Old_one_round/one_round_light_auth.cpp

   1 #include <iostream>
   2 #include <list>
   3 #include<math.h>
   4 #include<stdlib.h>
   5 #include<stdio.h>
   6 #include<string.h>
   7 #include <fstream>
   8 #include <sys/time.h>
   9
  10
  11
  12 extern "C" {
  13   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  14   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  15 }
  16
  17
  18 //using namespace CryptoPP;
  19 using namespace std;
  20
  21
  22 int key_size=256;
  23 int nb_test=1;
  24 int ctr=1;
  25
  26
  27
  28
  29
  30
  31
  32 typedef unsigned char   uchar;
  33
  34
  35 double TimeStart()
  36 {
  37   struct timeval tstart;
  38   gettimeofday(&tstart,0);
  39   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  40 }
  41
  42 double TimeStop(double t)
  43 {
  44   struct timeval tend;
  45
  46   gettimeofday(&tend,0);
  47   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  48   return (t);
  49 }
  50
  51
  52
  53
  54
  55
  56 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  57
  58   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  59     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  60   }
  61
  62 }
  63
  64 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *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
  73
  74 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  75
  76   for(int i=0;i<256;i++) {
  77     sc[i]=i;
  78   }
  79
  80
  81   uchar j0 = 0;
  82   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  83     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  84     uchar tmp = sc[i0];
  85     sc[i0] = sc[j0 ];
  86     sc[j0] = tmp;
  87   }
  88 }
  89
  90
  91
  92 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
  93
  94   //sc=1:len;
  95
  96
  97
  98   for (int i=0;i<len;i++) {
  99     sc[i]=i;
 100   }
 101   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 102     int j0 = 1;
 103     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 104       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 105       int tmp = sc[i0];
 106       sc[i0] = sc[j0];
 107       sc[j0] = tmp;
 108     }
 109
 110   }
 111 }
 112
 113 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 114   uchar i0=0;
 115   uchar j0=0;
 116
 117   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 118     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
 119     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 120     uchar tmp = sc[i0];
 121     sc[i0] = sc[j0];
 122     sc[j0] = tmp;
 123     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 124   }
 125 }
 126
 127
 128 template<int h>
 129 void myhash(uchar *X, uchar* RM2, uchar *Sbox2) {
 130   uchar Y[h];
 131   uchar X2[h];
 132   uchar Z[h];
 133
 134   for(int k=0;k<h;k++) {
 135
 136
 137     for(int a=0;a<h;a++) {
 138       X2[a]=RM2[a]^X[k*h+a];
 139     }
 140
 141
 142     Y[0]=X2[0]^X2[h-1];
 143     for(int a=4;a<h;a++) {
 144       Y[a]=Y[a-1]^X2[a-1];
 145     }
 146
 147
 148     for(int a=0;a<h;a++) {
 149       Y[a]=Sbox2[Y[a]];
 150     }
 151
 152
 153     Z[h-1]=Y[h-1]^Y[0];
 154     for(int a=h-1;a>0;a--) {
 155       Z[a-1]=Z[a]^Y[a];
 156     }
 157
 158     for(int a=0;a<h;a++) {
 159        RM2[a]=Z[a];
 160     }
 161
 162
 163   }
 164 }
 165
 166
 167
 168
 169
 170
 171 template<int h2, int h>
 172 void encrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, uchar *Sbox3, int debug) {
 173
 174
 175   uchar X[h2];
 176   uchar Y[h2];
 177   uchar fX[h2];
 178   uchar gY[h2];
 179
 180   for(int it=0;it<len;it++) {
 181     int ind1=it*h2;
 182     int ind2=Pbox[it]*h2;
 183
 184     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 185       X[a]=seq[ind1+a];
 186       X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 187       X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 188       X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 189
 190     }
 191
 192
 193
 194
 195     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 196       Y[a]=seq[ind2+a];
 197       Y[a+1]=seq[ind2+a+1];
 198       Y[a+2]=seq[ind2+a+2];
 199       Y[a+3]=seq[ind2+a+3];
 200
 201     }
 202
 203
 204     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 205       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 206       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 207       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 208       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 209     }
 210
 211     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 212       gY[a]=Sbox2[Y[a]];
 213       gY[a+1]=Sbox2[Y[a+1]];
 214       gY[a+2]=Sbox2[Y[a+2]];
 215       gY[a+3]=Sbox2[Y[a+3]];
 216     }
 217     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 218       fX[a]=fX[a]^RM1[a]^Y[a];
 219       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1]^Y[a+1];
 220       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2]^Y[a+2];
 221       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3]^Y[a+3];
 222     }
 223     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 224       gY[a]=gY[a]^RM2[a];
 225       gY[a+1]=gY[a+1]^RM2[a+1];
 226       gY[a+2]=gY[a+2]^RM2[a+2];
 227       gY[a+3]=gY[a+3]^RM2[a+3];
 228     }
 229
 230     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 231       seq[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 232       seq[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 233       seq[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 234       seq[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 235     }
 236     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 237       seq[ind2+a]=Sbox1[gY[a]];
 238       seq[ind2+a+1]=Sbox1[gY[a+1]];
 239       seq[ind2+a+2]=Sbox1[gY[a+2]];
 240       seq[ind2+a+3]=Sbox1[gY[a+3]];
 241     }
 242   }
 243
 244
 245    for(int it=0;it<len;it++) {
 246      int ind1=it*h2;
 247      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 248        X[a]=seq[ind1+a];
 249        X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 250        X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 251        X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 252
 253      }
 254      myhash<h>(X, RM3, Sbox3);
 255    }
 256
 257 }
 258
 259
 260 template<int h2, int h>
 261 void decrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, uchar *Sbox3, int debug) {
 262
 263
 264   uchar fX[h2];
 265   uchar gY[h2];
 266   uchar X[h2];
 267
 268   for(int it=0;it<len;it++) {
 269      int ind1=it*h2;
 270      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 271        X[a]=seq[ind1+a];
 272        X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 273        X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 274        X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 275
 276      }
 277      myhash<h>(X, RM3, Sbox3);
 278    }
 279
 280
 281
 282
 283   for(int it=len-1;it>=0;it--) {
 284     int ind1=it*h2;
 285     int ind2=Pbox[it]*h2;
 286
 287
 288
 289
 290
 291     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 292       fX[a]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a]];
 293       fX[a+1]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+1]];
 294       fX[a+2]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+2]];
 295       fX[a+3]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+3]];
 296     }
 297
 298     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 299       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 300       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 301       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 302       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 303     }
 304
 305
 306     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 307       gY[a]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a]];
 308       gY[a+1]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+1]];
 309       gY[a+2]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+2]];
 310       gY[a+3]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+3]];
 311     }
 312     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 313       gY[a]=Inv_Sbox2[gY[a]^RM2[a]];
 314       gY[a+1]=Inv_Sbox2[gY[a+1]^RM2[a+1]];
 315       gY[a+2]=Inv_Sbox2[gY[a+2]^RM2[a+2]];
 316       gY[a+3]=Inv_Sbox2[gY[a+3]^RM2[a+3]];
 317     }
 318
 319
 320     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 321       fX[a]=fX[a]^gY[a];
 322       fX[a+1]=fX[a+1]^gY[a+1];
 323       fX[a+2]=fX[a+2]^gY[a+2];
 324       fX[a+3]=fX[a+3]^gY[a+3];
 325     }
 326
 327      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 328       seq[ind1+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 329       seq[ind1+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 330       seq[ind1+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 331       seq[ind1+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 332     }
 333
 334
 335     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 336       seq[ind2+a]=gY[a];
 337       seq[ind2+a+1]=gY[a+1];
 338       seq[ind2+a+2]=gY[a+2];
 339       seq[ind2+a+3]=gY[a+3];
 340     }
 341   }
 342
 343
 344 }
 345
 346
 347
 348 int main(int argc, char** argv) {
 349
 350
 351   int h=32;
 352   int lena=0;
 353   int size_buf=1;
 354   int impb=-1;
 355   int tgpb=-1;
 356
 357
 358   for(int i=1; i<argc; i++){
 359     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 360     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 361     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 362     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 363     if(strncmp(argv[i],"impb",4)==0) impb = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 364     if(strncmp(argv[i],"tgpb",4)==0) tgpb = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 365   }
 366
 367 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
 368   printf("ctr %d\n",ctr);
 369   printf("h %d\n",h);
 370   printf("lena %d\n",lena);
 371   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 372 */
 373   int h2=h*h;
 374
 375
 376
 377   int seed=12;//time(NULL);
 378 //  cout<<seed<<endl;
 379   srand48(seed);
 380
 381   uchar Secretkey[key_size];
 382
 383   uchar counter[key_size];
 384
 385   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 386     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 387     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 388   }
 389
 390
 391   int size = 64;
 392   uchar DK[size];
 393
 394
 395
 396
 397   int width;
 398   int height;
 399
 400   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 401   int imsize;
 402   uchar *buffer;
 403
 404   if(lena==1) {
 405     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 406 //    load_RGB_pixmap("8192.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 407     imsize=width*height*3;
 408 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 409   }
 410   else {
 411     width=height=size_buf;
 412     imsize=width*height;
 413     buffer=new uchar[imsize];
 414     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 415       buffer[i]=lrand48();
 416     }
 417   }
 418
 419
 420
 421
 422
 423   uchar* seq= new uchar[imsize];
 424   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 425
 426   int oneD=width*height;
 427   if(lena) {
 428     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 429       seq[i]=data_R[i];
 430       seq[oneD+i]=data_G[i];
 431       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 432     }
 433   }
 434   else {
 435     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 436       seq[i]=buffer[i];
 437     }
 438   }
 439
 440
 441
 442
 443
 444   int total_len=imsize;
 445   int rp=1;
 446   int len= total_len/h2;
 447
 448
 449
 450   uchar *mix=new uchar[256];
 451
 452
 453
 454
 455   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 456     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 457   }
 458
 459
 460 //  cout<<"hash "<<endl;
 461   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 462 //    DK[i]=digest[i];
 463     DK[i]=mix[i];
 464   }
 465
 466
 467
 468   int *Pbox=new int[len];
 469   uchar Sbox1[256];
 470   uchar Sbox2[256];
 471   uchar Sbox3[256];
 472   uchar Inv_Sbox1[256];
 473   uchar Inv_Sbox2[256];
 474   uchar sc[256];
 475   uchar RM1[h2];
 476   uchar RM2[h2];
 477   uchar RM3[h];
 478   uchar RM4[h];
 479
 480
 481
 482   double time_encrypt=0;
 483   double time_decrypt=0;
 484
 485
 486   double t=TimeStart();
 487   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 488
 489
 490   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 491   rc4key(&DK[16], Sbox3, 8);
 492
 493   rc4key(&DK[24], sc, 16);
 494
 495
 496   prga(sc, h2, RM1);
 497   rc4key(&DK[48], sc, 16);
 498
 499
 500   prga(sc, h2, RM2);
 501
 502
 503   rc4keyperm(&DK[64], len, rp, Pbox, 16);
 504
 505
 506   rc4key(&DK[80], sc, 16);
 507
 508
 509   prga(sc, h, RM3);
 510
 511   //time+=TimeStop(t);
 512   //cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 513
 514
 515
 516   for(int i=0;i<h;i++)
 517     printf("%d ",RM3[i]);
 518   printf("\n");
 519
 520
 521
 522
 523
 524
 525
 526   for(int i=0;i<h;i++){
 527     RM4[i]=RM3[i];
 528   }
 529
 530
 531   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 532   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 533
 534
 535
 536
 537
 538   time_encrypt=0;
 539   t=TimeStart();
 540
 541   int i;
 542   switch(h) {
 543   case 4:
 544     for(i=0;i<nb_test;i++)
 545     {
 546       encrypt<4*4,4>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 547
 548     }
 549     break;
 550   case 8:
 551     for(i=0;i<nb_test;i++)
 552     {
 553       encrypt<8*8,8>(seq, len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 554     }
 555     break;
 556   case 16:
 557     for(i=0;i<nb_test;i++)
 558     {
 559       encrypt<16*16,16>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 560     }
 561     break;
 562   case 32:
 563     for(i=0;i<nb_test;i++)
 564     {
 565       encrypt<32*32,32>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 566     }
 567     break;
 568   case 64:
 569     for(i=0;i<nb_test;i++)
 570     {
 571       encrypt<64*64,64>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 572     }
 573     break;
 574   case 128:
 575     for(i=0;i<nb_test;i++)
 576     {
 577       encrypt<128*128,128>(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,Sbox3,0);
 578     }
 579     break;
 580   }
 581
 582
 583
 584
 585   time_encrypt+=TimeStop(t);
 586   //cout<<"Time encrypt "<<
 587   cout<<(double)imsize*nb_test/time_encrypt<<"\t";
 588
 589
 590   if(lena) {
 591     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 592       data_R[i]=seq[i];
 593       data_G[i]=seq[oneD+i];
 594       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 595     }
 596     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 597   }
 598
 599   cout<<"TAG 1"<<endl;
 600  for(int i=0;i<h;i++){
 601     cout<<(int)RM3[i]<<" ";
 602   }
 603
 604
 605  if(impb>=0) {
 606    seq[impb]++;
 607  }
 608
 609  if(tgpb>=0 && tgpb<h) {
 610    RM4[tgpb]++;
 611  }
 612
 613
 614   time_decrypt=0;
 615   t=TimeStart();
 616   switch(h) {
 617   case 4:
 618     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 619       decrypt<4*4,4>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 620     }
 621     break;
 622   case 8:
 623     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 624       decrypt<8*8,8>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 625     }
 626     break;
 627   case 16:
 628     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 629       decrypt<16*16,16>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 630     }
 631     break;
 632   case 32:
 633     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 634       decrypt<32*32,32>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 635     }
 636     break;
 637   case 64:
 638     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 639       decrypt<64*64,64>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 640     }
 641     break;
 642   case 128:
 643     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 644       decrypt<128*128,128>(seq,len,RM1,RM2,RM4,Pbox,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,Sbox3,0);
 645     }
 646     break;
 647   }
 648
 649   time_decrypt+=TimeStop(t);
 650   //cout<<"Time decrypt "
 651   cout<<(double)imsize*nb_test/time_decrypt<<"\t";
 652
 653
 654   cout<<"\nTAG 2"<<endl;
 655  for(int i=0;i<h;i++){
 656     cout<<(int)RM4[i]<<" ";
 657   }
 658
 659   if(lena) {
 660     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 661       data_R[i]=seq[i];
 662       data_G[i]=seq[oneD+i];
 663       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 664     }
 665     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 666   }
 667   else {
 668     bool equal=true;
 669     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 670       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 671       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 672         equal=false;
 673       }
 674     }
 675 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 676   }
 677
 678
 679   cout<<endl;
 680   return 0;
 681 }
 682
 683
 684
 685
 686
 687
 688
 689
 690
 691
 692