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
  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
 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   uchar X[h2];
 145   uchar fX[h2];
 146
 147   int ind1,ind2;
 148
 149
 150    for(int a=0;a<h2;a++) {
 151      X[a]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 152    }
 153
 154
 155   for(int it=0;it<len;it++) {
 156     if(enc) {
 157       ind1=it*h2;
 158       ind2=Pbox[it]*h2;
 159     }
 160     else {
 161       ind2=it*h2;
 162       ind1=Pbox[it]*h2;
 163     }
 164
 165
 166     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 167       X[a]=X[Sbox1[a]];
 168       X[a+1]=X[Sbox1[a+1]];
 169       X[a+2]=X[Sbox1[a+2]];
 170       X[a+3]=X[Sbox1[a+3]];
 171     }
 172
 173
 174
 175
 176 //    *(int*)&fX[0]^=it;
 177
 178
 179 /*    for(int a=0;a<h2;a+=16) {
 180       *(int*)&fX[a]^=it;
 181       *(int*)&fX[a+4]^=it;
 182       *(int*)&fX[a+8]^=it;
 183       *(int*)&fX[a+12]^=it;
 184     }
 185 */
 186
 187
 188     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 189       fX[a]=X[a]^RM1[a];
 190       fX[a+1]=X[a+1]^RM1[a+1];
 191       fX[a+2]=X[a+2]^RM1[a+2];
 192       fX[a+3]=X[a+3]^RM1[a+3];
 193     }
 194
 195
 196     /*   for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 197       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 198       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 199       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 200       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 201       }*/
 202
 203      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 204       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 205       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 206       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 207       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 208     }
 209
 210
 211     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 212       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 213       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 214       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 215       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 216     }
 217
 218     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 219       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 220       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 221       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 222       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 223     }
 224
 225
 226
 227   }
 228
 229
 230 }
 231
 232
 233 template<int h2>
 234 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 235
 236
 237 /*  uchar *X=new uchar[h2];
 238   uchar *fX=new uchar[h2];
 239   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 240   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 241 */
 242   uchar X[h2];
 243   uchar fX[h2];
 244 //  unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 245 //  unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 246
 247
 248   for(int it=0;it<len;it++) {
 249     int ind1=it*h2;
 250     int ind2=Pbox[it]*h2;
 251
 252     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 253       X[a]=seq_in[ind2+a];
 254       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 255       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 256       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 257     }
 258
 259     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 260       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 261       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 262       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 263       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 264     }
 265
 266
 267     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 268       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 269       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 270       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 271       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 272     }
 273
 274
 275     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 276       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 277       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 278       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 279       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 280     }
 281
 282     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 283       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 284       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 285       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 286       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 287
 288     }
 289
 290
 291   }
 292
 293
 294
 295
 296 }
 297
 298
 299 template<int h2>
 300 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, int debug) {
 301
 302
 303   /*uchar *fX=new uchar[h2];
 304   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 305   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 306   */
 307   uchar fX[h2];
 308
 309
 310
 311   for(int it=0;it<len;it++) {
 312
 313     int ind1=it*h2;
 314     int ind2=Pbox[it]*h2;
 315
 316
 317
 318
 319     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 320       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 321       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 322       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 323       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 324
 325     }
 326     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 327       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 328       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 329       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 330       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 331     }
 332     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 333       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 334       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 335       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 336       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 337     }
 338
 339     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 340       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 341       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 342       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 343       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 344     }
 345
 346     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 347       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 348       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 349       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 350       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 351     }
 352
 353
 354   }
 355
 356
 357 }
 358
 359
 360 int main(int argc, char** argv) {
 361
 362
 363   int h=32;
 364   int lena=0;
 365   int size_buf=1;
 366
 367
 368
 369   for(int i=1; i<argc; i++){
 370     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 371     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 372     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 373     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 374     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 375   }
 376
 377 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
 378   printf("ctr %d\n",ctr);
 379   printf("h %d\n",h);
 380   printf("lena %d\n",lena);
 381   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 382 */
 383   int h2=h*h;
 384
 385
 386
 387   int seed=time(NULL);
 388 //  cout<<seed<<endl;
 389   srand48(seed);
 390
 391   uchar Secretkey[key_size];
 392
 393   uchar counter[key_size];
 394
 395   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 396     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 397     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 398   }
 399
 400
 401   int size = 64;
 402   uchar DK[size];
 403
 404
 405
 406
 407   int width;
 408   int height;
 409
 410   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 411   int imsize;
 412   uchar *buffer;
 413
 414   if(lena==1) {
 415     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 416     imsize=width*height*3;
 417 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 418   }
 419   else {
 420     width=height=size_buf;
 421     imsize=width*height;
 422     buffer=new uchar[imsize];
 423     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 424       buffer[i]=lrand48();
 425     }
 426   }
 427
 428
 429
 430
 431
 432   uchar* seq= new uchar[imsize];
 433   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 434
 435   int oneD=width*height;
 436   if(lena) {
 437     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 438       seq[i]=data_R[i];
 439       seq[oneD+i]=data_G[i];
 440       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 441     }
 442   }
 443   else {
 444     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 445       seq[i]=buffer[i];
 446     }
 447   }
 448
 449
 450
 451
 452
 453   int total_len=imsize;
 454   int rp=1;
 455   int len= total_len/h2;
 456
 457
 458
 459   uchar *mix=new uchar[256];
 460
 461
 462
 463
 464   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 465     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 466   }
 467
 468
 469 //  cout<<"hash "<<endl;
 470   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 471 //    DK[i]=digest[i];
 472     DK[i]=mix[i];
 473   }
 474
 475
 476
 477   int *Pbox=new int[len];
 478   int *PboxRM=new int[h2];
 479   uchar Sbox1[256];
 480   uchar Sbox2[256];
 481   uchar Inv_Sbox1[256];
 482   uchar Inv_Sbox2[256];
 483   uchar sc[256];
 484   uchar RM1[h2];
 485   uchar RM2[h2];
 486
 487
 488
 489
 490   double time=0;
 491   double t=TimeStart();
 492   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 493
 494
 495   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 496
 497   rc4key(&DK[16], sc, 16);
 498
 499
 500   prga(sc, h2, RM1);
 501
 502
 503   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
 504
 505
 506   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
 507
 508   time+=TimeStop(t);
 509   cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 510
 511
 512
 513
 514
 515
 516
 517
 518
 519
 520
 521   for(int i=0;i<h2;i++){
 522     RM2[i]=RM1[i];
 523   }
 524
 525
 526   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 527   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 528
 529
 530
 531
 532
 533   time=0;
 534   t=TimeStart();
 535
 536   int i;
 537   switch(h) {
 538   case 4:
 539     for(i=0;i<nb_test;i++)
 540     {
 541       if(ctr)
 542         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 543       else
 544         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 545
 546     }
 547     break;
 548   case 8:
 549     for(i=0;i<nb_test;i++)
 550     {
 551       if(ctr)
 552         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 553       else
 554         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 555
 556     }
 557     break;
 558   case 16:
 559     for(i=0;i<nb_test;i++)
 560     {
 561       if(ctr)
 562         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 563       else
 564         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 565
 566     }
 567     break;
 568   case 32:
 569     for(i=0;i<nb_test;i++)
 570     {
 571       if(ctr)
 572         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 573       else
 574         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 575
 576     }
 577     break;
 578   case 64:
 579     for(i=0;i<nb_test;i++)
 580     {
 581       if(ctr)
 582         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 583       else
 584         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 585
 586     }
 587     break;
 588   case 128:
 589     for(i=0;i<nb_test;i++)
 590     {
 591       if(ctr)
 592         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 593       else
 594         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 595
 596     }
 597     break;
 598   }
 599   time+=TimeStop(t);
 600   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 601
 602
 603   if(lena) {
 604     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 605       data_R[i]=seq2[i];
 606       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 607       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 608     }
 609     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 610   }
 611
 612
 613   time=0;
 614   t=TimeStart();
 615   switch(h) {
 616   case 4:
 617     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 618       if(ctr)
 619         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 620       else
 621         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 622     }
 623     break;
 624   case 8:
 625     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 626       if(ctr)
 627         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 628       else
 629         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 630     }
 631     break;
 632   case 16:
 633     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 634       if(ctr)
 635         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 636       else
 637         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 638     }
 639     break;
 640   case 32:
 641     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 642       if(ctr)
 643         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 644       else
 645         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 646     }
 647     break;
 648   case 64:
 649     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 650       if(ctr)
 651         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 652       else
 653         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 654     }
 655     break;
 656   case 128:
 657     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 658       if(ctr)
 659         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 660       else
 661         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 662     }
 663     break;
 664   }
 665
 666   time+=TimeStop(t);
 667   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 668
 669   if(lena) {
 670     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 671       data_R[i]=seq[i];
 672       data_G[i]=seq[oneD+i];
 673       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 674     }
 675     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 676   }
 677   else {
 678     bool equal=true;
 679     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 680       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 681       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 682         equal=false;
 683       }
 684     }
 685 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 686   }
 687
 688
 689
 690   return 0;
 691 }