コードをいじっていますが、keyの作成方法を変えました。
key streamの出力の偏りを調べることをやっているので、keyとnonceをランダムに決定して、そこからkey streamを作っています。
前のゼミで「key streamから次のkeyを決めてはどうか？」と言われたので、色々考えてやっています。
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| #include <iostream> | |
| #include <string> | |
| #include <array> | |
| #include <cstring> | |
| #include <vector> | |
| #include <fstream> | |
| #include <sstream> | |
| #include <random> | |
| using namespace std; | |
| //出典:https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/master/crypto/chacha/chacha.c | |
| #define ROTL(a,b) (((a) << (b)) | ((a) >> (32 - (b)))) | |
| #define QR(a, b, c, d) ( \ | |
| a += b, d ^= a, d = ROTL(d,16), \ | |
| c += d, b ^= c, b = ROTL(b,12), \ | |
| a += b, d ^= a, d = ROTL(d, 8), \ | |
| c += d, b ^= c, b = ROTL(b, 7)) | |
| #define ROUNDS 20 | |
| uint32_t plus32(uint32_t x,uint32_t y){ | |
| return (x+y) & 0xffffffff; | |
| } | |
| array<uint32_t,32> make_array_key(string s){ | |
| array<uint32_t,32> key; | |
| int count = 0; | |
| for(int i=0;i < s.size();i+=2){ | |
| string tmp; | |
| tmp += s[i]; | |
| tmp += s[i+1]; | |
| key[count] = stoi(tmp, nullptr, 16); | |
| count++; | |
| tmp.clear(); | |
| } | |
| return key; | |
| } | |
| array<uint32_t,8> make_array_nonce(string s){ | |
| array<uint32_t,8> key; | |
| int count = 0; | |
| for(int i=0;i < s.size();i+=2){ | |
| string tmp; | |
| tmp += s[i]; | |
| tmp += s[i+1]; | |
| key[count] = stoi(tmp, nullptr, 16); | |
| count++; | |
| tmp.clear(); | |
| } | |
| return key; | |
| } | |
| string key_generate(int a, int b, int c, int d){ | |
| string sub_key; | |
| int bc[4] = {a, b, c, d}; | |
| for(int i = 0; i < 4; i++){ | |
| char c; | |
| if(bc[i] < 10){ | |
| c = bc[i] + '0'; | |
| }else{ | |
| if(bc[i] == 10) c = 'a'; | |
| if(bc[i] == 11) c = 'b'; | |
| if(bc[i] == 12) c = 'b'; | |
| if(bc[i] == 13) c = 'd'; | |
| if(bc[i] == 14) c = 'e'; | |
| if(bc[i] == 15) c = 'f'; | |
| } | |
| sub_key.push_back(c); | |
| } | |
| return sub_key; | |
| } | |
| //次のkeyとnonceを作成する。 | |
| int dice(int i){ | |
| mt19937 mt; | |
| random_device rnd; | |
| mt.seed(rnd()); | |
| uniform_int_distribution<> rand1(0, i); | |
| return rand1(mt); | |
| } | |
| string next_key(string key){ | |
| string n_key; | |
| for(int i = 0; i < 64; i++){ | |
| n_key.push_back(key[dice(127)]); | |
| } | |
| return n_key; | |
| } | |
| string next_nonce(string key){ | |
| string n_nonce; | |
| for(int i = 0; i < 16; i++){ | |
| n_nonce.push_back(key[dice(127)]); | |
| } | |
| return n_nonce; | |
| } | |
| string chacha(string key, string nonce) { | |
| //Initial Stateを作成する。 | |
| array<uint32_t,64> in = {101, 120, 112, 97, | |
| 110, 100, 32 , 51, | |
| 50, 45, 98 , 121, | |
| 116, 101, 32, 107}; | |
| //↑はconstを2進数にしたものをInital Stateに代入している | |
| //次の3つはkey,block_count,nonceの配列を作成している。 | |
| array<uint32_t,32> k(make_array_key(key)); | |
| array<uint32_t, 8> block_count = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; | |
| array<uint32_t, 8> n(make_array_nonce(nonce)); | |
| for(int i = 16; i < 64; i++){ | |
| if(i >= 16 && i < 48){ | |
| in[i] = k[i - 16]; | |
| }else if(i >= 48 && i < 56){ | |
| in[i] = block_count[i - 48]; | |
| }else{ | |
| in[i] = n[i - 56]; | |
| } | |
| } | |
| /*4*4のInital Stateに変換する。64要素あるInital Stateを4要素ずつ取り出し、リトルエンディアンに変換して4*4行列に代入する。 | |
| この時、4*4行列ではなく、QRの計算のために1*16行列にする。つまり、このあと計算するのはIn[]ではなく、x[]である。 | |
| また、これはリトルエンディアンにしている。*/ | |
| uint32_t x[16]={}; | |
| for(int i = 0; i < 64; i+=4){ | |
| x[i / 4] = in[i] | (in[i+1] << 8) | (in[i+2] << 16) | (in[i+3] << 24); | |
| } | |
| //QR前のx[]をコピーする。 | |
| uint32_t cp[16]={}; | |
| for(int i = 0; i < 16; i++){ | |
| cp[i] = x[i]; | |
| } | |
| //x[]をQRに通す | |
| for(int i = 0; i < ROUNDS; i += 2){ | |
| // Odd round | |
| QR(x[0], x[4], x[ 8], x[12]); // column 0 | |
| QR(x[1], x[5], x[ 9], x[13]); // column 1 | |
| QR(x[2], x[6], x[10], x[14]); // column 2 | |
| QR(x[3], x[7], x[11], x[15]); // column 3 | |
| // Even round | |
| QR(x[0], x[5], x[10], x[15]); // diagonal 1 (main diagonal) | |
| QR(x[1], x[6], x[11], x[12]); // diagonal 2 | |
| QR(x[2], x[7], x[ 8], x[13]); // diagonal 3 | |
| QR(x[3], x[4], x[ 9], x[14]); // diagonal 4 | |
| } | |
| //QR前x[]とQR後x[]を2^32を法とする加算を行う。 | |
| for(int i = 0; i < 16; i++){ | |
| x[i] = plus32(x[i], cp[i]); | |
| } | |
| //リトルエンディアンを逆変換する | |
| uint32_t result[64]={}; | |
| for(int i = 0; i < 64; i +=4){ | |
| result[i] = (x[i/4] & 0xff); | |
| result[i+1] = ((x[i/4] >> 8) & 0xff); | |
| result[i+2] = ((x[i/4] >> 16) & 0xff); | |
| result[i+3] = ((x[i/4] >> 24) & 0xff); | |
| } | |
| //16進数のstring型に変換する。これがkey_steam。 | |
| string key_stream; | |
| for(int i = 0; i < 64; i++){ | |
| stringstream ss; | |
| ss << hex << result[i]; | |
| if(ss.str().size() != 2 ){ | |
| string s = '0'+ss.str(); | |
| key_stream += s; | |
| }else{ | |
| key_stream += ss.str(); | |
| } | |
| } | |
| return key_stream; | |
| } | |
| int main(int argc, char const *argv[]) { | |
| string key, nonce; | |
| string key_stream; | |
| cout<<"keyの初期値(0を入れると0~0になります)"<<endl; | |
| cin>>key; | |
| if(key == "0") key = "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"; | |
| cout<<"nonceの初期値(0を入れると0~0になります)"<<endl; | |
| cin>>nonce; | |
| if(nonce == "0") nonce = "0000000000000000"; | |
| cout<<"Writing...Please wait..."<<endl; //実行中何も表示されないと寂しいので | |
| //keyを作成して、chacha関数からkey_streamを受け取り、ファイルに出力する。 | |
| for(int i = 0;i < 65536; i++){ | |
| key_stream = chacha(key, nonce); | |
| //ファイル出力 | |
| string filename = "key_stream_result.txt"; | |
| ofstream writing_file; | |
| writing_file.open(filename, ios::app); | |
| writing_file << "key"<<endl; | |
| writing_file << key << endl; | |
| writing_file << "nonce"<<endl; | |
| writing_file << nonce << endl; | |
| writing_file << "key stream"<<endl; | |
| writing_file << key_stream << endl; | |
| writing_file << "key size="<<key_stream.size()<<endl; | |
| string second_key = next_key(key_stream); | |
| string second_nonce = next_nonce(key_stream); | |
| key = second_key; | |
| nonce = second_nonce; | |
| if(i % 1000 == 0) cout<<"Now,count is "<< i <<endl; //暇つぶし | |
| } | |
| cout << "End of generating key stream" << endl; | |
| return 0; | |
| } |
by 72~95行目の部分です。
やってることは簡単です。0~128の乱数を生成して、key streamからその番目の文字を次のkeyやnonceにpush backします。
しかし、この方法だとあまりに実行速度がおそすぎます。サンプルサイズを計算して、大体9億個のkey streamを作成する予定なので、もっと高速化します。
そもそも、key streamは疑似乱数機によって偏りなく出るはずなので、key streamを二分割して前か後ろを次のkeyに使うぐらいでいいと思っています。
nonceは文字数が少ないので、このまま乱数使って生成させます。
コード書いてて、私はコードが書きたいだけで、暗号をやりたいわけじゃないんだなあって思っています。今更なのでがんばります。