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+=4) {
 151      X[a]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 152      X[a+1]=Sbox1[(a+1)&0xFF];
 153      X[a+2]=Sbox1[(a+2)&0xFF];
 154      X[a+3]=Sbox1[(a+3)&0xFF];
 155    }
 156
 157
 158   for(int it=0;it<len;it++) {
 159     if(enc) {
 160       ind1=it*h2;
 161       ind2=Pbox[it]*h2;
 162     }
 163     else {
 164       ind2=it*h2;
 165       ind1=Pbox[it]*h2;
 166     }
 167
 168
 169     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 170       X[a]=X[Sbox1[a]];
 171       X[a+1]=X[Sbox1[a+1]];
 172       X[a+2]=X[Sbox1[a+2]];
 173       X[a+3]=X[Sbox1[a+3]];
 174     }
 175
 176
 177
 178
 179 //    *(int*)&fX[0]^=it;
 180
 181
 182 /*    for(int a=0;a<h2;a+=16) {
 183       *(int*)&fX[a]^=it;
 184       *(int*)&fX[a+4]^=it;
 185       *(int*)&fX[a+8]^=it;
 186       *(int*)&fX[a+12]^=it;
 187     }
 188 */
 189
 190
 191     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 192       fX[a]=X[a]^RM1[a];
 193       fX[a+1]=X[a+1]^RM1[a+1];
 194       fX[a+2]=X[a+2]^RM1[a+2];
 195       fX[a+3]=X[a+3]^RM1[a+3];
 196     }
 197
 198
 199     /*   for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 200       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 201       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 202       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 203       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 204       }*/
 205
 206      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 207       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 208       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 209       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 210       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 211     }
 212
 213
 214     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 215       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 216       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 217       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 218       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 219     }
 220
 221     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 222       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 223       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 224       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 225       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 226     }
 227
 228
 229
 230   }
 231
 232
 233 }
 234
 235
 236 template<int h2>
 237 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 238
 239
 240 /*  uchar *X=new uchar[h2];
 241   uchar *fX=new uchar[h2];
 242   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 243   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 244 */
 245   uchar X[h2];
 246   uchar fX[h2];
 247 //  unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 248 //  unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 249
 250
 251   for(int it=0;it<len;it++) {
 252     int ind1=it*h2;
 253     int ind2=Pbox[it]*h2;
 254
 255     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 256       X[a]=seq_in[ind2+a];
 257       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 258       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 259       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 260     }
 261
 262     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 263       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 264       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 265       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 266       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 267     }
 268
 269
 270     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 271       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 272       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 273       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 274       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 275     }
 276
 277
 278     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 279       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 280       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 281       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 282       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 283     }
 284
 285     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 286       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 287       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 288       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 289       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 290
 291     }
 292
 293
 294   }
 295
 296
 297
 298
 299 }
 300
 301
 302 template<int h2>
 303 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, int debug) {
 304
 305
 306   /*uchar *fX=new uchar[h2];
 307   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 308   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 309   */
 310   uchar fX[h2];
 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]));          //size of block
 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   int *Pbox=new int[len];
 481   int *PboxRM=new int[h2];
 482   uchar Sbox1[256];
 483   uchar Sbox2[256];
 484   uchar Inv_Sbox1[256];
 485   uchar Inv_Sbox2[256];
 486   uchar sc[256];
 487   uchar RM1[h2];
 488   uchar RM2[h2];
 489
 490
 491
 492
 493   double time=0;
 494   double t=TimeStart();
 495   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 496
 497
 498   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 499
 500   rc4key(&DK[16], sc, 16);
 501
 502
 503   prga(sc, h2, RM1);
 504
 505
 506   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
 507
 508
 509   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
 510
 511   time+=TimeStop(t);
 512   cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 513
 514
 515
 516
 517
 518
 519
 520
 521
 522
 523
 524   for(int i=0;i<h2;i++){
 525     RM2[i]=RM1[i];
 526   }
 527
 528
 529   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 530   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 531
 532
 533
 534
 535
 536   time=0;
 537   t=TimeStart();
 538
 539   int i;
 540   switch(h) {
 541   case 4:
 542     for(i=0;i<nb_test;i++)
 543     {
 544       if(ctr)
 545         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 546       else
 547         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 548
 549     }
 550     break;
 551   case 8:
 552     for(i=0;i<nb_test;i++)
 553     {
 554       if(ctr)
 555         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 556       else
 557         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 558
 559     }
 560     break;
 561   case 16:
 562     for(i=0;i<nb_test;i++)
 563     {
 564       if(ctr)
 565         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 566       else
 567         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 568
 569     }
 570     break;
 571   case 32:
 572     for(i=0;i<nb_test;i++)
 573     {
 574       if(ctr)
 575         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 576       else
 577         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 578
 579     }
 580     break;
 581   case 64:
 582     for(i=0;i<nb_test;i++)
 583     {
 584       if(ctr)
 585         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 586       else
 587         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 588
 589     }
 590     break;
 591   case 128:
 592     for(i=0;i<nb_test;i++)
 593     {
 594       if(ctr)
 595         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 596       else
 597         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 598
 599     }
 600     break;
 601   }
 602   time+=TimeStop(t);
 603   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 604
 605
 606   if(lena) {
 607     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 608       data_R[i]=seq2[i];
 609       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 610       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 611     }
 612     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 613   }
 614
 615
 616   time=0;
 617   t=TimeStart();
 618   switch(h) {
 619   case 4:
 620     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 621       if(ctr)
 622         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 623       else
 624         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 625     }
 626     break;
 627   case 8:
 628     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 629       if(ctr)
 630         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 631       else
 632         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 633     }
 634     break;
 635   case 16:
 636     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 637       if(ctr)
 638         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 639       else
 640         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 641     }
 642     break;
 643   case 32:
 644     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 645       if(ctr)
 646         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 647       else
 648         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 649     }
 650     break;
 651   case 64:
 652     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 653       if(ctr)
 654         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 655       else
 656         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 657     }
 658     break;
 659   case 128:
 660     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 661       if(ctr)
 662         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 663       else
 664         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 665     }
 666     break;
 667   }
 668
 669   time+=TimeStop(t);
 670   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 671
 672   if(lena) {
 673     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 674       data_R[i]=seq[i];
 675       data_G[i]=seq[oneD+i];
 676       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 677     }
 678     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 679   }
 680   else {
 681     bool equal=true;
 682     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 683       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 684       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 685         equal=false;
 686       }
 687     }
 688 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 689   }
 690
 691
 692
 693   return 0;
 694 }