Old_one_round/one_round_light_v2.cpp

   1 //gcc pixmap_io.c  -c
   2 //g++ -O3 one_round_light_v2.cpp pixmap_io.o  -o one_round_light_v2 -std=c++11
   3
   4 #include <iostream>
   5 #include <list>
   6 #include<math.h>
   7 #include<stdlib.h>
   8 #include<stdio.h>
   9 #include <fstream>
  10 #include <sys/time.h>
  11
  12 /*#include <cryptopp/hex.h>
  13 #include <cryptopp/sha.h>
  14 #include <cryptopp/osrng.h>
  15 #include <cryptopp/secblock.h>
  16 */
  17
  18
  19 extern "C" {
  20   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  21   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  22 }
  23
  24
  25 //using namespace CryptoPP;
  26 using namespace std;
  27
  28
  29 int key_size=256;
  30
  31
  32 const int h=64;
  33 const int h2=h*h;
  34
  35
  36
  37 typedef unsigned char   uchar;
  38
  39
  40 double TimeStart()
  41 {
  42   struct timeval tstart;
  43   gettimeofday(&tstart,0);
  44   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  45 }
  46
  47 double TimeStop(double t)
  48 {
  49   struct timeval tend;
  50
  51   gettimeofday(&tend,0);
  52   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  53   return (t);
  54 }
  55
  56
  57
  58
  59
  60
  61 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  62
  63   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  64     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  65   }
  66
  67 }
  68
  69
  70 void inverse_tables2(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  71
  72   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  73     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  74   }
  75
  76 }
  77
  78
  79 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  80
  81   for(int i=0;i<256;i++) {
  82     sc[i]=i;
  83   }
  84
  85
  86   uchar j0 = 0;
  87   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  88     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  89     uchar tmp = sc[i0];
  90     sc[i0] = sc[j0 ];
  91     sc[j0] = tmp;
  92   }
  93 }
  94
  95
  96
  97 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
  98
  99   //sc=1:len;
 100
 101
 102
 103   for (int i=0;i<len;i++) {
 104     sc[i]=i;
 105   }
 106   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 107     int j0 = 1;
 108     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 109       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 110       int tmp = sc[i0];
 111       sc[i0] = sc[j0];
 112       sc[j0] = tmp;
 113     }
 114
 115   }
 116 }
 117
 118 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 119   uchar i0=0;
 120   uchar j0=0;
 121
 122   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 123     i0 = ((i0+1)%255);
 124     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 125     uchar tmp = sc[i0];
 126     sc[i0] = sc[j0];
 127     sc[j0] = tmp;
 128     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 129   }
 130 }
 131
 132
 133
 134
 135
 136
 137
 138 void encrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 139
 140
 141   uchar *X=new uchar[h2];
 142   uchar *Y=new uchar[h2];
 143   uchar *fX=new uchar[h2];
 144   uchar *gY=new uchar[h2];
 145
 146   for(int it=0;it<len;it++) {
 147     int ind1=it*h2;
 148     int ind2=Pbox[it]*h2;
 149
 150     uchar *p1=X;
 151     uchar *p2=&seq[ind1];
 152     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 153       X[a]=seq[ind1+a];
 154       X[a+1]=seq[ind1+a+1];
 155       X[a+2]=seq[ind1+a+2];
 156       X[a+3]=seq[ind1+a+3];
 157
 158     }
 159
 160
 161
 162     p1=Y;
 163     p2=&seq[ind2];
 164     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 165       Y[a]=seq[ind2+a];
 166       Y[a+1]=seq[ind2+a+1];
 167       Y[a+2]=seq[ind2+a+2];
 168       Y[a+3]=seq[ind2+a+3];
 169
 170     }
 171     //memcpy(p1,p2,h2);
 172
 173     p1=fX;
 174     p2=X;
 175     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 176       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 177       fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 178       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 179       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 180     }
 181
 182     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 183       gY[a]=Sbox2[Y[a]];
 184       gY[a+1]=Sbox2[Y[a+1]];
 185       gY[a+2]=Sbox2[Y[a+2]];
 186       gY[a+3]=Sbox2[Y[a+3]];
 187     }
 188     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 189       fX[a]=fX[a]^RM1[a]^Y[a];
 190       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1]^Y[a+1];
 191       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2]^Y[a+2];
 192       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3]^Y[a+3];
 193     }
 194     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 195       gY[a]=gY[a]^RM3[a];
 196       gY[a+1]=gY[a+1]^RM3[a+1];
 197       gY[a+2]=gY[a+2]^RM3[a+2];
 198       gY[a+3]=gY[a+3]^RM3[a+3];
 199     }
 200
 201     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 202       seq[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 203       seq[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 204       seq[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+3]];
 205       seq[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 206     }
 207     for(int a=0;a<h2;a+=4){
 208       seq[ind2+a]=Sbox1[gY[a]];
 209       seq[ind2+a+1]=Sbox1[gY[a+1]];
 210       seq[ind2+a+2]=Sbox1[gY[a+2]];
 211       seq[ind2+a+3]=Sbox1[gY[a+3]];
 212     }
 213   }
 214
 215
 216 }
 217
 218
 219 /*
 220 void decrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 221
 222
 223   uchar *fX=new uchar[h2];
 224   uchar *gY=new uchar[h2];
 225
 226
 227    uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 228    inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 229
 230   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 231   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 232
 233
 234
 235
 236   for(int it=len-1;it>=0;it--) {
 237     int ind1=it*h2;
 238     int ind2=Pbox[it]*h2;
 239
 240
 241
 242     for(int a=0;a<h2;a++) {
 243       fX[a]=seq[ind1+a];
 244     }
 245
 246
 247     for(int a=0;a<h2;a++) {
 248       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 249     }
 250
 251     for(int a=0;a<h2;a++) {
 252       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 253     }
 254
 255
 256     for(int a=0;a<h2;a++) {
 257       gY[a]=seq[ind2+a];
 258     }
 259
 260     for(int a=0;a<h2;a++) {
 261       gY[a]=Inv_Sbox1[gY[a]];
 262     }
 263     for(int a=0;a<h2;a++) {
 264       gY[a]=gY[a]^RM3[a];
 265     }
 266
 267 //    for(int a=0;a<h2;a++) {
 268 //      gY[a]=Inv_Sbox2[gY[a]];
 269 //    }
 270
 271     for(int a=0;a<h2;a++) {
 272       fX[a]=fX[a]^gY[a];
 273     }
 274
 275      for(int a=0;a<h2;a++) {
 276       seq[ind1+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 277     }
 278     for(int a=0;a<h2;a++) {
 279       seq[ind2+a]=Inv_Sbox2[gY[a]];
 280     }
 281   }
 282
 283
 284 }
 285
 286
 287 */
 288
 289
 290 void decrypt(uchar* seq,int len,uchar* RM1,uchar *RM2,uchar *RM3,int *Pbox, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 291
 292
 293   uchar *fX=new uchar[h2];
 294   uchar *gY=new uchar[h2];
 295
 296
 297   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 298   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 299
 300   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 301   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 302
 303 /*  int *Inv_Pbox=new int[len];
 304   inverse_tables2(Pbox,len,Inv_Pbox);
 305
 306   for(int i=0;i<len;i++) {
 307     cout<<Pbox[Inv_Pbox[i]]<<" ";
 308   }
 309   exit(0);
 310 */
 311
 312
 313
 314   for(int it=len-1;it>=0;it--) {
 315     int ind1=it*h2;
 316     int ind2=Pbox[it]*h2;
 317
 318
 319
 320
 321
 322     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 323       fX[a]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a]];
 324       fX[a+1]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+1]];
 325       fX[a+2]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+2]];
 326       fX[a+3]=Inv_Sbox2[seq[ind1+a+3]];
 327     }
 328
 329     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 330       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 331       fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 332       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 333       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 334     }
 335
 336
 337     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 338       gY[a]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a]];
 339       gY[a+1]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+1]];
 340       gY[a+2]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+2]];
 341       gY[a+3]=Inv_Sbox1[seq[ind2+a+3]];
 342     }
 343     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 344       gY[a]=Inv_Sbox2[gY[a]^RM3[a]];
 345       gY[a+1]=Inv_Sbox2[gY[a+1]^RM3[a+1]];
 346       gY[a+2]=Inv_Sbox2[gY[a+2]^RM3[a+2]];
 347       gY[a+3]=Inv_Sbox2[gY[a+3]^RM3[a+3]];
 348     }
 349
 350
 351     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 352       fX[a]=fX[a]^gY[a];
 353       fX[a+1]=fX[a+1]^gY[a+1];
 354       fX[a+2]=fX[a+2]^gY[a+2];
 355       fX[a+3]=fX[a+2]^gY[a+3];
 356     }
 357
 358      for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 359       seq[ind1+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 360       seq[ind1+a+1]=Inv_Sbox1[fX[a+1]];
 361       seq[ind1+a+2]=Inv_Sbox1[fX[a+2]];
 362       seq[ind1+a+3]=Inv_Sbox1[fX[a+3]];
 363     }
 364
 365
 366     for(int a=0;a<h2;a+=4) {
 367       seq[ind2+a]=gY[a];
 368       seq[ind2+a+1]=gY[a+1];
 369       seq[ind2+a+2]=gY[a+2];
 370       seq[ind2+a+3]=gY[a+3];
 371     }
 372   }
 373
 374
 375 }
 376
 377
 378
 379 void Dynamickeygenerationnew(uchar *Secretkey, uchar *counter) {
 380   int size = 64;
 381   uchar DK[size];
 382
 383
 384
 385
 386   int width;
 387   int height;
 388   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 389   load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 390
 391
 392
 393
 394
 395   int imsize=width*height*3;
 396   uchar* seq= new uchar[imsize];
 397
 398   int oneD=width*height;
 399   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 400     seq[i]=data_R[i];
 401     seq[oneD+i]=data_G[i];
 402     seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 403   }
 404
 405
 406
 407
 408
 409   int total_len=imsize;
 410   int rp=1;
 411   int len= total_len/h2;
 412
 413
 414
 415   uchar *mix=new uchar[256];
 416
 417
 418
 419
 420   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 421 //      mix[i]=(int)secret_key.BytePtr()[i]^(int)mycounter.BytePtr()[i];
 422     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 423   }
 424
 425 /*  byte digest[64];
 426   SHA512().CalculateDigest(digest, mix, 256);
 427 */
 428
 429
 430   cout<<"hash "<<endl;
 431   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 432 //    DK[i]=digest[i];
 433     DK[i]=mix[i];
 434   }
 435
 436
 437
 438
 439   uchar Sbox1[256];
 440   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 441
 442   uchar Sbox2[256];
 443   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 444
 445
 446
 447   uchar sc[256];
 448   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 449
 450   uchar outd[2*(h * h)];
 451   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 452
 453
 454   uchar RM1[h*h];
 455   uchar RM2[h*h];
 456   uchar RM3[h*h];
 457   for(int i=0;i<h2;i++){
 458     RM1[i]=outd[i];
 459     RM2[i]=outd[i+h2];
 460     RM3[i]=RM1[i]^RM2[i];
 461   }
 462
 463
 464
 465
 466
 467
 468   uchar keyp[16];
 469   for (int i = 48; i < 64; i++)
 470     keyp[i-48] = DK[i];
 471
 472   cout<<len<<endl;
 473   int *Pbox=new int[len];
 474
 475   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 476
 477
 478
 479
 480  double time=0;
 481   double t=TimeStart();
 482
 483   int i;
 484   for(i=0;i<100;i++)
 485   {
 486     encrypt(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,0);
 487   }
 488
 489   time+=TimeStop(t);
 490   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 491
 492
 493   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 494     data_R[i]=seq[i];
 495     data_G[i]=seq[oneD+i];
 496     data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 497   }
 498   store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 499
 500
 501   time=0;
 502   t=TimeStart();
 503   for(i=0;i<100;i++) {
 504     decrypt(seq,len,RM1,RM2,RM3,Pbox,Sbox1,Sbox2,0);
 505   }
 506
 507   time+=TimeStop(t);
 508   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 509
 510
 511   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 512     data_R[i]=seq[i];
 513     data_G[i]=seq[oneD+i];
 514     data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 515   }
 516   store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 517
 518
 519
 520
 521
 522 }
 523
 524
 525
 526 int main() {
 527   cout << "Hello, World!" << endl;
 528
 529
 530
 531
 532
 533   int seed=time(NULL);
 534   cout<<seed<<endl;
 535   srand48(seed);
 536
 537   uchar Secretkey[key_size];
 538
 539   uchar counter[key_size];
 540
 541   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 542     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 543     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 544   }
 545
 546   Dynamickeygenerationnew(Secretkey, counter);
 547
 548   return 0;
 549 }