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 #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)&0xFE); //%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 void diff(uchar *Y, uchar *X, int h) {
 137
 138   if(h==4) {
 139     Y[0] = X[1]^X[2]^X[3];
 140     Y[1] = X[0]^X[2]^X[3];
 141     Y[2] = X[0]^X[1]^X[3];
 142     Y[3] = X[0]^X[1]^X[2];
 143   }
 144   else if(h==8) {
 145     Y[0] = X[0]^X[2]^X[3]^X[5]^X[6]^X[7];
 146     Y[1] = X[0]^X[1]^X[3]^X[4]^X[6]^X[7];
 147     Y[2] = X[0]^X[1]^X[2]^X[4]^X[5]^X[7];
 148     Y[3] = X[1]^X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6];
 149     Y[4] = X[0]^X[1]^X[5]^X[6]^X[7];
 150     Y[5] = X[1]^X[2]^X[4]^X[6]^X[7];
 151     Y[6] = X[2]^X[3]^X[4]^X[5]^X[7];
 152     Y[7] = X[0]^X[3]^X[4]^X[5]^X[6];
 153   }
 154   else if(h==16) {
 155
 156   Y[0] = X[3] ^ X[4] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[9] ^ X[13] ^ X[14];
 157   Y[1] = X[2] ^ X[5] ^ X[7] ^ X[8] ^ X[9] ^ X[12] ^ X[15];
 158   Y[2] = X[1] ^ X[4] ^ X[6] ^ X[10] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[15];
 159   Y[3] = X[0] ^ X[5] ^ X[7] ^ X[10] ^ X[11] ^ X[13] ^ X[14];
 160   Y[4] = X[0] ^ X[2] ^ X[5] ^ X[8] ^ X[11] ^ X[14] ^ X[15];
 161   Y[5] = X[1] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[9] ^ X[10] ^ X[14] ^ X[15];
 162   Y[6] = X[0] ^ X[2] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[10] ^ X[12] ^ X[13];
 163   Y[7] = X[1] ^ X[3] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[13];
 164   Y[8] = X[0] ^ X[1] ^ X[4] ^ X[7] ^ X[10] ^ X[13] ^ X[15];
 165   Y[9] = X[0] ^ X[1] ^ X[5] ^ X[6] ^ X[11] ^ X[12] ^ X[14];
 166   Y[10] = X[2] ^ X[3] ^ X[5] ^ X[6] ^ X[8] ^ X[13] ^ X[15];
 167   Y[11] = X[2] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[12] ^ X[14];
 168   Y[12] = X[1] ^ X[2] ^ X[6] ^ X[7] ^ X[9] ^ X[11] ^ X[12];
 169   Y[13] = X[0] ^ X[3] ^ X[6] ^ X[7] ^ X[8] ^ X[10] ^ X[13];
 170   Y[14] = X[0] ^ X[3] ^ X[4] ^ X[5] ^ X[9] ^ X[11] ^ X[14];
 171   Y[15] = X[1] ^ X[2] ^ X[4] ^ X[5] ^ X[8] ^ X[10] ^ X[15];
 172   }
 173   else if(h==32) {
 174
 175
 176     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];
 177     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];
 178     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];
 179     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];
 180     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];
 181     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];
 182     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];
 183     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];
 184     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];
 185     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];
 186     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];
 187     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];
 188     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];
 189     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];
 190     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];
 191     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];
 192     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];
 193     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];
 194     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];
 195     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];
 196     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];
 197     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];
 198     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];
 199     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];
 200     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];
 201     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];
 202     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];
 203     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];
 204     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];
 205     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];
 206     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];
 207     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];
 208   }
 209
 210 }
 211
 212
 213
 214
 215 //the proposed hash function, which is based on DSD structure. Sensitivity is ensured by employing the binary diffusion
 216
 217 void hash_DSD_BIN(uchar* seq_in, uchar* RM1,int len, int *PboxRM, uchar *Sbox1,  int h) {
 218
 219
 220   // Goal: Calculate the hash value
 221   // Output: RM (hash value)
 222
 223 //  uchar *X=new uchar[h2];
 224 //  uchar *fX=new uchar[h2];
 225   uchar X[h];
 226   uchar fX[h];
 227   uchar fX2[h];
 228   int ind2;
 229
 230
 231   for(int it=0;it<len;it++) {
 232
 233     ind2=it*h;
 234
 235     // Mix with dynamic RM
 236
 237     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 238       fX[a]=RM1[a]^seq_in[ind2+a];
 239       fX[a+1]=RM1[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 240       fX[a+2]=RM1[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 241       fX[a+3]=RM1[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 242     }
 243
 244     // First Diffusion Operation
 245     diff(fX2,fX,h);
 246
 247
 248     // Substitution  Operation
 249     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 250       fX[a]=Sbox1[fX2[a]];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 251       fX[a+1]=Sbox1[fX2[a+1]];
 252       fX[a+2]=Sbox1[fX2[a+2]];
 253       fX[a+3]=Sbox1[fX2[a+3]];
 254     }
 255
 256     // Second Diffusion Operation
 257
 258     diff(fX2,fX,h);
 259
 260 // update RM and mix it with hashed block
 261     for(int a=0;a<h;a+=4) {
 262       RM1[a]=fX2[a]^RM1[PboxRM[a]];
 263       RM1[a+1]=fX2[a+1]^RM1[PboxRM[a+1]];
 264       RM1[a+2]=fX2[a+2]^RM1[PboxRM[a+2]];
 265       RM1[a+3]=fX2[a+3]^RM1[PboxRM[a+3]];
 266     }
 267
 268   }
 269
 270
 271 }
 272
 273
 274
 275
 276
 277
 278
 279
 280
 281
 282 int main(int argc, char** argv) {
 283
 284
 285   int h=16;
 286   int lena=0;
 287   int size_buf=1;
 288   int change=0;
 289
 290
 291   for(int i=1; i<argc; i++){
 292     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 293     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 294     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 295     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 296     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 297     if(strncmp(argv[i],"c",1)==0) change = atoi(&(argv[i][1]));          //Use Lena or buffer
 298   }
 299
 300
 301   cout<<size_buf<<endl;
 302
 303   int seed=time(NULL);
 304 //  cout<<seed<<endl;
 305   srand48(12);
 306
 307   uchar Secretkey[key_size];
 308
 309   uchar counter[key_size];
 310
 311   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 312     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 313     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 314   }
 315
 316
 317   int size = 64;
 318   uchar DK[size];
 319
 320
 321
 322
 323   int width;
 324   int height;
 325
 326   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 327   int imsize;
 328   uchar *buffer;
 329
 330   if(lena==1) {
 331     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 332     imsize=width*height*3;
 333 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 334   }
 335   else {
 336     imsize=size_buf;
 337     buffer=new uchar[imsize];
 338     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 339       buffer[i]=lrand48();
 340     }
 341   }
 342
 343   if(change) {
 344     buffer[4]++;
 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
 370
 371
 372   int total_len=imsize;
 373   int rp=1;
 374   int len= total_len/h;
 375   cout<<len<<endl;
 376
 377
 378   uchar *mix=new uchar[256];
 379
 380
 381
 382
 383   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 384     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 385   }
 386
 387
 388 //  cout<<"hash "<<endl;
 389   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 390 //    DK[i]=digest[i];
 391     DK[i]=mix[i];
 392   }
 393
 394
 395
 396
 397   int *PboxRM=new int[h];
 398   uchar Sbox1[256];
 399   uchar sc[256];
 400   uchar RM1[h];
 401   uchar RM2[h];
 402
 403
 404
 405
 406   double time=0;
 407   double t=TimeStart();
 408   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 409
 410
 411   rc4key(&DK[8], sc, 8);
 412
 413
 414   prga(sc, h, RM1);
 415
 416
 417
 418   rc4keyperm(&DK[16], h, rp, PboxRM, 8);
 419
 420   time+=TimeStop(t);
 421   cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 422
 423
 424
 425
 426
 427
 428
 429
 430
 431
 432
 433   for(int i=0;i<h;i++){
 434     RM2[i]=RM1[i];
 435   }
 436
 437
 438   for(int i=0;i<imsize;i++){
 439     cout<<(int)seq[i]<<" ";
 440   }
 441   cout<<endl;
 442
 443
 444   time=0;
 445   t=TimeStart();
 446
 447   hash_DSD_BIN(seq, RM1,len,PboxRM,Sbox1,h);
 448
 449
 450
 451
 452
 453   time+=TimeStop(t);
 454   cout<<"Hash Time  "<<time<<endl;
 455
 456
 457   for(int i=0;i<h;i++){
 458     cout<<(int)RM1[i]<<" ";
 459   }
 460   cout<<endl;
 461
 462
 463
 464   return 0;
 465 }