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 #include <glib.h>
  13
  14
  15 /*#include <cryptopp/hex.h>
  16 #include <cryptopp/sha.h>
  17 #include <cryptopp/osrng.h>
  18 #include <cryptopp/secblock.h>
  19 */
  20
  21
  22 extern "C" {
  23   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  24   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  25 }
  26
  27
  28 //using namespace CryptoPP;
  29 using namespace std;
  30
  31
  32 int key_size=256;
  33 int nb_test=1;
  34 int ctr=0;
  35
  36
  37
  38
  39
  40
  41
  42 typedef unsigned char   uchar;
  43
  44
  45 double TimeStart()
  46 {
  47   struct timeval tstart;
  48   gettimeofday(&tstart,0);
  49   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  50 }
  51
  52 double TimeStop(double t)
  53 {
  54   struct timeval tend;
  55
  56   gettimeofday(&tend,0);
  57   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  58   return (t);
  59 }
  60
  61
  62
  63
  64
  65
  66 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  67
  68   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  69     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  70   }
  71
  72 }
  73
  74 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  75
  76   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  77     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  78   }
  79
  80 }
  81
  82
  83
  84 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  85
  86   for(int i=0;i<256;i++) {
  87     sc[i]=i;
  88   }
  89
  90
  91   uchar j0 = 0;
  92   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  93     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  94     uchar tmp = sc[i0];
  95     sc[i0] = sc[j0 ];
  96     sc[j0] = tmp;
  97   }
  98 }
  99
 100
 101
 102 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 103
 104   //sc=1:len;
 105
 106
 107
 108   for (int i=0;i<len;i++) {
 109     sc[i]=i;
 110   }
 111   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 112     int j0 = 1;
 113     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 114       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 115       int tmp = sc[i0];
 116       sc[i0] = sc[j0];
 117       sc[j0] = tmp;
 118     }
 119
 120   }
 121 }
 122
 123 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 124   uchar i0=0;
 125   uchar j0=0;
 126
 127   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 128     i0 = ((i0+1)&0xFE); //%255);
 129     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 130     uchar tmp = sc[i0];
 131     sc[i0] = sc[j0];
 132     sc[j0] = tmp;
 133     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 134   }
 135 }
 136
 137
 138
 139
 140 template<int h2>
 141 void encrypt_ctr(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int enc) {
 142
 143
 144 //  uchar *X=new uchar[h2];
 145 //  uchar *fX=new uchar[h2];
 146   uchar X[h2];
 147   uchar fX[h2];
 148
 149   int ind1,ind2;
 150
 151
 152    for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 153      X[a]=Sbox1[a&0xFF];           //Warning according to the size of h2, we can be outsize of Sbox1[a]
 154      X[a+1]=Sbox1[(a+1)&0xFF];
 155      X[a+2]=Sbox1[(a+2)&0xFF];
 156      X[a+3]=Sbox1[(a+3)&0xFF];
 157    }
 158
 159
 160   for(int it=0;it<len;it++) {
 161     if(enc) {
 162       ind1=it*h2;
 163       ind2=Pbox[it]*h2;
 164     }
 165     else {
 166       ind2=it*h2;
 167       ind1=Pbox[it]*h2;
 168     }
 169
 170
 171     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 172       X[a]=Sbox1[X[a]];
 173       X[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 174       X[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 175       X[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 176     }
 177
 178
 179
 180 //    *(int*)&fX[0]^=it;
 181
 182
 183 /*    for(int a=0;a<h2;a+=16) {
 184       *(int*)&fX[a]^=it;
 185       *(int*)&fX[a+4]^=it;
 186       *(int*)&fX[a+8]^=it;
 187       *(int*)&fX[a+12]^=it;
 188     }
 189 */
 190
 191
 192     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 193       fX[a]=X[a]^RM1[a];
 194       fX[a+1]=X[a+1]^RM1[a+1];
 195       fX[a+2]=X[a+2]^RM1[a+2];
 196       fX[a+3]=X[a+3]^RM1[a+3];
 197     }
 198
 199
 200     /*   for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 201       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 202       fX[a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 203       fX[a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 204       fX[a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 205       }*/
 206
 207      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 208       fX[a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 209       fX[a+1]=fX[a+1]^seq_in[ind2+a+1];
 210       fX[a+2]=fX[a+2]^seq_in[ind2+a+2];
 211       fX[a+3]=fX[a+3]^seq_in[ind2+a+3];
 212     }
 213
 214
 215     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 216       seq_out[ind1+a]=fX[a];
 217       seq_out[ind1+a+1]=fX[a+1];
 218       seq_out[ind1+a+2]=fX[a+2];
 219       seq_out[ind1+a+3]=fX[a+3];
 220     }
 221
 222     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 223       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 224       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 225       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 226       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 227     }
 228
 229
 230
 231   }
 232
 233
 234 }
 235
 236
 237 template<int h2>
 238 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 239
 240
 241 /*  uchar *X=new uchar[h2];
 242   uchar *fX=new uchar[h2];
 243   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 244   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 245 */
 246   uchar X[h2];
 247   uchar fX[h2];
 248 //  unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 249 //  unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 250
 251
 252   for(int it=0;it<len;it++) {
 253     int ind1=it*h2;
 254     int ind2=Pbox[it]*h2;
 255
 256     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 257       X[a]=seq_in[ind2+a];
 258       X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 259       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 260       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 261     }
 262
 263     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 264       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 265       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 266       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 267       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 268     }
 269
 270
 271     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 272       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 273       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 274       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 275       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 276     }
 277
 278
 279     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 280       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 281       seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 282       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 283       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 284     }
 285
 286     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 287       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 288       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 289       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 290       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 291
 292     }
 293
 294
 295   }
 296
 297
 298
 299
 300 }
 301
 302
 303 template<int h2>
 304 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Inv_Sbox1, uchar *Inv_Sbox2, int debug) {
 305
 306
 307   /*uchar *fX=new uchar[h2];
 308   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 309   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 310   */
 311   uchar fX[h2];
 312
 313
 314
 315   for(int it=0;it<len;it++) {
 316
 317     int ind1=it*h2;
 318     int ind2=Pbox[it]*h2;
 319
 320
 321
 322
 323     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 324       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 325       fX[a+1]=seq_in[ind1+a+1];
 326       fX[a+2]=seq_in[ind1+a+2];
 327       fX[a+3]=seq_in[ind1+a+3];
 328
 329     }
 330     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 331       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 332       fX[a+1]=Inv_Sbox2[fX[a+1]];
 333       fX[a+2]=Inv_Sbox2[fX[a+2]];
 334       fX[a+3]=Inv_Sbox2[fX[a+3]];
 335     }
 336     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 337       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 338       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 339       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 340       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 341     }
 342
 343     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 344       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 345       RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 346       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 347       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 348     }
 349
 350     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 351       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 352       seq_out[ind2+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 353       seq_out[ind2+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 354       seq_out[ind2+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 355     }
 356
 357
 358   }
 359
 360
 361 }
 362
 363
 364 int main(int argc, char** argv) {
 365
 366
 367   int h=32;
 368   int lena=0;
 369   int size_buf=1;
 370
 371
 372
 373   for(int i=1; i<argc; i++){
 374     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 375     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 376     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //size of block
 377     if(strncmp(argv[i],"sizebuf",7)==0) size_buf = atoi(&(argv[i][7]));          //SIZE of the buffer
 378     if(strncmp(argv[i],"lena",4)==0) lena = atoi(&(argv[i][4]));          //Use Lena or buffer
 379   }
 380
 381 /*  printf("nb times %d\n",nb_test);
 382   printf("ctr %d\n",ctr);
 383   printf("h %d\n",h);
 384   printf("lena %d\n",lena);
 385   printf("size_buf %d\n",size_buf);
 386 */
 387   int h2=h*h;
 388
 389
 390
 391   int seed=time(NULL);
 392 //  cout<<seed<<endl;
 393   srand48(seed);
 394
 395   uchar Secretkey[key_size];
 396
 397   uchar counter[key_size];
 398
 399   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 400     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 401     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 402   }
 403
 404
 405   int size = 64;
 406   uchar DK[size];
 407
 408
 409
 410
 411   int width;
 412   int height;
 413
 414   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 415   int imsize;
 416   uchar *buffer;
 417
 418
 419
 420
 421
 422   if(lena==1) {
 423     load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 424 //    load_RGB_pixmap("8192.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 425     imsize=width*height*3;
 426 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 427   }
 428   else {
 429     width=height=size_buf;
 430     imsize=width*height;
 431     buffer=new uchar[imsize];
 432     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 433       buffer[i]=lrand48();
 434     }
 435   }
 436
 437
 438
 439
 440
 441   uchar* seq= new uchar[imsize];
 442   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 443
 444   int oneD=width*height;
 445   if(lena) {
 446     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 447       seq[i]=data_R[i];
 448       seq[oneD+i]=data_G[i];
 449       seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 450     }
 451   }
 452   else {
 453     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 454       seq[i]=buffer[i];
 455     }
 456   }
 457
 458
 459
 460
 461
 462   int total_len=imsize;
 463   int rp=1;
 464   int len= total_len/h2;
 465
 466
 467
 468   uchar *mix=new uchar[256];
 469
 470
 471
 472
 473   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 474     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 475
 476   }
 477   gchar  *sha512;
 478
 479   sha512 = g_compute_checksum_for_string(G_CHECKSUM_SHA512, (const char*) mix, 256);
 480 //  g_print("%s\n", sha512);
 481
 482
 483
 484
 485
 486
 487
 488
 489
 490 //  cout<<"hash "<<endl;
 491   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 492 //    DK[i]=digest[i];
 493     DK[i]=sha512[i];
 494   }
 495   g_free(sha512);
 496
 497
 498   int *Pbox=new int[len];
 499   int *PboxRM=new int[h2];
 500   uchar Sbox1[256];
 501   uchar Sbox2[256];
 502   uchar Inv_Sbox1[256];
 503   uchar Inv_Sbox2[256];
 504   uchar sc[256];
 505   uchar RM1[h2];
 506   uchar RM2[h2];
 507
 508
 509
 510
 511   double time_encrypt=0;
 512   double time_decrypt=0;
 513
 514
 515   double t=TimeStart();
 516   rc4key(DK, Sbox1, 8);
 517
 518
 519   rc4key(&DK[8], Sbox2, 8);
 520
 521   rc4key(&DK[16], sc, 16);
 522
 523
 524   prga(sc, h2, RM1);
 525
 526
 527   rc4keyperm(&DK[32], len, rp, Pbox, 16);
 528
 529
 530   rc4keyperm(&DK[48], h2, rp, PboxRM, 16);
 531
 532   //time+=TimeStop(t);
 533   //cout<<"Time initializaton "<<time<<endl;
 534
 535
 536
 537
 538
 539
 540
 541
 542
 543
 544
 545   for(int i=0;i<h2;i++){
 546     RM2[i]=RM1[i];
 547   }
 548
 549
 550   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 551   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 552
 553
 554
 555
 556
 557   time_encrypt=0;
 558   t=TimeStart();
 559
 560   int i;
 561   switch(h) {
 562   case 4:
 563     for(i=0;i<nb_test;i++)
 564     {
 565       if(ctr)
 566         encrypt_ctr<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 567       else
 568         encrypt<4*4>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 569
 570     }
 571     break;
 572   case 8:
 573     for(i=0;i<nb_test;i++)
 574     {
 575       if(ctr)
 576         encrypt_ctr<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 577       else
 578         encrypt<8*8>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 579
 580     }
 581     break;
 582   case 16:
 583     for(i=0;i<nb_test;i++)
 584     {
 585       if(ctr)
 586         encrypt_ctr<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 587       else
 588         encrypt<16*16>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 589
 590     }
 591     break;
 592   case 32:
 593     for(i=0;i<nb_test;i++)
 594     {
 595       if(ctr)
 596         encrypt_ctr<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 597       else
 598         encrypt<32*32>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 599
 600     }
 601     break;
 602   case 64:
 603     for(i=0;i<nb_test;i++)
 604     {
 605       if(ctr)
 606         encrypt_ctr<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 607       else
 608         encrypt<64*64>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 609
 610     }
 611     break;
 612   case 128:
 613     for(i=0;i<nb_test;i++)
 614     {
 615       if(ctr)
 616         encrypt_ctr<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 617       else
 618         encrypt<128*128>(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 619
 620     }
 621     break;
 622   }
 623   time_encrypt+=TimeStop(t);
 624   //cout<<"Time encrypt "<<
 625   cout<<(double)imsize*nb_test/time_encrypt<<"\t";
 626
 627
 628   if(lena) {
 629     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 630       data_R[i]=seq2[i];
 631       data_G[i]=seq2[oneD+i];
 632       data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 633     }
 634     store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 635   }
 636
 637
 638   time_decrypt=0;
 639   t=TimeStart();
 640   switch(h) {
 641   case 4:
 642     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 643       if(ctr)
 644         encrypt_ctr<4*4>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 645       else
 646         decrypt<4*4>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 647     }
 648     break;
 649   case 8:
 650     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 651       if(ctr)
 652         encrypt_ctr<8*8>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 653       else
 654         decrypt<8*8>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 655     }
 656     break;
 657   case 16:
 658     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 659       if(ctr)
 660         encrypt_ctr<16*16>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 661       else
 662         decrypt<16*16>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 663     }
 664     break;
 665   case 32:
 666     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 667       if(ctr)
 668         encrypt_ctr<32*32>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 669       else
 670         decrypt<32*32>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 671     }
 672     break;
 673   case 64:
 674     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 675       if(ctr)
 676         encrypt_ctr<64*64>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 677       else
 678         decrypt<64*64>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 679     }
 680     break;
 681   case 128:
 682     for(i=0;i<nb_test;i++) {
 683       if(ctr)
 684         encrypt_ctr<128*128>(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 685       else
 686         decrypt<128*128>(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Inv_Sbox1,Inv_Sbox2,0);
 687     }
 688     break;
 689   }
 690
 691   time_decrypt+=TimeStop(t);
 692   //cout<<"Time decrypt "
 693   cout<<(double)imsize*nb_test/time_decrypt<<"\t";
 694
 695   if(lena) {
 696     for(int i=0;i<oneD;i++) {
 697       data_R[i]=seq[i];
 698       data_G[i]=seq[oneD+i];
 699       data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 700     }
 701     store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 702   }
 703   else {
 704     bool equal=true;
 705     for(int i=0;i<imsize;i++) {
 706       //cout<<(int)buffer[i]<<endl;
 707       if(buffer[i]!=seq[i]) {
 708         equal=false;
 709       }
 710     }
 711 //    cout<<"RESULT CORRECT: "<<equal<<endl;
 712   }
 713
 714
 715
 716   return 0;
 717 }