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> readFile(int n, int k, int& sizeFile, int &lc) {
  80
  81   ifstream stream("/home/couturie/ajeter/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
 109 void buildFullRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, Cube<short> &invIDAmat, int q, int n, byte* DK) {
 110
 111   byte Sbox[256];
 112   byte RM1[q*n*n/4];
 113
 114
 115   rc4key(DK, Sbox, 8);
 116   prga(Sbox, q*n*n/4, RM1);
 117   Cube<byte> rm1(RM1,1,1,q*n*n/4);
 118   rm1.reshape(n/2,n/2,q);
 119
 120   cout<<"rm1"<<endl;
 121   cout<<rm1<<endl;
 122
 123
 124
 125
 126 //  Construction of the IDA matrices
 127   for(int i=0;i<q;i++) {
 128     Mat<byte> sub(n,n);
 129     sub.submat(0,0,n/2-1,n/2-1)=rm1.slice(i);
 130     sub.submat(0,n/2,n/2-1,n-1)=rm1.slice(i)+eye<Mat<byte>>(n/2,n/2);
 131     sub.submat(n/2,0,n-1,n/2-1)=rm1.slice(i)-eye<Mat<byte>>(n/2,n/2);
 132     sub.submat(n/2,n/2,n-1,n-1)=rm1.slice(i);
 133
 134 /*    cout<<"sub "<<i<<endl;
 135     cout<<sub<<endl;
 136
 137     cout<<"det"<<endl;
 138     mat toto=conv_to<mat>::from(sub);
 139     cout<<det(toto)<<endl;
 140 */
 141     IDAmat.slice(i)=sub;
 142
 143     Mat<short> sub2(n,n);
 144     Mat<short> rm2=conv_to<Mat<short>>::from(rm1.slice(i));
 145     sub2.submat(0,0,n/2-1,n/2-1)=rm2;
 146     sub2.submat(0,n/2,n/2-1,n-1)=-rm2-eye<Mat<short>>(n/2,n/2);
 147     sub2.submat(n/2,0,n-1,n/2-1)=-rm2+eye<Mat<short>>(n/2,n/2);
 148     sub2.submat(n/2,n/2,n-1,n-1)=rm2;
 149
 150     cout<<"det"<<endl;
 151     mat toto=conv_to<mat>::from(sub2);
 152     cout<<det(toto)<<endl;
 153
 154     invIDAmat.slice(i)=sub2;
 155
 156   }
 157   cout<<IDAmat<<endl;
 158   cout<<invIDAmat<<endl;
 159 }
 160
 161 void buildKRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, int q, int n, int k, byte* DK) {
 162
 163   byte Sbox[256];
 164   byte RM1[q*n*k];
 165
 166
 167   rc4key(DK, Sbox, 8);
 168   prga(Sbox, q*n*k, RM1);
 169   Cube<byte> rm1(RM1,1,1,q*n*k);
 170   rm1.reshape(n,k,q);
 171
 172   cout<<"rm1"<<endl;
 173   cout<<rm1<<endl;
 174
 175
 176
 177
 178 //  Construction of the IDA matrices
 179   for(int i=0;i<q;i++) {
 180     Mat<byte> sub(n,k);
 181     sub.submat(0,0,n-1,k-1)=rm1.slice(i);
 182
 183
 184     IDAmat.slice(i)=sub;
 185
 186
 187   }
 188   cout<<IDAmat<<endl;
 189
 190 }
 191
 192
 193
 194 int main( int argc, char *argv[] ) {
 195
 196
 197   int q=2;
 198   int n=4;
 199   int k=4;
 200   int Tb=64;
 201   int l=10;//399*Tb;
 202
 203
 204
 205   int key_size=32;
 206   int seed=time(NULL);
 207   cout<<seed<<endl;
 208   srand48(seed);
 209
 210   byte Secretkey[key_size];
 211
 212   byte counter[key_size];
 213
 214   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 215     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 216     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 217   }
 218
 219
 220   byte DK[key_size];
 221   for (int i = 0; i < key_size ; i++) {
 222     DK[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 223   }
 224
 225   byte sc[256];
 226
 227
 228
 229
 230
 231   byte PboxV[l/Tb];
 232
 233   rc4keyperm(&DK[8], l/Tb, 1, PboxV, 16);
 234
 235
 236
 237
 238 /*
 239 // Initialization of IDA and inverse IDA matrix
 240   Cube<byte> IDAmat(n,n,q);
 241   Cube<short> invIDAmat(n,n,q);
 242   buildFullRankIDA(IDAmat, invIDAmat, q, n, &DK[0]);
 243 */
 244
 245
 246
 247   Cube<byte> IDAmat(n,k,q);
 248   buildKRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, q, n, k, &DK[0]);
 249
 250   // rc4key(&DK[8], sc, 16);
 251
 252
 253
 254
 255
 256
 257   arma_rng::set_seed(time(NULL));
 258
 259
 260   int lc;
 261   int sizeFile;
 262   Mat<byte> M=readFile(n,k,sizeFile,lc);
 263
 264 //  Ma<byte> data;
 265 //  data.load("/home/couturie/ajeter/lena.png");
 266
 267   /* Mat<byte> M=conv_to<Mat<byte>>::from(randi(k,l));
 268   M=abs(M);
 269   M=M - floor(M/255)*255;*/
 270
 271 /*  cout<<"M"<<endl;
 272   cout<<M<<endl;
 273   cout<<"C"<<endl;
 274   cout<<C<<endl;
 275 */
 276
 277
 278   Mat<byte> C=IDAmat.slice(0)*M;
 279   M.save("M.bin",raw_binary);
 280 //  Mat<short> D=invIDAmat.slice(0)*C;
 281
 282
 283   mat A=conv_to<mat>::from(IDAmat.slice(0).submat(0,0,k-1,n-1));
 284   mat B=conv_to<mat>::from(C.submat(0,0,k-1,lc-1));
 285
 286   mat D=solve(A,B);
 287
 288
 289
 290   Mat<char> D2=conv_to<Mat<char>>::from(D);
 291 //  cout<<"D2"<<endl;
 292 //  cout<<D2<<endl;
 293 //  D2.save("D2.bin",raw_binary);
 294   D2.reshape(1,n*lc);
 295   Row<char> d2=D2.row(0);
 296   byte* vec=(byte*)d2.memptr();
 297
 298   FILE* pFile = fopen ("myfile.png", "wb");
 299   fwrite (vec , sizeof(byte), sizeFile, pFile);
 300   fclose (pFile);
 301 }