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 #include <iostream>     // std::cout, std::fixed
  13 #include <iomanip>
  14 #include <math.h>
  15
  16 using namespace arma;
  17 using namespace std;
  18 int key_size=256;
  19
  20 typedef unsigned char byte;
  21
  22
  23 void rc4key(byte *key, byte *sc, int size_DK) {
  24
  25   for(int i=0;i<256;i++) {
  26     sc[i]=i;
  27   }
  28
  29
  30   byte j0 = 0;
  31   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  32     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  33     byte tmp = sc[i0];
  34     sc[i0] = sc[j0 ];
  35     sc[j0] = tmp;
  36   }
  37 }
  38
  39
  40 void prga(byte *sc, int ldata, byte *r) {
  41   byte i0=0;
  42   byte j0=0;
  43
  44   for (int it=0; it<ldata; it++) {
  45     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
  46     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
  47     byte tmp = sc[i0];
  48     sc[i0] = sc[j0];
  49     sc[j0] = tmp;
  50     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF]%254+1;
  51   }
  52 }
  53
  54
  55 void rc4keyperm(byte *key,int len, int rp,byte *sc, int size_DK) {
  56
  57   //sc=1:len;
  58
  59
  60
  61   for (int i=0;i<len;i++) {
  62     sc[i]=i;
  63   }
  64   for (int it = 0; it < rp; it++) {
  65     int j0 = 1;
  66     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
  67       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
  68       int tmp = sc[i0];
  69       sc[i0] = sc[j0];
  70       sc[j0] = tmp;
  71     }
  72
  73   }
  74 }
  75
  76
  77 Mat<byte> readFullFile(int n, int k, int& sizeFile, int &lc) {
  78
  79 //  ifstream stream("lena.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
  80   ifstream stream("lena_small2.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
  81   sizeFile=stream.tellg();
  82   cout<<sizeFile<<endl;
  83   stream.seekg(0, ios::beg);
  84
  85
  86   lc=ceil(double(sizeFile)/k);
  87   cout<<lc<<endl;
  88
  89   vector<uint8_t> contents2(n*lc,0);
  90   vector<uint8_t> contents((istreambuf_iterator<char>(stream)), istreambuf_iterator<char>());
  91   copy ( contents.begin(), contents.end(), contents2.begin() );
  92
  93
  94
  95
  96   Mat<byte> matData(&contents2[0],1,contents2.size());
  97
  98   cout << "file size: " << contents2.size() << endl;
  99
 100   matData.reshape(n,lc);
 101   cout<<matData.n_rows<<" "<<matData.n_cols<<endl;
 102   return matData;
 103 }
 104
 105
 106 Mat<byte> readPartialFile(int n, int k, int& sizeFile, int &lc) {
 107
 108 //  ifstream stream("lena.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
 109   ifstream stream("lena_small2.png", ios::in | ios::binary | ios::ate);
 110   sizeFile=stream.tellg();
 111   cout<<sizeFile<<endl;
 112   stream.seekg(0, ios::beg);
 113
 114
 115   lc=ceil(double(sizeFile)/k);
 116   cout<<lc<<endl;
 117
 118   vector<uint8_t> contents2(k*lc,0);
 119   vector<uint8_t> contents((istreambuf_iterator<char>(stream)), istreambuf_iterator<char>());
 120   copy ( contents.begin(), contents.end(), contents2.begin() );
 121
 122
 123
 124
 125   Mat<byte> matData(&contents2[0],1,contents2.size());
 126
 127   cout << "file size: " << contents2.size() << endl;
 128
 129   matData.reshape(k,lc);
 130   cout<<matData.n_rows<<" "<<matData.n_cols<<endl;
 131   return matData;
 132 }
 133
 134
 135
 136
 137
 138 void buildFullRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, Cube<short> &invIDAmat, int q, int n, byte* DK) {
 139
 140   byte Sbox[256];
 141   byte RM1[q*n*n/4];
 142
 143
 144   rc4key(DK, Sbox, 8);
 145   prga(Sbox, q*n*n/4, RM1);
 146   Cube<byte> rm1(RM1,1,1,q*n*n/4);
 147   rm1.reshape(n/2,n/2,q);
 148
 149   /* cout<<"rm1"<<endl;
 150   cout<<rm1<<endl;
 151   */
 152
 153
 154
 155 //  Construction of the IDA matrices
 156   for(int i=0;i<q;i++) {
 157     Mat<byte> sub(n,n);
 158     sub.submat(0,0,n/2-1,n/2-1)=rm1.slice(i);
 159     sub.submat(0,n/2,n/2-1,n-1)=rm1.slice(i)+eye<Mat<byte>>(n/2,n/2);
 160     sub.submat(n/2,0,n-1,n/2-1)=rm1.slice(i)-eye<Mat<byte>>(n/2,n/2);
 161     sub.submat(n/2,n/2,n-1,n-1)=rm1.slice(i);
 162
 163 /*    cout<<"sub "<<i<<endl;
 164     cout<<sub<<endl;
 165
 166     cout<<"det"<<endl;
 167     mat toto=conv_to<mat>::from(sub);
 168     cout<<det(toto)<<endl;
 169 */
 170     IDAmat.slice(i)=sub;
 171
 172     Mat<short> sub2(n,n);
 173     Mat<short> rm2=conv_to<Mat<short>>::from(rm1.slice(i));
 174     sub2.submat(0,0,n/2-1,n/2-1)=rm2;
 175     sub2.submat(0,n/2,n/2-1,n-1)=-rm2-eye<Mat<short>>(n/2,n/2);
 176     sub2.submat(n/2,0,n-1,n/2-1)=-rm2+eye<Mat<short>>(n/2,n/2);
 177     sub2.submat(n/2,n/2,n-1,n-1)=rm2;
 178
 179     /*cout<<"det"<<endl;
 180     mat toto=conv_to<mat>::from(sub2);
 181     cout<<det(toto)<<endl;
 182     */
 183     invIDAmat.slice(i)=sub2;
 184
 185   }
 186   //cout<<IDAmat<<endl;
 187   //cout<<invIDAmat<<endl;
 188 }
 189
 190 void buildPartialRankIDA(Cube<byte>& IDAmat, int q, int n, int k, byte* DK) {
 191
 192   byte Sbox[256];
 193   byte RM1[q*n*k];
 194
 195
 196   rc4key(DK, Sbox, 8);
 197   prga(Sbox, q*n*k, RM1);
 198   Cube<byte> rm1(RM1,1,1,q*n*k);
 199   rm1.reshape(n,k,q);
 200   IDAmat=rm1;
 201 /*
 202   cout<<"rm1"<<endl;
 203   cout<<rm1<<endl;
 204
 205
 206
 207
 208 //  Construction of the IDA matrices
 209   for(int i=0;i<q;i++) {
 210     Mat<byte> sub(n,k);
 211     sub.submat(0,0,n-1,k-1)=rm1.slice(i);
 212
 213
 214     IDAmat.slice(i)=sub;
 215
 216
 217     cout<<"det "<<i<<endl;
 218     mat toto=conv_to<mat>::from(sub);
 219     cout<<det(toto)<<endl;
 220
 221   }
 222 */
 223   // cout<<IDAmat<<endl;
 224
 225 }
 226
 227
 228
 229 int main( int argc, char *argv[] ) {
 230
 231
 232
 233   int full=0;
 234
 235   int q=2;
 236   int n=8;
 237   int k=4;
 238   int Tb=64;
 239   int l=10;//399*Tb;
 240
 241
 242
 243   int key_size=32;
 244   int seed=time(NULL);
 245   cout<<seed<<endl;
 246   srand48(seed);
 247
 248   byte Secretkey[key_size];
 249
 250   byte counter[key_size];
 251
 252   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 253     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 254     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 255   }
 256
 257
 258   byte DK[key_size];
 259   for (int i = 0; i < key_size ; i++) {
 260     DK[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 261   }
 262
 263   byte sc[256];
 264
 265
 266
 267
 268
 269   byte PboxV[l/Tb];
 270
 271   rc4keyperm(&DK[8], l/Tb, 1, PboxV, 16);
 272
 273
 274
 275
 276
 277
 278   int lc;
 279   int sizeFile;
 280   Mat<byte> M;
 281   if(full)
 282     M=readFullFile(n,k,sizeFile,lc);
 283   else
 284     M=readPartialFile(n,k,sizeFile,lc);
 285
 286   cout<<"M "<<endl;
 287   cout<<M<<endl;
 288
 289
 290   arma_rng::set_seed(time(NULL));
 291
 292 // Initialization of IDA and inverse IDA matrix
 293
 294   Cube<byte> IDAmat;
 295   Cube<short> invIDAmat;
 296
 297
 298   if(full)
 299   {
 300     IDAmat.resize(n,n,q);
 301     invIDAmat.resize(n,n,q);
 302     buildFullRankIDA(IDAmat, invIDAmat, q, n, &DK[0]);
 303   }
 304   else {
 305     IDAmat.resize(n,k,q);
 306     buildPartialRankIDA(IDAmat, q, n, k, &DK[0]);
 307   }
 308
 309
 310
 311
 312
 313 //  Ma<byte> data;
 314 //  data.load("/home/couturie/ajeter/lena.png");
 315
 316   /* Mat<byte> M=conv_to<Mat<byte>>::from(randi(k,l));
 317   M=abs(M);
 318   M=M - floor(M/255)*255;*/
 319
 320 /*  cout<<"M"<<endl;
 321   cout<<M<<endl;
 322   cout<<"C"<<endl;
 323   cout<<C<<endl;
 324 */
 325
 326
 327   Mat<byte> C;
 328   Mat<char> D2;
 329   //full
 330 //  C=IDAmat.slice(0)*M;
 331
 332 //partial
 333   C=IDAmat.slice(0).submat(0,0,n-1,k-1)*M;
 334
 335   M.save("M.bin",raw_binary);
 336
 337   if(full) {
 338     Mat<short> D=invIDAmat.slice(0)*C;
 339
 340
 341     /*mat A=conv_to<mat>::from(IDAmat.slice(0).submat(0,0,n-1,n-1));
 342     mat B=conv_to<mat>::from(C.submat(0,0,n-1,lc-1));
 343     mat D=solve(A,B);
 344     */
 345
 346
 347     D2=conv_to<Mat<char>>::from(D);
 348     cout<<D2<<endl;
 349   }
 350   else {
 351
 352     IDAmat.resize(k,k,q);
 353     invIDAmat.resize(k,k,q);
 354     buildFullRankIDA(IDAmat, invIDAmat, q, k, &DK[0]);
 355
 356
 357     mat A=conv_to<mat>::from(IDAmat.slice(0).submat(0,0,k-1,k-1));
 358
 359     mat B=conv_to<mat>::from(C.submat(0,0,k-1,lc-1));
 360     mat D=solve(A,B);
 361 //    mat D=inv(A)*B;
 362
 363 //    cout<<D<<endl;
 364
 365 //    Mat<short> D=invIDAmat.slice(0)*C.submat(0,0,k-1,lc-1);
 366
 367     D2=conv_to<Mat<char>>::from(D);
 368     cout<<D2<<endl;
 369   }
 370
 371
 372
 373
 374 //  cout<<"D2"<<endl;
 375 //  cout<<D2<<endl;
 376 //  D2.save("D2.bin",raw_binary);
 377   D2.reshape(1,n*lc);
 378   Row<char> d2=D2.row(0);
 379   byte* vec=(byte*)d2.memptr();
 380
 381   FILE* pFile = fopen ("myfile.png", "wb");
 382   fwrite (vec , sizeof(byte), sizeFile, pFile);
 383   fclose (pFile);
 384 }