <math.h>
  17
  18 using namespace arma;
  19 using namespace std;
  20 int key_size=256;
  21
  22 typedef unsigned char byte;
  23
  24
  25 void rc4key(byte *key, byte *sc, int size_DK) {
  26
  27   for(int i=0;i<256;i++) {
  28     sc[i]=i;
  29   }
  30
  31
  32   byte j0 = 0;
  33   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  34     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  35     byte tmp = sc[i0];
  36     sc[i0] = sc[j0 ];
  37     sc[j0] = tmp;
  38   }
  39 }
  40
  41
  42 void prga(byte *sc, int ldata, byte *r) {
  43   byte i0=0;
  44   byte j0=0;
  45
  46   for (int it=0; it<ldata; it++) {
  47     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
  48     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
  49     byte tmp = sc[i0];
  50     sc[i0] = sc[j0];
  51     sc[j0] = tmp;
  52     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF]%254+1;
  53   }
  54 }
  55
  56
  57 void rc4keyperm(byte *key,int len, int rp,byte *sc, int size_DK) {
  58
  59   //sc=1:len;
  60
  61
  62
  63   for (int i=0;i<len;i++) {
  64     sc[i]=i;
  65   }
  66   for (int it = 0; it < rp; it++) {
  67     int j0 = 1;
  68     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
  69       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
  70       int tmp = sc[i0];
  71       sc[i0] = sc[j0];
  72       sc[j0] = tmp;
  73     }
  74
  75   }
  76 }
  77
  78
  79 Mat<byte> readFullFile(int n, int k, int& sizeFile, int &lc) {
  80
  81 //  ifstream stream("lena.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
  82   ifstream stream("/home/couturie/ajeter/lena_small.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
  83   sizeFile=stream.tellg();
  84   cout<<sizeFile<<endl;
  85   stream.seekg(0, ios::beg);
  86
  87
  88   lc=ceil(double(sizeFile)/k);
  89   cout<<lc<<endl;
  90
  91   vector<uint8_t> contents2(n*lc,0);
  92   vector<uint8_t> contents((istreambuf_iterator<char>(stream)), istreambuf_iterator<char>());
  93   copy ( contents.begin(), contents.end(), contents2.begin() );
  94
  95
  96
  97
  98   Mat<byte> matData(&contents2[0],1,contents2.size());
  99
 100   cout << "file size: " << contents2.size() << endl;
 101
 102   matData.reshape(n,lc);
 103   cout<<matData.n_rows<<" "<<matData.n_cols<<endl;
 104   return matData;
 105 }
 106
 107
 108 Mat<byte> readPartialFile(int n, int k, int& sizeFile, int &lc) {
 109
 110 //  ifstream stream("lena.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
 111   ifstream stream("/home/couturie/ajeter/lena_small.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
 112   sizeFile=stream.tellg();
 113   cout<<sizeFile<<endl;
 114   stream.seekg(0, ios::beg);
 115
 116
 117   lc=ceil(double(sizeFile)/k);
 118   cout<<lc<<endl;
 119
 120   vector<uint8_t> contents2(k*lc,0);
 121   vector<uint8_t> contents((istreambuf_iterator<char>(stream)), istreambuf_iterator<char>());
 122   copy ( contents.begin(), contents.end(), contents2.begin() );
 123
 124
 125
 126
 127   Mat<byte> matData(&contents2[0],1,contents2.size());
 128
 129   cout << "file size: " << contents2.size() << endl;
 130
 131   matData.reshape(k,lc);
 132   cout<<matData.n_rows<<" "<<matData.n_cols<<endl;
 133   return matData;
 134 }
 135
 136
 137
 138
 139
 140 void buildFullRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, Cube<short> &invIDAmat, int q, int n, byte* DK) {
 141
 142   byte Sbox[256];
 143   byte RM1[q*n*n/4];
 144
 145
 146   rc4key(DK, Sbox, 8);
 147   prga(Sbox, q*n*n/4, RM1);
 148   Cube<byte> rm1(RM1,1,1,q*n*n/4);
 149   rm1.reshape(n/2,n/2,q);
 150
 151   cout<<"rm1"<<endl;
 152   cout<<rm1<<endl;
 153
 154
 155
 156
 157 //  Construction of the IDA matrices
 158   for(int i=0;i<q;i++) {
 159     Mat<byte> sub(n,n);
 160     sub.submat(0,0,n/2-1,n/2-1)=rm1.slice(i);
 161     sub.submat(0,n/2,n/2-1,n-1)=rm1.slice(i)+eye<Mat<byte>>(n/2,n/2);
 162     sub.submat(n/2,0,n-1,n/2-1)=rm1.slice(i)-eye<Mat<byte>>(n/2,n/2);
 163     sub.submat(n/2,n/2,n-1,n-1)=rm1.slice(i);
 164
 165 /*    cout<<"sub "<<i<<endl;
 166     cout<<sub<<endl;
 167
 168     cout<<"det"<<endl;
 169     mat toto=conv_to<mat>::from(sub);
 170     cout<<det(toto)<<endl;
 171 */
 172     IDAmat.slice(i)=sub;
 173
 174     Mat<short> sub2(n,n);
 175     Mat<short> rm2=conv_to<Mat<short>>::from(rm1.slice(i));
 176     sub2.submat(0,0,n/2-1,n/2-1)=rm2;
 177     sub2.submat(0,n/2,n/2-1,n-1)=-rm2-eye<Mat<short>>(n/2,n/2);
 178     sub2.submat(n/2,0,n-1,n/2-1)=-rm2+eye<Mat<short>>(n/2,n/2);
 179     sub2.submat(n/2,n/2,n-1,n-1)=rm2;
 180
 181     cout<<"det"<<endl;
 182     mat toto=conv_to<mat>::from(sub2);
 183     cout<<det(toto)<<endl;
 184
 185     invIDAmat.slice(i)=sub2;
 186
 187   }
 188   cout<<IDAmat<<endl;
 189   cout<<invIDAmat<<endl;
 190 }
 191
 192 void buildPartialRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, int q, int n, int k, byte* DK) {
 193
 194   byte Sbox[256];
 195   byte RM1[q*n*k];
 196
 197
 198   rc4key(DK, Sbox, 8);
 199   prga(Sbox, q*n*k, RM1);
 200   Cube<byte> rm1(RM1,1,1,q*n*k);
 201   rm1.reshape(n,k,q);
 202   IDAmat=rm1;
 203 /*
 204   cout<<"rm1"<<endl;
 205   cout<<rm1<<endl;
 206
 207
 208
 209
 210 //  Construction of the IDA matrices
 211   for(int i=0;i<q;i++) {
 212     Mat<byte> sub(n,k);
 213     sub.submat(0,0,n-1,k-1)=rm1.slice(i);
 214
 215
 216     IDAmat.slice(i)=sub;
 217
 218
 219     cout<<"det "<<i<<endl;
 220     mat toto=conv_to<mat>::from(sub);
 221     cout<<det(toto)<<endl;
 222
 223   }
 224 */
 225   cout<<IDAmat<<endl;
 226
 227 }
 228
 229
 230
 231 int main( int argc, char *argv[] ) {
 232
 233
 234
 235   int full=0;
 236
 237   int q=2;
 238   int n=4;
 239   int k=4;
 240   int Tb=64;
 241   int l=10;//399*Tb;
 242
 243
 244
 245   int key_size=32;
 246   int seed=time(NULL);
 247   cout<<seed<<endl;
 248   srand48(seed);
 249
 250   byte Secretkey[key_size];
 251
 252   byte counter[key_size];
 253
 254   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 255     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 256     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 257   }
 258
 259
 260   byte DK[key_size];
 261   for (int i = 0; i < key_size ; i++) {
 262     DK[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 263   }
 264
 265   byte sc[256];
 266
 267
 268
 269
 270
 271   byte PboxV[l/Tb];
 272
 273   rc4keyperm(&DK[8], l/Tb, 1, PboxV, 16);
 274
 275
 276
 277
 278
 279
 280   int lc;
 281   int sizeFile;
 282   Mat<byte> M;
 283   if(full)
 284     M=readFullFile(n,k,sizeFile,lc);
 285   else
 286     M=readPartialFile(n,k,sizeFile,lc);
 287
 288   // cout<<"M "<<endl;
 289   // cout<<M<<endl;
 290
 291
 292   arma_rng::set_seed(time(NULL));
 293
 294 // Initialization of IDA and inverse IDA matrix
 295
 296   Cube<byte> IDAmat;
 297   Cube<short> invIDAmat;
 298
 299   if(full)
 300   {
 301     IDAmat.resize(n,n,q);
 302     invIDAmat.resize(n,n,q);
 303     buildFullRankIDA(IDAmat, invIDAmat, q, n, &DK[0]);
 304   }
 305   else {
 306     IDAmat.resize(n,k,q);
 307     buildPartialRankIDA(IDAmat, q, n, k, &DK[0]);
 308   }
 309
 310
 311
 312
 313
 314 //  Ma<byte> data;
 315 //  data.load("/home/couturie/ajeter/lena.png");
 316
 317   /* Mat<byte> M=conv_to<Mat<byte>>::from(randi(k,l));
 318   M=abs(M);
 319   M=M - floor(M/255)*255;*/
 320
 321 /*  cout<<"M"<<endl;
 322   cout<<M<<endl;
 323   cout<<"C"<<endl;
 324   cout<<C<<endl;
 325 */
 326
 327
 328   Mat<byte> C;
 329   Mat<char> D2;
 330   C=IDAmat.slice(0)*M;
 331   M.save("M.bin",raw_binary);
 332
 333   if(full) {
 334     //Mat<short> D=invIDAmat.slice(0)*C;
 335
 336
 337     mat A=conv_to<mat>::from(IDAmat.slice(0).submat(0,0,n-1,n-1));
 338     mat B=conv_to<mat>::from(C.submat(0,0,n-1,lc-1));
 339     mat D=solve(A,B);
 340     cout<<D<<endl;
 341
 342
 343     D2=conv_to<Mat<char>>::from(D);
 344   }
 345   else {
 346     mat A=conv_to<mat>::from(IDAmat.slice(0).submat(0,0,n-1,k-1));
 347     mat B=conv_to<mat>::from(C.submat(0,0,n-1,lc-1));
 348     mat D=solve(A,B);
 349
 350     cout<<D<<endl;
 351     D2=conv_to<Mat<char>>::from(D);
 352   }
 353
 354
 355
 356
 357 //  cout<<"D2"<<endl;
 358 //  cout<<D2<<endl;
 359 //  D2.save("D2.bin",raw_binary);
 360   D2.reshape(1,n*lc);
 361   Row<char> d2=D2.row(0);
 362   byte* vec=(byte*)d2.memptr();
 363
 364   FILE* pFile = fopen ("myfile.png", "wb");
 365   fwrite (vec , sizeof(byte), sizeFile, pFile);
 366   fclose (pFile);
 367 }