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/* ============================================================*/
/* ===================== 共用Function =======================*/
/* ============================================================*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned short u_short;
typedef unsigned int u_int;
int NrTable(int Nb, int Nk); // 回合數決定 table
void key_Expanded(BYTE *W, int Nb, int Nk, int Nr); // 金鑰擴充 Function
void add_RoundKey(BYTE *dataBlock, BYTE *W, int i, int Nb, int round); // Add Round Key Function
BYTE RCON(int i, int Nk); // RCON Function
u_short GF2_Multiply(u_short num1, u_short num2); // GF2 Multiply Function
BYTE GF2_Inverse(u_short num1); // GF2 Inverse Function
BYTE S_Box(u_short num1); // S-Box Function
BYTE I_SBox(u_short num1); // S-Box Inverse Function
void keyHeader(FILE *input, FILE *keyFile, int *ptrNb, int *ptrNk, int Option); // 處理 File Header的 Fuction
int readHeader(FILE *keyFile, int *ptrNb, int *ptrNk, BYTE *ptrA, u_int *blockNumber); // 讀取 Header 的 information
void create_Sbox(BYTE box_array[]); // 產生 S_box 的 arrary
void create_ISbox(BYTE box_array[]); // 產生 S_box 的 arrary
BYTE box_array[256] = {0};
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* Nr Table */
int NrTable(int Nb, int Nk){
int table[3][3] = {10,12,14,12,12,14,14,14,14};
return table[Nk / 2 - 2][Nb / 2 - 2];
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* Key Expanded Function */
void key_Expanded(BYTE *W, int Nb, int Nk, int Nr){
int i;
int round = Nb * (Nr + 1);
BYTE temp;
/* i 代表 W 的每一行 ， round * 1 代表下一列 */
for(i = Nk; i < round; i++){
if(i % Nk == 0){
W[i] = W[i - Nk] ^ (temp = box_array[((u_short)W[i + round * 1 - 1])]) ^ RCON(i, Nk);
W[i + round * 1] = W[i + round * 1 - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i + round * 2 - 1]];
W[i + round * 2] = W[i + round * 2 - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i + round * 3 - 1]];
W[i + round * 3] = W[i + round * 3 - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i - 1]];
}
else if((Nk > 6) && (i % 4) == 0){
W[i] = W[i - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i - 1]];
W[i + round * 1] = W[i + round * 1 - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i + round * 1 - 1]];
W[i + round * 2] = W[i + round * 2 - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i + round * 2 - 1]];
W[i + round * 3] = W[i + round * 3 - Nk] ^ box_array[(BYTE)W[i + round * 3 - 1]];
}
else{
W[i] = W[i - Nk] ^ W[i - 1];
W[i + round * 1] = W[i + round * 1 - Nk] ^ W[i + round * 1 - 1];
W[i + round * 2] = W[i + round * 2 - Nk] ^ W[i + round * 2 - 1];
W[i + round * 3] = W[i + round * 3 - Nk] ^ W[i + round * 3 - 1];
}
}
return ;
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* Add Round Key Function */
void add_RoundKey(BYTE *dataBlock, BYTE *W, int i, int Nb, int round){
int j;
/* j 為 dataBlock 的行數 */
for(j = 0; j < Nb; j++){
dataBlock[j] = dataBlock[j] ^ W[i * Nb + j];
dataBlock[j + Nb * 1] = dataBlock[j + Nb * 1] ^ W[i * Nb + j + round * 1];
dataBlock[j + Nb * 2] = dataBlock[j + Nb * 2] ^ W[i * Nb + j + round * 2];
dataBlock[j + Nb * 3] = dataBlock[j + Nb * 3] ^ W[i * Nb + j + round * 3];
}
return ;
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* RCON Function */
BYTE RCON(int i, int Nk){
static rcon = 1;
i -= Nk;
if(i != 0)
return (rcon = (rcon<<1) ^ (0x11b & -(rcon>>7)));
else
return rcon;
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* GF2 Multiply Function */
u_short GF2_Multiply(u_short num1, u_short num2)
{
u_short A[2] = {0,0};
int i;
u_short num3 = num2;
/*
再分別將 A 向左移位 (最大只有到 16 bits, 2 Bytes)
再對每個數做 XOR
A[1] 當作一個暫存器，存放每次被左移的結果，然後和A[0]做XOR
*/
for(i = 0; i < 8; i++){
if((num3 % 2 ) != 0){ // 若最後一個 bit 為 1
if(i == 0) // 若是第一回合
A[0] = num1 << i;
else
A[1] = num1 << i; // 則 A[i] 為 num1 向左移 i 位
}
if(i > 0){ // 第二回合開始執行
A[0] = A[0] ^ A[1]; // 把相乘的結果XOR起來
A[1] = 0;
}
num3 = num3 >> 1; // 把運算完的bit給移掉
}
/* 處理 overflow */
for(i = 14; i > 7; i--){
if(A[0] >= (1 << i)){
A[0] = A[0] ^ (283 << (i - 8));
}
}
return A[0];
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* S-Box Inverse Function */
BYTE I_SBox(u_short num1)
{
BYTE y[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};
BYTE x[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};
BYTE z[8] = {1,0,1,0,0,0,0,0};
BYTE matrix[8][8] = {0,0,1,0,0,1,0,1,
1,0,0,1,0,0,1,0,
0,1,0,0,1,0,0,1,
1,0,1,0,0,1,0,0,
0,1,0,1,0,0,1,0,
0,0,1,0,1,0,0,1,
1,0,0,1,0,1,0,0,
0,1,0,0,1,0,1,0};
int i, j;
for(i = 0; i < 8; i++)
{
if((num1 % 2) == 1)
x[i] = 1;
num1 /= 2;
}
for(i = 0; i < 8; i++)
{
for(j = 0; j < 8; j++)
y[i] = y[i] ^ (matrix[i][j] & x[j]);
y[i] = y[i] ^ z[i];
}
for(i = 1; i < 8; i++)
y[0] += (y[i] << i);
return GF2_Inverse(y[0]);
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* S-Box Function */
BYTE S_Box(u_short num1)
{
BYTE x_inverse;
BYTE y[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};
BYTE x[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};
BYTE z[8] = {1,1,0,0,0,1,1,0};
BYTE matrix[8][8] = {1,0,0,0,1,1,1,1,
1,1,0,0,0,1,1,1,
1,1,1,0,0,0,1,1,
1,1,1,1,0,0,0,1,
1,1,1,1,1,0,0,0,
0,1,1,1,1,1,0,0,
0,0,1,1,1,1,1,0,
0,0,0,1,1,1,1,1};
int i, j;
x_inverse = GF2_Inverse(num1);
for(i = 0; i < 8; i++)
{
if((x_inverse % 2) == 1)
x[i] = 1;
x_inverse /= 2;
}
for(i = 0; i < 8; i++)
{
for(j = 0; j < 8; j++)
y[i] = y[i] ^ (matrix[i][j] & x[j]);
y[i] = y[i] ^ z[i];
}
for(i = 1; i < 8; i++)
y[0] += (y[i] << i);
return y[0];
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* GF2 Inverse Function */
BYTE GF2_Inverse(u_short num1)
{
u_short temp[8][2] = {1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0};
u_short a, n, r, A, B;
int i, j, k;
n = 283;
a = num1;
r = 2;
if(num1 == 1)
return 1;
else if(num1 == 0)
return 0;
/* 開始輾轉相除法 */
/* 計算回合，且餘數等於1的時候結束 */
for(i = 1; r > 1; i++){
/* 求 n = q1 * a + r1 */
/* 記得處理 a = 1 時的特殊狀況(不用計算) */
/* 先判斷 n 的最高位數 , 接著再將 a 移至該位數後 mod*/
/* 先求 a的位數 */
for(k = 7; k >= 0; k--){
if(a >= (1 << k))
break;
}
for(j = 8; j >= k ; j--){
if(n >= (1 << j)){
n = n ^ (a << (j - k));
temp[i][1] = (temp[i][1]) + (1 << (j - k));
}
}
r = n;
n = a;
a = r;
}
/* 將係數代回去 */
i--;
for(;i > 1; i--){
temp[0][0] = temp[i][0]; // temp[0][x] 為數值的暫存格
temp[0][1] = temp[i][1];
temp[i - 1][0] = temp[0][1];
temp[i - 1][1] = GF2_Multiply(temp[0][1], temp[i - 1][1]) ^ temp[0][0] ;
}
/*
if(num1 == 1)
printf("1 的 inverse 為 %x\n\n", temp[1][1]);
*/
return (BYTE)temp[1][1];
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* 處理 File Header 的 Function */
void keyHeader(FILE *input, FILE *keyFile, int *ptrNb, int *ptrNk, int Option){
/*
header格式 :
1 Byte - Encrypt Format(0 : 圖片加密, 1 : 檔案加密), DataBlock Size, Key Size (1 : 128bits, 2 : 192bits, 3 : 256bits)
1 Byte - 最後一格的Length
4 Byte - File Block Number (File size / Block Size)
ex. 113 15 00 45 67 89 --> 採用一般檔案加密, Data Block 為128bits, Key 為 256bits,
最後一格 block 有 15 格數值 ,整個檔案有 456789 個 Block
*/
BYTE format01 = Option * 100 + *ptrNb * 10 + *ptrNk;
unsigned int format02 = 0;
BYTE format03 = 0;
fseek(input, 0L, SEEK_END);
/* 轉換為Nb, 128 -> 4, 192 ->6, 256 -> 8 */
*ptrNb = 2 * (*ptrNb + 1);
/* 轉換為Nk, 128 -> 4, 192 ->6, 256 -> 8 */
*ptrNk = 2 * (*ptrNk + 1);
/* 總個數 = 總 Byte 數 / 一個 block 的 Byte 數 */
format02 = (unsigned int)(ftell(input) / (4 * *ptrNb));
/* 不整除的時候要加 1 */
if((ftell(input) % (4 * *ptrNb)) != 0)
format02++;
/* 最後一格剩餘的Byte數 = 總 Byte 數 % 一個 Block 的 Byte 數 */
format03 = (BYTE)(ftell(input) % (4 * *ptrNb));
/* 寫入加密資訊到 Key 中 */
fwrite(&format01, 1, 1, keyFile);
fwrite(&format03, 1, 1, keyFile);
fwrite(&format02, 4, 1, keyFile);
fseek(input, 0L, SEEK_SET);
return ;
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* 讀取 File Header 的 Information */
int readHeader(FILE *keyFile, int *ptrNb, int *ptrNk, BYTE *ptrA, u_int *blockNumber){
BYTE format01 = 0;
/* 讀取 加解密格式 */
fread(&format01, 1, 1, keyFile);
/* 讀取 最後一個剩餘 byte 數 */
fread(ptrA, 1, 1, keyFile);
/* 讀取總 block 數 */
fread(blockNumber, 4, 1, keyFile);
*ptrNb = ((format01 % 100) / 10 + 1) * 2;
*ptrNk = (format01 % 10 + 1) * 2;
return (int)(format01 / 100);
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* Create SBox */
void create_Sbox(BYTE box_array[]){
int i;
for(i = 0; i < 256; i++)
box_array[i] = S_Box((u_short)i);
return ;
}
/* ========================= Function分隔線 ========================= */
/* Create SBox */
void create_ISbox(BYTE box_array[]){
int i;
for(i = 0; i < 256; i++)
box_array[i] = I_SBox((u_short)i);
return ;
}