OneRoundIoT/OneRound/one_round_new.cpp

   1 //gcc pixmap_io.c  -c
   2 //g++ -O3 one_round_new.cpp pixmap_io.o  -o one_round_new -std=c++11
   3
   4 #include <iostream>
   5 #include <list>
   6 #include<math.h>
   7 #include<stdlib.h>
   8 #include<stdio.h>
   9 #include<string.h>
  10 #include <fstream>
  11 #include <sys/time.h>
  12
  13 /*#include <cryptopp/hex.h>
  14 #include <cryptopp/sha.h>
  15 #include <cryptopp/osrng.h>
  16 #include <cryptopp/secblock.h>
  17 */
  18
  19
  20 extern "C" {
  21   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  22   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  23 }
  24
  25
  26 //using namespace CryptoPP;
  27 using namespace std;
  28
  29
  30 int key_size=256;
  31 int nb_test=1;
  32 int ctr=0;
  33 const int h=32;
  34
  35
  36 const int h2=h*h;
  37
  38
  39
  40 typedef unsigned char   uchar;
  41
  42
  43 double TimeStart()
  44 {
  45   struct timeval tstart;
  46   gettimeofday(&tstart,0);
  47   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  48 }
  49
  50 double TimeStop(double t)
  51 {
  52   struct timeval tend;
  53
  54   gettimeofday(&tend,0);
  55   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  56   return (t);
  57 }
  58
  59
  60
  61
  62
  63
  64 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *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 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  73
  74   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  75     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  76   }
  77
  78 }
  79
  80
  81
  82 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  83
  84   for(int i=0;i<256;i++) {
  85     sc[i]=i;
  86   }
  87
  88
  89   uchar j0 = 0;
  90   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  91     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  92     uchar tmp = sc[i0];
  93     sc[i0] = sc[j0 ];
  94     sc[j0] = tmp;
  95   }
  96 }
  97
  98
  99
 100 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 101
 102   //sc=1:len;
 103
 104
 105
 106   for (int i=0;i<len;i++) {
 107     sc[i]=i;
 108   }
 109   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 110     int j0 = 1;
 111     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 112       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 113       int tmp = sc[i0];
 114       sc[i0] = sc[j0];
 115       sc[j0] = tmp;
 116     }
 117
 118   }
 119 }
 120
 121 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 122   uchar i0=0;
 123   uchar j0=0;
 124
 125   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 126     i0 = ((i0+1)%255);
 127     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 128     uchar tmp = sc[i0];
 129     sc[i0] = sc[j0];
 130     sc[j0] = tmp;
 131     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 132   }
 133 }
 134
 135
 136
 137
 138
 139 void encrypt_ctr(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int enc) {
 140
 141
 142   uchar *X=new uchar[h2];
 143   uchar *fX=new uchar[h2];
 144   int ind1,ind2;
 145
 146
 147    for(int a=0;a<h2;a++) {
 148      X[a]=Sbox2[a];
 149    }
 150
 151
 152   for(int it=0;it<len;it++) {
 153     if(enc) {
 154       ind1=it*h2;
 155       ind2=Pbox[it]*h2;
 156     }
 157     else {
 158       ind2=it*h2;
 159       ind1=Pbox[it]*h2;
 160     }
 161
 162
 163
 164     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 165       fX[a]=RM1[X[a]];
 166       fX[a+1]=RM1[X[a+1]];
 167       fX[a+2]=RM1[X[a+2]];
 168       fX[a+3]=RM1[X[a+3]];
 169     }
 170
 171     /*   if(it==0) {
 172       for(int a=0;a<h2;a++)
 173         printf("%d ",fX[a]);
 174       printf("\n");
 175       }*/
 176
 177     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 178       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 179       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 180       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 181       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 182     }
 183
 184
 185     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 186       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 187       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 188       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 189       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 190     }
 191
 192      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 193       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 194       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 195       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 196       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 197     }
 198
 199
 200     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 201       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 202       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 203       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 204       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 205     }
 206
 207     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 208       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 209       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 210       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 211       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 212     }
 213
 214
 215
 216   }
 217
 218
 219 }
 220
 221
 222
 223 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 224
 225
 226   uchar *X=new uchar[h2];
 227   uchar *fX=new uchar[h2];
 228   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 229   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 230
 231
 232   for(int it=0;it<len;it++) {
 233     int ind1=it*h2;
 234     int ind2=Pbox[it]*h2;
 235
 236     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 237       X[a]=seq_in[ind2+a];
 238       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 239       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 240       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 241     }
 242
 243     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 244       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 245       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 246       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 247       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 248     }
 249
 250
 251     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 252       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 253       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 254       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 255       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 256     }
 257
 258
 259     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 260       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 261       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 262       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 263       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 264     }
 265
 266     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 267       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 268       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 269       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 270       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 271
 272     }
 273
 274
 275   }
 276
 277
 278
 279
 280 }
 281
 282
 283
 284 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 285
 286
 287   uchar *fX=new uchar[h2];
 288
 289
 290   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 291   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 292
 293   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 294   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 295
 296
 297
 298
 299   for(int it=0;it<len;it++) {
 300
 301     int ind1=it*h2;
 302     int ind2=Pbox[it]*h2;
 303
 304
 305
 306
 307     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 308       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 309       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 310       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 311       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 312
 313     }
 314     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 315       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 316       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 317       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 318       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 319     }
 320     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 321       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 322       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 323       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 324       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 325     }
 326
 327     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 328       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 329       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 330       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 331       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 332     }
 333
 334     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 335       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 336       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 337       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 338       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 339     }
 340
 341
 342   }
 343
 344
 345 }
 346
 347
 348 int main(int argc, char** argv) {
 349
 350
 351   for(int i=1; i<argc; i++){
 352     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 353     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 354 //    if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 355   }
 356
 357   printf("nb times %d\n",nb_test);
 358   printf("ctr %d\n",ctr);
 359   printf("h %d\n",h);
 360
 361 //  h2=h*h;
 362
 363
 364
 365   int seed=time(NULL);
 366   cout<<seed<<endl;
 367   srand48(seed);
 368
 369   uchar Secretkey[key_size];
 370
 371   uchar counter[key_size];
 372
 373   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 374     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 375     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 376   }
 377
 378
 379   int size = 64;
 380   uchar DK[size];
 381
 382
 383
 384
 385   int width;
 386   int height;
 387   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 388   load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 389 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 390
 391
 392
 393
 394
 395   int imsize=width*height*3;
 396   uchar* seq= new uchar[imsize];
 397   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 398
 399   int oneD=width*height;
 400   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 401     seq[i]=data_R[i];
 402     seq[oneD+i]=data_G[i];
 403     seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 404   }
 405
 406
 407
 408
 409
 410   int total_len=imsize;
 411   int rp=1;
 412   int len= total_len/h2;
 413
 414
 415
 416   uchar *mix=new uchar[256];
 417
 418
 419
 420
 421   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 422     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 423   }
 424
 425
 426   cout<<"hash "<<endl;
 427   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 428 //    DK[i]=digest[i];
 429     DK[i]=mix[i];
 430   }
 431
 432
 433
 434
 435   uchar Sbox1[256];
 436   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 437
 438   uchar Sbox2[256];
 439   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 440
 441
 442
 443   uchar sc[256];
 444   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 445
 446   uchar outd[2*(h * h)];
 447   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 448
 449
 450   uchar RM1[h*h];
 451   uchar RM2[h*h];
 452   for(int i=0;i<h2;i++){
 453     RM1[i]=outd[i];
 454     RM2[i]=outd[i+h2];
 455   }
 456
 457
 458
 459
 460
 461
 462   uchar keyp[16];
 463   for (int i = 48; i < 64; i++)
 464     keyp[i-48] = DK[i];
 465
 466 //  cout<<len<<endl;
 467   int *Pbox=new int[len];
 468   int *PboxRM=new int[h2];
 469
 470   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 471
 472   printf("len %d\n",len);
 473   for(int i=0;i<len;i++) {
 474 //    printf("%d \n",Pbox[i]);
 475   }
 476
 477   rc4keyperm(RM2, h2, rp, PboxRM, h2);
 478
 479   for(int i=0;i<h2;i++){
 480     RM2[i]=RM1[i];
 481   }
 482   int *Inv_Pbox=new int[len];
 483   inverse_tables_int(Pbox,len,Inv_Pbox);
 484
 485
 486  double time=0;
 487   double t=TimeStart();
 488
 489   int i;
 490   for(i=0;i<nb_test;i++)
 491   {
 492     if(ctr)
 493       encrypt_ctr(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 494     else
 495       encrypt(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 496
 497   }
 498
 499   time+=TimeStop(t);
 500   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 501
 502
 503   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 504     data_R[i]=seq2[i];
 505     data_G[i]=seq2[oneD+i];
 506     data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 507   }
 508   store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 509
 510
 511   time=0;
 512   t=TimeStart();
 513   for(i=0;i<nb_test;i++) {
 514     if(ctr)
 515       encrypt_ctr(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 516     else
 517       decrypt(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 518
 519   }
 520
 521   time+=TimeStop(t);
 522   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 523
 524
 525   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 526     data_R[i]=seq[i];
 527     data_G[i]=seq[oneD+i];
 528     data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 529   }
 530   store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 531
 532
 533
 534   return 0;
 535 }