Arduino/sketch_Proposed_Hash/sketch_Proposed_Hash.ino

   1 #include <AES.h>
   2 //#include "./printf.h"
   3 //#include <ESP8266WiFi.h>
   4
   5 typedef byte   uchar;
   6 const int size_mesg=256;   // size of plain-message
   7 const int sleepTimeS = 10;
   8 const int h=4;  // size of each block
   9 const int nblocks=size_mesg/h; // number of blocks
  10 int rp=1;
  11
  12
  13 byte DK[64];
  14 int PboxRM[h];
  15 uchar Sbox1[256];
  16
  17
  18 //--------------------------------------------------------------------
  19 //Function: KSA algorithm of RC4
  20 //--------------------------------------------------------------------
  21 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  22
  23   for(int i=0;i<256;i++) {
  24     sc[i]=i;
  25   }
  26
  27
  28   uchar j0 = 0;
  29   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  30     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  31     uchar tmp = sc[i0];
  32     sc[i0] = sc[j0 ];
  33     sc[j0] = tmp;
  34   }
  35 }
  36
  37
  38 //--------------------------------------------------------------------
  39 //Function: Modified KSA of RC4
  40 //--------------------------------------------------------------------
  41 void rc4keyperm(uchar *key,int nblocks, int rp,int *sc, int size_DK) {
  42
  43   //sc=1:nblocks;
  44   for (int i=0;i<nblocks;i++) {
  45     sc[i]=i;
  46   }
  47   for (int it = 0; it < rp; it++) {
  48     int j0 = 1;
  49     for(int i0 = 0; i0<nblocks; i0++) {
  50       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% nblocks;
  51       int tmp = sc[i0];
  52       sc[i0] = sc[j0];
  53       sc[j0] = tmp;
  54     }
  55
  56   }
  57 }
  58
  59 //--------------------------------------------------------------------
  60 //Function: PRGA of RC4
  61 //--------------------------------------------------------------------
  62 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
  63   uchar i0=0;
  64   uchar j0=0;
  65
  66   for (int it=0; it<ldata; it++) {
  67     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
  68     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
  69     uchar tmp = sc[i0];
  70     sc[i0] = sc[j0];
  71     sc[j0] = tmp;
  72     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
  73   }
  74 }
  75
  76 //--------------------------------------------------------------------
  77 //Function: Binary diffusion operation (h to h)
  78 //--------------------------------------------------------------------
  79 void diff(uchar *Y, uchar *X, int h) {
  80
  81   if(h==4) {
  82     Y[0] = X[1]^X[2]^X[3];
  83     Y[1] = X[0]^X[2]^X[3];
  84     Y[2] = X[0]^X[1]^X[3];
  85     Y[3] = X[0]^X[1]^X[2];
  86   }
  87   else if(h==8) {
  88     Y[0] = X[0]^X[2]^X[3]^X[5]^X[6]^X[7];
  89     Y[1] = X[0]^X[1]^X[3]^X[4]^X[6]^X[7];
  90     Y[2] = X[0]^X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[7];
  91     Y[3] = X[1]^X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6];
  92     Y[4] = X[0]^X[1]^X[5]^X[6]^X[7];
  93     Y[5] = X[1]^X[2]^X[4]^X[6]^X[7];
  94     Y[6] = X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[7];
  95     Y[7] = X[0]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6];
  96   }
  97   else if(h==16) {
  98
  99   Y[0] = X[3] ^ X[4] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[9] ^ X[13] ^ X[14];
 100   Y[1] = X[2] ^ X[5] ^ X[7] ^ X[8] ^ X[9] ^ X[12] ^ X[15];
 101   Y[2] = X[1] ^ X[4] ^ X[6] ^ X[10] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[15];
 102   Y[3] = X[0] ^ X[5] ^ X[7] ^ X[10] ^ X[11] ^ X[13] ^ X[14];
 103   Y[4] = X[0] ^ X[2] ^ X[5] ^ X[8] ^ X[11] ^ X[14] ^ X[15];
 104   Y[5] = X[1] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[9] ^ X[10] ^ X[14] ^ X[15];
 105   Y[6] = X[0] ^ X[2] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[10] ^ X[12] ^ X[13];
 106   Y[7] = X[1] ^ X[3] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[13];
 107   Y[8] = X[0] ^ X[1] ^ X[4] ^ X[7] ^ X[10] ^ X[13] ^ X[15];
 108   Y[9] = X[0] ^ X[1] ^ X[5] ^ X[6] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[14];
 109   Y[10] = X[2] ^ X[3] ^ X[5] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[13] ^ X[15];
 110   Y[11] = X[2] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[12] ^ X[14];
 111   Y[12] = X[1] ^ X[2] ^ X[6] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[11] ^ X[12];
 112   Y[13] = X[0] ^ X[3] ^ X[6] ^ X[7] ^ X[8] ^ X[10] ^ X[13];
 113   Y[14] = X[0] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[5] ^ X[9] ^ X[11] ^ X[14];
 114   Y[15] = X[1] ^ X[2] ^ X[4] ^ X[5] ^ X[8] ^ X[10] ^ X[15];
 115   }
 116   else if(h==32) {
 117
 118
 119     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];
 120     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];
 121     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];
 122     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];
 123     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];
 124     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];
 125     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];
 126     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];
 127     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];
 128     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];
 129     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];
 130     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];
 131     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];
 132     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];
 133     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];
 134     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];
 135     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];
 136     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];
 137     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];
 138     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];
 139     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];
 140     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];
 141     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];
 142     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];
 143     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];
 144     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];
 145     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];
 146     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];
 147     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];
 148     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];
 149     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];
 150     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];
 151   }
 152
 153 }
 154
 155
 156 //--------------------------------------------------------------------
 157 //Function: Proposed hash function
 158 //--------------------------------------------------------------------
 159 void hash_DSD_BIN(uchar* seq_in, uchar* Hashval,int nblocks, int *PboxRM, uchar *Sbox1,  int h) {
 160   // Goal: Calculate the hash value
 161   // Output: RM (hash value)
 162   uchar X[h];
 163   uchar fX[h];
 164   uchar fX2[h];
 165   int ind2;
 166   for(int it=0;it<nblocks;it++) {
 167
 168     ind2=it*h;
 169
 170     // Mix with previous hash val
 171
 172     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 173       fX[a]=Hashval[a]^seq_in[ind2+a];
 174       fX[a+1]=Hashval[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 175       fX[a+2]=Hashval[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 176       fX[a+3]=Hashval[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 177     }
 178
 179     // First Diffusion Operation
 180     diff(fX2,fX,h);
 181
 182
 183     // Substitution  Operation
 184     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 185       fX[a]=Sbox1[fX2[a]];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 186       fX[a+1]=Sbox1[fX2[a+1]];
 187       fX[a+2]=Sbox1[fX2[a+2]];
 188       fX[a+3]=Sbox1[fX2[a+3]];
 189     }
 190
 191     // Second Diffusion Operation
 192
 193     diff(fX2,fX,h);
 194
 195 // update RM and mix it with hashed block
 196     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 197       Hashval[a]=fX2[a]^Hashval[PboxRM[a]];
 198       Hashval[a+1]=fX2[a+1]^Hashval[PboxRM[a+1]];
 199       Hashval[a+2]=fX2[a+2]^Hashval[PboxRM[a+2]];
 200       Hashval[a+3]=fX2[a+3]^Hashval[PboxRM[a+3]];
 201     }
 202
 203   }
 204
 205
 206 }
 207
 208
 209
 210 //--------------------------------------------------------------------
 211 //Function: to get the mean of a vector
 212 //--------------------------------------------------------------------
 213 float mean(int m, int a[]) {
 214     int sum=0, i;
 215     for(i=0; i<m; i++)
 216         sum+=a[i];
 217     return((float)sum/m);
 218 }
 219
 220
 221 //--------------------------------------------------------------------
 222 //Function: to print a  vector of bytes
 223 //--------------------------------------------------------------------
 224 void printArray(byte *mes, int n) {
 225   for (byte i = 0; i < n; i++) {
 226     Serial.print(mes[i]);
 227     Serial.print(" ");
 228   }
 229   Serial.println();
 230 }
 231
 232 //--------------------------------------------------------------------
 233 //Function:  Construction of initial layer
 234 //--------------------------------------------------------------------
 235
 236 void setup ()
 237 {
 238   Serial.begin (57600) ;
 239 //  printf_begin();
 240   delay(500);
 241   printf("\n===testng mode\n") ;
 242
 243   uchar sc[256];
 244   uchar Hashval[h];
 245   randomSeed(134);
 246   for(byte i=0;i<64;i++) {
 247     DK[i]=random(255);
 248   }
 249
 250 // creation of S-box
 251 rc4key(DK, Sbox1, 8);
 252 // Creation  of initial hash value (keyed hash), equals to zero if it is unkeyed
 253 rc4key(&DK[8], sc, 8);
 254 prga(sc, h, Hashval);
 255
 256 rc4keyperm(&DK[16], h, rp, PboxRM, 8);
 257 Serial.println("END OF INIT");
 258
 259 //rc4key(&DK[16], sc, 8);
 260 //prga(sc, h, Hashval2);
 261
 262 }
 263
 264 //--------------------------------------------------------------------
 265 //Function:
 266 //--------------------------------------------------------------------
 267
 268 void loop ()
 269 {
 270   prekey_test () ;
 271   delay(1000);
 272
 273 //  Serial.println("ESP8266 in sleep mode");
 274  // ESP.deepSleep(sleepTimeS * 1000000, WAKE_RF_DISABLED );
 275   delay(1000);
 276 //  Serial.println("ESP8266 in normal mode");
 277 }
 278
 279 //--------------------------------------------------------------------
 280 //Function:
 281 //--------------------------------------------------------------------
 282 //mean(float m, int a[])
 283 void prekey (int bits)
 284 {
 285
 286 byte plain[size_mesg];
 287 byte plain2[size_mesg];
 288   //byte hashValue [h] ;
 289  //  byte hashValue [h]
 290 byte  Hashval[h];
 291 byte  Hashval2[h];
 292 int itk=10;
 293 int timecompute[itk];
 294 float timee=0;
 295
 296 for (int it=0;it<itk;it++){
 297   //%%%%%%%%%%%%% Initialization of seed%%%%%%%%%%%%%%
 298   int seed=random(2^32);
 299   randomSeed(seed);
 300
 301
 302   //%%%%%%%%%%%%% Generation of plain message %%%%%%%%%%%%%%
 303   for(int i=0;i<size_mesg;i++) {
 304     plain[i]=random(255);
 305   }
 306    //printf("\n\noriginal key :");
 307    //printArray(Hashval,h);
 308
 309
 310 // copy of hashval to hashval2 (it is the output of the  hash function)
 311    for(int i=0;i<h;i++){
 312     Hashval2[i]=Hashval[i];
 313   }
 314
 315   //printf("\n\nKey after copy :");
 316  //printArray(Hashval2,h);
 317
 318   unsigned long ms1 = micros ();
 319   hash_DSD_BIN(plain, Hashval,nblocks,PboxRM,Sbox1,h);
 320   Serial.print("Hash time: ");
 321   Serial.println(micros() - ms1);
 322
 323   printf("\n\nOriginal PLAIN :");
 324   printArray(plain,16*2);
 325   printf("\n Original Hash value:");
 326   printArray(Hashval,h);
 327
 328 // Modify message with a random index
 329
 330    for(int i=0;i<size_mesg;i++){
 331   plain2[i]=plain[i];
 332   }
 333
 334
 335   int indx=random(size_mesg);
 336   Serial.println("Index");
 337   Serial.println(indx);
 338   plain2[indx]=plain2[indx]+1;
 339   unsigned long ms3 = micros ();
 340   hash_DSD_BIN(plain2, Hashval2,nblocks,PboxRM,Sbox1,h);
 341   timecompute[it]=micros() - ms3;
 342   Serial.print("Hash time: ");
 343   Serial.println(timecompute[it]);
 344
 345   printf("\n\nModify PLAIN :");
 346   printArray(plain,16*2);
 347   printf("\n Modify Hash value:");
 348   printArray(Hashval2,h);
 349
 350
 351   bool equal=true;
 352   for(int i=0;i<size_mesg;i++) {
 353
 354       if(Hashval2[i]!=Hashval[i]) {
 355         equal=false;
 356       }
 357     }
 358
 359   Serial.print("CHECK ");
 360   Serial.println(equal);
 361
 362
 363
 364 }
 365 timee=mean(itk,  timecompute) ;
 366 Serial.println ("Mean Time");
 367   Serial.println(timee);
 368     delay(500);
 369   /*
 370   ms1 = micros ();
 371  // encrypt_ctr(cipher, check,nblocks,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 372   hash_DSD_BIN(plain2, Hashval,nblocks,PboxRM,Sbox1,h);
 373   Serial.print("ONE   Decryption took: ");
 374   Serial.println(micros() - ms1);*/
 375
 376
 377   //printf("\nCHECK :");
 378   //printArray(check,16*2);
 379
 380
 381
 382 }
 383 //--------------------------------------------------------------------
 384 //Function:
 385 //--------------------------------------------------------------------
 386 void prekey_test ()
 387 {
 388   prekey (128) ;
 389 }
 390
 391