OneRoundIoT/OneRound/one_round_hash.cpp

   1 //gcc pixmap_io.c  -c
   2 //g++ -O3 one_round_test.cpp pixmap_io.o  -o one_round_test -std=c++11
   3
   4 //
   5
   6
   7 #include <iostream>
   8 #include <list>
   9 #include<math.h>
  10 #include<stdlib.h>
  11 #include<stdio.h>
  12 #include<string.h>
  13 #include <fstream>
  14 #include <sys/time.h>
  15
  16 /*#include <cryptopp/hex.h>
  17 #include <cryptopp/sha.h>
  18 #include <cryptopp/osrng.h>
  19 #include <cryptopp/secblock.h>
  20 */
  21
  22
  23 extern "C" {
  24   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  25   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  26 }
  27
  28
  29 //using namespace CryptoPP;
  30 using namespace std;
  31
  32
  33 int key_size=256;
  34 int nb_test=1;
  35 int ctr=0;
  36
  37
  38
  39
  40
  41
  42
  43 typedef unsigned char   uchar;
  44
  45
  46 double TimeStart()
  47 {
  48   struct timeval tstart;
  49   gettimeofday(&tstart,0);
  50   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  51 }
  52
  53 double TimeStop(double t)
  54 {
  55   struct timeval tend;
  56
  57   gettimeofday(&tend,0);
  58   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  59   return (t);
  60 }
  61
  62
  63
  64
  65
  66
  67 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  68
  69   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  70     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  71   }
  72
  73 }
  74
  75 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  76
  77   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  78     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  79   }
  80
  81 }
  82
  83
  84
  85 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  86
  87   for(int i=0;i<256;i++) {
  88     sc[i]=i;
  89   }
  90
  91
  92   uchar j0 = 0;
  93   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  94     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  95     uchar tmp = sc[i0];
  96     sc[i0] = sc[j0 ];
  97     sc[j0] = tmp;
  98   }
  99 }
 100
 101
 102
 103 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 104
 105   //sc=1:len;
 106
 107
 108
 109   for (int i=0;i<len;i++) {
 110     sc[i]=i;
 111   }
 112   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 113     int j0 = 1;
 114     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 115       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 116       int tmp = sc[i0];
 117       sc[i0] = sc[j0];
 118       sc[j0] = tmp;
 119     }
 120
 121   }
 122 }
 123
 124 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 125   uchar i0=0;
 126   uchar j0=0;
 127
 128   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 129     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
 130     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 131     uchar tmp = sc[i0];
 132     sc[i0] = sc[j0];
 133     sc[j0] = tmp;
 134     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 135   }
 136 }
 137
 138
 139 void diff(uchar *Y, uchar *X, int h) {
 140
 141   if(h==4) {
 142     Y[0] = X[1]^X[2]^X[3];
 143     Y[1] = X[0]^X[2]^X[3];
 144     Y[2] = X[0]^X[1]^X[3];
 145     Y[3] = X[0]^X[1]^X[2];
 146   }
 147   else if(h==8) {
 148     Y[0] = X[0]^X[2]^X[3]^X[5]^X[6]^X[7];
 149     Y[1] = X[0]^X[1]^X[3]^X[4]^X[6]^X[7];
 150     Y[2] = X[0]^X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[7];
 151     Y[3] = X[1]^X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6];
 152     Y[4] = X[0]^X[1]^X[5]^X[6]^X[7];
 153     Y[5] = X[1]^X[2]^X[4]^X[6]^X[7];
 154     Y[6] = X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[7];
 155     Y[7] = X[0]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6];
 156   }
 157   else if(h==16) {
 158
 159   Y[0] = X[3] ^ X[4] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[9] ^ X[13] ^ X[14];
 160   Y[1] = X[2] ^ X[5] ^ X[7] ^ X[8] ^ X[9] ^ X[12] ^ X[15];
 161   Y[2] = X[1] ^ X[4] ^ X[6] ^ X[10] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[15];
 162   Y[3] = X[0] ^ X[5] ^ X[7] ^ X[10] ^ X[11] ^ X[13] ^ X[14];
 163   Y[4] = X[0] ^ X[2] ^ X[5] ^ X[8] ^ X[11] ^ X[14] ^ X[15];
 164   Y[5] = X[1] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[9] ^ X[10] ^ X[14] ^ X[15];
 165   Y[6] = X[0] ^ X[2] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[10] ^ X[12] ^ X[13];
 166   Y[7] = X[1] ^ X[3] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[13];
 167   Y[8] = X[0] ^ X[1] ^ X[4] ^ X[7] ^ X[10] ^ X[13] ^ X[15];
 168   Y[9] = X[0] ^ X[1] ^ X[5] ^ X[6] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[14];
 169   Y[10] = X[2] ^ X[3] ^ X[5] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[13] ^ X[15];
 170   Y[11] = X[2] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[12] ^ X[14];
 171   Y[12] = X[1] ^ X[2] ^ X[6] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[11] ^ X[12];
 172   Y[13] = X[0] ^ X[3] ^ X[6] ^ X[7] ^ X[8] ^ X[10] ^ X[13];
 173   Y[14] = X[0] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[5] ^ X[9] ^ X[11] ^ X[14];
 174   Y[15] = X[1] ^ X[2] ^ X[4] ^ X[5] ^ X[8] ^ X[10] ^ X[15];
 175   }
 176   else if(h==32) {
 177
 178
 179     Y[0]=X[0]^X[1]^X[2]^X[3]^X[4]^X[7]^X[8]^X[10]^X[12]^X[15]^X[16]^X[17]^X[18]^X[20]^X[21]^X[24]^X[25]^X[28]^X[30];
 180     Y[1]=X[0]^ X[1]^X[2]^X[3]^X[5]^X[6]^X[9]^X[11]^X[13]^X[14]^X[16]^X[17]^X[19]^X[20]^X[21]^ X[24]^X[25]^X[29]^X[31];
 181     Y[2]=X[0]^X[1]^X[2]^X[3]^X[5]^X[6]^X[8]^X[10]^X[13]^X[14]^X[16]^X[18]^X[19]^X[22]^X[23]^X[26]^X[27]^X[28]^X[30];
 182     Y[3]=X[0]^X[1]^X[2]^X[3]^X[4]^X[7]^X[9]^X[11]^X[12]^X[15]^X[17]^X[18]^X[19]^X[22]^X[23]^X[26]^X[27]^X[29]^X[31];
 183     Y[4]=X[0]^X[3]^X[5]^X[6]^X[7]^X[10]^X[11]^ X[12]^X[13]^X[14]^ X[15]^X[16]^X[19]^X[21]^X[23]^  X[25]^X[27]^X[30]^X[31];
 184     Y[5]=X[1]^X[2]^X[4]^X[6]^X[7]^X[10]^X[11]^X[12]^X[13]^X[14]^X[16 ]^X[17]^X[18]^X[20]^X[22]^X[24]^X[26]^X[30]^X[31];
 185     Y[6]=X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[7]^X[8]^X[9]^X[12]^X[13]^X[14]^X[15]^ X[17]^X[18]^X[21]^X[23]^X[25]^X[27]^X[28]^X[29];
 186     Y[7]=X[0]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6]^X[9 ]^X[9]^X[12]^X[13]^X[14]^X[15]^X[16]^X[19]^X[20]^X[22]^X[24]^X[26]^X[28]^X[29];
 187     Y[8]=X[0]^X[2]^X[6]^X[7]^X[8]^X[10]^X[11]^X[14]^X[15]^X[16]^X[18]^X[21]^X[22]^X[25]^X[26];
 188     Y[9]=X[1]^ X[3]^X[6]^X[7]^X[9]^X[10]^X[11]^X[14]^X[15]^X[17]^X[19]^X[20]^X[23]^X[24]^X[27];
 189     Y[10]=X[0]^X[2]^X[4]^X[5]^X[8]^X[9]^X[10]^X[12]^X[13]^X[16]^X[18]^X[20]^X[23]^ X[24]^X[27];
 190     Y[11]=X[1]^X[3]^X[4]^X[5]^X[8]^X[9]^X[11]^X[12]^X[13]^X[17]^X[19]^X[21]^X[22]^X[25]^X[26];
 191     Y[12]=X[0]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6]^X[7]^X[10]^X[11]^X[13]^X[14]^X[15]^X[16]^X[19]^X[21]^X[23]^X[25]^X[27]^X[30]^X[31];
 192     Y[13]=X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[6]^X[7]^X[10]^X[11]^X[12]^X[14]^X[15]^X[17]^ X[18]^X[20]^X[22]^X[24]^X[26]^X[30]^X[31];
 193     Y[14]=X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[6]^X[7]^X[8]^X[9]^X[12]^X[13]^X[15]^X[17]^X[18]^X[21]^X[23]^X[25]^X[27]^X[28]^X[29];
 194     Y[15]=X[0]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6]^X[7]^X[8]^X[9]^X[12]^X[13]^X[14]^X[16]^X[19]^X[20]^X[22]^ X[24]^X[26]^X[28]^X[29];
 195     Y[16]=X[0]^X[1]^X[2]^X[4]^X[8 ]^X[8]^X[10]^X[13 ]^X[15]^X[16]^X[17]^X[18]^X[19]^X[20]^X[21]^X[24]^X[25]^X[28]^X[30];
 196     Y[17]=X[0]^X[1]^X[3]^X[5]^X[6]^X[9]^X[11]^X[13]^X[14]^X[16]^X[17]^X[18]^X[19]^X[20]^X[21]^X[24]^X[25]^X[29]^X[31];
 197     Y[18]=X[0]^X[2]^X[3]^X[5]^X[6]^X[8]^X[10]^X[13]^X[14]^X[16]^X[17]^X[18]^X[19]^X[22]^X[23]^X[26]^X[27]^X[28]^X[30];
 198     Y[19]=X[1]^X[2]^X[3]^X[4]^X[7]^X[9]^X[11]^X[12]^X[15]^X[16]^X[17]^X[18]^X[19]^X[22]^X[23]^X[26]^X[28 ]^X[29]^X[31];
 199     Y[20]=X[0]^X[1]^X[5]^X[7]^X[10 ]^X[10]^X[13]^X[15]^X[16]^X[17]^X[20]^X[21]^X[23]^X[29]^X[30];
 200     Y[21]=X[0]^X[1]^X[4]^X[6]^X[8]^X[11]^X[12]^X[14]^X[16]^X[17]^X[20]^X[21]^X[22]^X[28]^X[31];
 201     Y[22]=X[2]^X[3]^X[5]^X[7]^X[8]^X[11]^X[13]^X[15]^X[18]^X[19]^X[21]^X[22]^X[23]^X[28]^X[31];
 202     Y[23]=X[2]^X[3]^X[4]^X[6]^X[9]^X[10]^X[12]^X[14]^ X[18]^X[19]^X[20]^X[22]^X[23]^X[29]^X[30];
 203     Y[24]=X[0]^X[1]^X[5]^X[7]^X[9]^X[10]^X[13]^X[15]^X[16]^X[17]^X[24]^X[25]^X[27]^X[29]^X[30];
 204     Y[25]=X[0]^X[1]^X[4]^X[6]^X[8]^X[11]^X[12]^X[14]^X[16]^X[17]^X[24]^X[25]^X[26]^X[28]^X[31];
 205     Y[26]=X[2]^X[3]^X[5]^X[7]^X[8]^X[11]^X[13]^X[15]^X[18]^X[19]^X[25]^X[26]^X[27]^X[28]^ X[31];
 206     Y[27]=X[2]^X[3]^X[4]^X[6]^X[9]^X[10]^X[12]^X[14]^X[18]^X[19]^X[24]^X[26]^X[27]^X[29]^X[30];
 207     Y[28]=X[0]^X[2]^X[6]^X[7]^X[14]^X[15]^X[16]^X[18]^X[21]^X[22]^X[25]^X[26]^X[28]^X[30]^X[31];
 208     Y[29]=X[2]^X[3]^X[6]^X[7]^X[14]^X[15]^X[17]^X[19]^X[20]^X[23]^X[24]^X[27]^X[29]^X[30]^X[31];
 209     Y[30]=X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[12]^X[13]^X[16]^X[18]^X[20]^X[23]^X[24]^X[27]^X[28]^X[29]^X[30];
 210     Y[31]=X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[12]^X[13]^X[17]^X[19]^X[21]^X[22]^X[25]^X[26]^X[28]^X[29]^X[31];
 211   }
 212
 213 }
 214
 215
 216
 217
 218 //the proposed hash function, which is based on DSD structure. Sensitivity is ensured by employing the binary diffusion
 219
 220 void hash_DSD_BIN(uchar* seq_in, uchar* RM1,int len, int *PboxRM, uchar *Sbox1,  int h) {
 221
 222
 223   // Goal: Calculate the hash value
 224   // Output: RM (hash value)
 225
 226 //  uchar *X=new uchar[h2];
 227 //  uchar *fX=new uchar[h2];
 228   uchar X[h];
 229   uchar fX[h];
 230   uchar fX2[h];
 231   int ind2;
 232
 233
 234   for(int it=0;it<len;it++) {
 235
 236     ind2=it*h;
 237
 238     // Mix with dynamic RM
 239
 240     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 241       fX[a]=RM1[a]^seq_in[ind2+a];
 242       fX[a+1]=RM1[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 243       fX[a+2]=RM1[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 244       fX[a+3]=RM1[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 245     }
 246
 247     // First Diffusion Operation
 248     diff(fX2,fX,h);
 249
 250
 251     // Substitution  Operation
 252     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 253       fX[a]=Sbox1[fX2[a]];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 254       fX[a+1]=Sbox1[fX2[a+1]];
 255       fX[a+2]=Sbox1[fX2[a+2]];
 256       fX[a+3]=Sbox1[fX2[a+3]];
 257     }
 258
 259     // Second Diffusion Operation
 260
 261     diff(fX2,fX,h);
 262
 263 // update RM and mix it with hashed block
 264     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 265       RM1[a]=fX2[a]^RM1[PboxRM[a]];
 266       RM1[a+1]=fX2[a+1]^RM1[PboxRM[a+1]];
 267       RM1[a+2]=fX2[a+2]^RM1[PboxRM[a+2]];
 268       RM1[a+3]=fX2[a+3]^RM1[PboxRM[a+3]];
 269     }
 270
 271   }
 272
 273
 274 }
 275
 276
 277
 278
 279
 280
 281
 282
 283
 284
 285 int main(int argc, char** argv) {
 286
 287
 288   int h=16;
 289   int lena=0;
 290   int size_buf=1;
 291   int change=0;
 292
 293
 294   for(int i=1; i<argc; i++){
 295     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 296     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 297     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 298     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 299     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 300     if(strncmp(argv[i],"c",1)==0) change = atoi(&(argv[i][1]));          //Use Lena or buffer
 301   }
 302
 303
 304   cout<<size_buf<<endl;
 305
 306   int seed=time(NULL);
 307 //  cout<<seed<<endl;
 308   srand48(12);
 309
 310   uchar Secretkey[key_size];
 311
 312   uchar counter[key_size];
 313
 314   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 315     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 316     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 317   }
 318
 319
 320   int size = 64;
 321   uchar DK[size];
 322
 323
 324
 325
 326   int width;
 327   int height;
 328
 329   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 330   int imsize;
 331   uchar *buffer;
 332
 333   if(lena==1) {
 334     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 335     imsize=width*height*3;
 336 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 337   }
 338   else {
 339     imsize=size_buf;
 340     buffer=new uchar[imsize];
 341     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 342       buffer[i]=lrand48();
 343     }
 344   }
 345
 346
 347
 348
 349   uchar* seq= new uchar[imsize];
 350   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 351
 352   int oneD;
 353   if(lena) {
 354     oneD=width*height;
 355     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 356       seq[i]=data_R[i];
 357       seq[oneD+i]=data_G[i];
 358       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 359     }
 360   }
 361   else {
 362     oneD=imsize;
 363     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 364       seq[i]=buffer[i];
 365     }
 366   }
 367
 368
 369   if(change) {
 370
 371     seq[4]++;
 372   }
 373
 374
 375
 376
 377
 378   int total_len=imsize;
 379   int rp=1;
 380   int len= total_len/h;
 381   cout<<len<<endl;
 382
 383
 384   uchar *mix=new uchar[256];
 385
 386
 387
 388
 389   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 390     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 391   }
 392
 393
 394 //  cout<<"hash "<<endl;
 395   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 396 //    DK[i]=digest[i];
 397     DK[i]=mix[i];
 398   }
 399
 400
 401
 402
 403   int *PboxRM=new int[h];
 404   uchar Sbox1[256];
 405   uchar sc[256];
 406   uchar RM1[h];
 407   uchar RM2[h];
 408
 409
 410
 411
 412   double time=0;
 413   double t=TimeStart();
 414   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 415
 416
 417   rc4key(&DK[8], sc, 8);
 418
 419
 420   prga(sc, h, RM1);
 421
 422
 423
 424   rc4keyperm(&DK[16], h, rp, PboxRM, 8);
 425
 426   time+=TimeStop(t);
 427   cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 428
 429
 430
 431
 432
 433
 434
 435
 436
 437
 438
 439   for(int i=0;i<h;i++){
 440     RM2[i]=RM1[i];
 441   }
 442
 443   cout<<"imsize "<<imsize<<endl;
 444
 445 /*  for(int i=0;i<imsize;i++){
 446     cout<<(int)seq[i]<<" ";
 447   }
 448   cout<<endl;
 449 */
 450
 451   time=0;
 452   t=TimeStart();
 453   for(int i=0;i<nb_test;i++)
 454   {
 455     hash_DSD_BIN(seq, RM1,len,PboxRM,Sbox1,h);
 456   }
 457
 458
 459
 460
 461   time+=TimeStop(t);
 462   cout<<"Hash Time  "<<time<<endl;
 463
 464
 465   for(int i=0;i<h;i++){
 466     cout<<(int)RM1[i]<<" ";
 467   }
 468   cout<<endl;
 469
 470
 471
 472   return 0;
 473 }