LightweightARM/LWARM/lwarm.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
  34
  35
  36
  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 template<int h2>
 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]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[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     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 172       fX[a]=X[a];
 173       fX[a+1]=X[a+1];
 174       fX[a+2]=X[a+2];
 175       fX[a+3]=X[a+3];
 176     }
 177
 178     /*   if(it<513) {
 179       for(int a=0;a<h2;a++)
 180         printf("%d ",fX[a]);
 181       printf("\n");
 182       }*/
 183
 184     *(int*)&fX[0]^=it;
 185
 186     /* if(it<513) {
 187       for(int a=0;a<h2;a++)
 188         printf("%d ",fX[a]);
 189       printf("\n");
 190       }*/
 191
 192     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 193       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 194       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 195       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 196       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 197     }
 198
 199
 200     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 201       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 202       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 203       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 204       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 205     }
 206
 207      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 208       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 209       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 210       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 211       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 212     }
 213
 214
 215     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 216       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 217       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 218       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 219       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 220     }
 221
 222     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 223       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 224       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 225       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 226       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 227     }
 228
 229
 230
 231   }
 232
 233
 234 }
 235
 236
 237 template<int h2>
 238 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 239
 240
 241   uchar *X=new uchar[h2];
 242   uchar *fX=new uchar[h2];
 243   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 244   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 245
 246
 247   for(int it=0;it<len;it++) {
 248     int ind1=it*h2;
 249     int ind2=Pbox[it]*h2;
 250
 251     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 252       X[a]=seq_in[ind2+a];
 253       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 254       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 255       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 256     }
 257
 258     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 259       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 260       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 261       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 262       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 263     }
 264
 265
 266     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 267       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 268       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 269       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 270       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 271     }
 272
 273
 274     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 275       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 276       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 277       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 278       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 279     }
 280
 281     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 282       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 283       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 284       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 285       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 286
 287     }
 288
 289
 290   }
 291
 292
 293
 294
 295 }
 296
 297
 298 template<int h2>
 299 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 300
 301
 302   uchar *fX=new uchar[h2];
 303
 304
 305   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 306   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 307
 308   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 309   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 310
 311
 312
 313
 314   for(int it=0;it<len;it++) {
 315
 316     int ind1=it*h2;
 317     int ind2=Pbox[it]*h2;
 318
 319
 320
 321
 322     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 323       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 324       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 325       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 326       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 327
 328     }
 329     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 330       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 331       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 332       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 333       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 334     }
 335     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 336       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 337       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 338       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 339       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 340     }
 341
 342     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 343       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 344       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 345       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 346       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 347     }
 348
 349     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 350       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 351       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 352       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 353       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 354     }
 355
 356
 357   }
 358
 359
 360 }
 361
 362
 363 int main(int argc, char** argv) {
 364
 365
 366   int h=32;
 367   int lena=0;
 368   int size_buf=1;
 369
 370
 371
 372   for(int i=1; i<argc; i++){
 373     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 374     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 375     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 376     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 377     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 378   }
 379
 380   printf("nb times %d\n",nb_test);
 381   printf("ctr %d\n",ctr);
 382   printf("h %d\n",h);
 383   printf("lena %d\n",lena);
 384   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 385
 386   int h2=h*h;
 387
 388
 389
 390   int seed=time(NULL);
 391   cout<<seed<<endl;
 392   srand48(seed);
 393
 394   uchar Secretkey[key_size];
 395
 396   uchar counter[key_size];
 397
 398   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 399     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 400     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 401   }
 402
 403
 404   int size = 64;
 405   uchar DK[size];
 406
 407
 408
 409
 410   int width;
 411   int height;
 412
 413   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 414   int imsize;
 415   uchar *buffer;
 416
 417   if(lena==1) {
 418     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 419     imsize=width*height*3;
 420 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 421   }
 422   else {
 423     width=height=size_buf;
 424     imsize=width*height;
 425     buffer=new uchar[imsize];
 426     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 427       buffer[i]=lrand48();
 428     }
 429   }
 430
 431
 432
 433
 434
 435   uchar* seq= new uchar[imsize];
 436   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 437
 438   int oneD=width*height;
 439   if(lena) {
 440     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 441       seq[i]=data_R[i];
 442       seq[oneD+i]=data_G[i];
 443       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 444     }
 445   }
 446   else {
 447     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 448       seq[i]=buffer[i];
 449     }
 450   }
 451
 452
 453
 454
 455
 456   int total_len=imsize;
 457   int rp=1;
 458   int len= total_len/h2;
 459
 460
 461
 462   uchar *mix=new uchar[256];
 463
 464
 465
 466
 467   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 468     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 469   }
 470
 471
 472   cout<<"hash "<<endl;
 473   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 474 //    DK[i]=digest[i];
 475     DK[i]=mix[i];
 476   }
 477
 478
 479
 480
 481   uchar Sbox1[256];
 482   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 483
 484   uchar Sbox2[256];
 485   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 486
 487
 488
 489   uchar sc[256];
 490   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 491
 492   uchar outd[2*(h * h)];
 493   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 494
 495
 496   uchar RM1[h*h];
 497   uchar RM2[h*h];
 498   for(int i=0;i<h2;i++){
 499     RM1[i]=outd[i];
 500     RM2[i]=outd[i+h2];
 501   }
 502
 503
 504
 505
 506
 507
 508   uchar keyp[16];
 509   for (int i = 48; i < 64; i++)
 510     keyp[i-48] = DK[i];
 511
 512 //  cout<<len<<endl;
 513   int *Pbox=new int[len];
 514   int *PboxRM=new int[h2];
 515
 516   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 517
 518   printf("len %d\n",len);
 519   for(int i=0;i<len;i++) {
 520 //    printf("%d \n",Pbox[i]);
 521   }
 522
 523   rc4keyperm(RM2, h2, rp, PboxRM, h2);
 524
 525   for(int i=0;i<h2;i++){
 526     RM2[i]=RM1[i];
 527   }
 528   int *Inv_Pbox=new int[len];
 529   inverse_tables_int(Pbox,len,Inv_Pbox);
 530
 531
 532  double time=0;
 533   double t=TimeStart();
 534
 535   int i;
 536   switch(h) {
 537   case 4:
 538     for(i=0;i<nb_test;i++)
 539     {
 540       if(ctr)
 541         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 542       else
 543         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 544
 545     }
 546     break;
 547   case 8:
 548     for(i=0;i<nb_test;i++)
 549     {
 550       if(ctr)
 551         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 552       else
 553         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 554
 555     }
 556     break;
 557   case 16:
 558     for(i=0;i<nb_test;i++)
 559     {
 560       if(ctr)
 561         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 562       else
 563         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 564
 565     }
 566     break;
 567   case 32:
 568     for(i=0;i<nb_test;i++)
 569     {
 570       if(ctr)
 571         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 572       else
 573         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 574
 575     }
 576     break;
 577   case 64:
 578     for(i=0;i<nb_test;i++)
 579     {
 580       if(ctr)
 581         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 582       else
 583         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 584
 585     }
 586     break;
 587   }
 588   time+=TimeStop(t);
 589   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 590
 591
 592   if(lena) {
 593     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 594       data_R[i]=seq2[i];
 595       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 596       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 597     }
 598     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 599   }
 600
 601
 602   time=0;
 603   t=TimeStart();
 604   switch(h) {
 605   case 4:
 606     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 607       if(ctr)
 608         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 609       else
 610         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 611     }
 612     break;
 613   case 8:
 614     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 615       if(ctr)
 616         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 617       else
 618         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 619     }
 620     break;
 621   case 16:
 622     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 623       if(ctr)
 624         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 625       else
 626         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 627     }
 628     break;
 629   case 32:
 630     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 631       if(ctr)
 632         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 633       else
 634         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 635     }
 636     break;
 637   case 64:
 638     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 639       if(ctr)
 640         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 641       else
 642         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 643     }
 644     break;
 645   }
 646
 647   time+=TimeStop(t);
 648   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 649
 650   if(lena) {
 651     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 652       data_R[i]=seq[i];
 653       data_G[i]=seq[oneD+i];
 654       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 655     }
 656     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 657   }
 658   else {
 659     bool equal=true;
 660     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 661       if(buffer[i]!=seq[i])
 662         equal=false;
 663     }
 664     cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 665   }
 666
 667
 668
 669   return 0;
 670 }