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