td3

README.md

@@ -5,8 +5,12 @@ Cryptographie - Outils et algorithmes
 [Cours crypto](cours/crypto.pdf)
 
 #### Semaine 1
-- cm : [Chiffrements par bloc, algorithmes à clefs symétriques](cours/crypto.pdf). 
+- cm : [LFSR, Chiffrements par bloc, algorithmes à clefs symétriques](cours/crypto.pdf). 
 - td : [Généralités, chiffrements par flot](td/td1.pdf)
-- tp : [lfsr, xtea, hachages](tp/tp1)
+- tp : [Chiffrement ECB, lfsr, xtea](tp/tp1)
 
+#### Semaine 2
+- cm : [Algorithmes à clefs symétriques, Hachages](cours/crypto.pdf). 
+- td : [Chiffrements symétriques par blocs et modes](td/td2.pdf)
+- tp : [Substitution-Permutation-Network](tp/tp2)
 

tp/tp1/README.md

@@ -0,0 +1,207 @@
+# TP1
+## Ex1
+L’objectif de cet exercice est de chiffrer une image en ligne de commande  à
+l’aide des outils fournis par la librairie openssl.
+
+1. Prenez ~~une image de votre choix~~ l'image de [tux](https://fr.wikipedia.org/wiki/Tux#/media/Fichier:Tux.svg)  et convertissez la dans le format ppm à l’aide de la commande
+`convert`.
+
+2. Avec la commande `head`, mettez les 3 premières lignes de votre fichier ppm dans un fichier
+header.txt.
+
+3. Avec la commande tail mettez tout le fichier ppm sauf les 3 premières lignes dans un fichier
+body.bin.
+
+4. Chiffrez avec openssl en AES-ECB le fichier body.bin.
+5. Remettez l’en-tête header.txt au début du fichier obtenu à la question précédente pour avoir
+une image chiffrée, et observez le résultat.
+
+## EX2
+Le but est d'implanter un registre à décalage linéaire, sur un octet. 
+
+
+À chaque étape, le registre (un octet) $(b_7,b_6,b_5,b_4,b_3,b_2,b_1,b_0)$ est décalé à gauche, et 
+le bit $b_0$ est remplacé par un bit,  calculé par une fonction linéaire $f$.
+
+
+
+Vous disposez d'un  [fichier](src/ex2/file.crypt) crypté avec un  lfsr, en faisant
+un XOR  de chacun des  octets avec les  valeurs successives du  registre. L'état
+initial du registre était `0xa7`, et la fonction utilisée
+
+
+
+$$	f(b_7,b_6,b_5,b_4,b_3,b_2,b_1,b_0) = b_7\oplus b_6\oplus b_5\oplus b_4\oplus b_3\oplus b_1 $$
+
+Retrouver le fichier initial.
+
+Vous pouvez utiliser la fonction interne `__builtin_parity` de `gcc`.
+
+
+## EX3 (si vous avez tout fini)
+
+eXtended Tiny  Encryption  Algorithm est  un  algorithme  de chiffrement  symétrique  par
+bloc. les  algorithmes de chiffrement  sysmétrique par bloc  crypte/decrypte des
+**blocs** entiers,  en utilisant la  même clé  secrète (symétrique). XTEA  est un
+exemple simple de  tels algorithmes (DES, AES, Blowfish) facile  à implanter. La
+plupart de ces algorithmes utilise ce que l\'on appelle un réseau de Feistel.
+
+##### Réseau de Feistel
+
+Désignons par $K$ la clé (un mot binaire). On décompose le bloc à
+crypter en 2 moitiés $(L_0,R_0)$ On lui applique une
+transformation de la forme  :
+
+$$
+(L_0,R_0) \rightarrow (L_1,R_1)
+ \, où  \,
+\left\{\begin{matrix} L_1 & = & R_0 \\ 
+R_1 & = & L_0 + f(R_0,K) 
+\end{matrix}\right.
+$$
+
+
+-   La loi $+$ doit simplement être "réversible" (une loi de
+    groupe). Dans la pratique, il s'agit souvent d'un xor, mais pour
+    TEA, il s\'agit de l'addition binaire.
+-   La fonction $f$ n'a pas besoin d'être inversible pour que la
+    transformation précédente soit réversible. 
+
+	Pourquoi ? Comment fait-on ?
+-   Le chiffrement consiste alors à itérer la transformation (appelée
+    round) un certain nombre de fois.
+
+<div align="center">
+<img src="./img/feistel.png">
+</div>
+
+##### XTEA
+
+XTEA (cf cours) crypte des blocs de 8 octets, en utilisant une clé de 16 octets.
+
+Un cycle (2 rounds, itéré 32 fois) de XTEA est donné par le réseau
+suivant :
+<div align="center">
+
+<img src="./img/xtea.png">
+</div>
+
+En vert, il s'agit de l'addition binaire sur 32 bits, en rouge le xor.
+
+-   la clé est décomposée 4 sous-clés $K[0],K[1],K[2],K[3]$.
+-   chaque round utilise un multiple de $\delta = ( \sqrt{5} - 1 ) * 2^{31}$  pour rendre les rounds non symétriques.
+
+Voici un exemple de code correspondant :
+```c
+void encrypt(uint32_t v[2], uint32_t const key[4]) 
+{
+	unsigned int i;
+	uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0, delta=0x9E3779B9;
+	for (i=0; i < 32; i++) {
+		v0 += (((v1 << 4) ^ (v1 >> 5)) + v1) ^ (sum + key[sum & 3]);
+		sum += delta;
+		v1 += (((v0 << 4) ^ (v0 >> 5)) + v0) ^ (sum + key[(sum>>11) & 3]);
+	}
+	v[0]=v0; v[1]=v1;
+}
+```
+
+
+##### Padding (bourrage)
+
+Lorsque l'on cherche à crypter un fichier, sa taille n'est pas
+toujours un multiple de la longueur des blocs chiffrés par
+l'algortihme. Il existe différentes techniques dites de padding. Nous
+utiliserons celle-ci :
+
+-   Si le dernier bloc à chiffer du fichier n'est pas entier, on écrit
+    dans son dernier octet le nombre d'octets manquants. Les octets
+    précédents peuvent être zéroifiés, ou remplis aléatoirement.
+-   Si le dernier bloc est entier, on rajoute tout un bloc pour qu'il
+    n'y est pas d'ambiguité.
+
+Voici un exemple avec des blocs de taille 8 octets. Le fichier en entrée
+est
+```
+ascii : hello word!
+hex : 68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 21
+```
+
+Le dernier bloc est
+```
+ascii : ord!
+hex : 72 6c 64 21 00 00 00 04
+```
+
+On ajoute des zéros (ou des octets aléatoires), et le dernier est le
+nombre d'octets ajoutés (ici, 4). Si le dernier bloc est complet, on
+rajoute tout un bloc.
+
+```
+hex : 00 00 00 00 00 00 00 00 08
+```
+
+##### Votre travail
+
+1. Ecrire une fonction qui decrypte un bloc.
+2. Ecrire une commande **xtea** qui permet de (dé)chiffrer un fichier.
+
+    ```bash
+    xtea -e|-d filekey file1 file2
+    ```
+
+   - `filekey` est le fichier ou est stocké la clé. Vous pouvez en
+       générer en utilisant le pseudo fichier `/dev/urandom`, et la
+       commande `dd`.
+   - l'option `-e` crypte. `file1` est alors le fichier à crypter,
+      `file2` le fichier crypté.
+   - l'option `-d` decrypte. `file1` est alors le fichier crypté, `file2`
+      le fichier decrypté.  
+3. Testez avec cette [clé](./src/ex2/key1.k), et ce [fichier
+    crypté](./src/ex2/fichier.crypt) sur une architecture little-endian.
+
+4. Écrire une version de tea en mode CBC :
+
+    ```bash
+    xtea_cbc -e|-d iv filekey file1 file2
+    ```
+    
+   `iv` est le vecteur d'initialisation (8 octets) donné sur la ligne de commande.
+
+   **Rappel** : en mode CBC, le bloc à chiffrer subit un XOR avec le chiffré du bloc précédent. Le vecteur d'initialisation sert 
+   pour le premier bloc.
+
+## Ex4: une fonction de hachage cryptographique avec XTEA
+
+Une fonction de hachage cryptographique  permet de "résumer" un
+fichier, message en calculant une empreinte. Une telle fonction,
+mathématiquement, peut-être formalisée par 
+
+$$
+	\begin{matrix}
+\{0,1\}^{*} & \rightarrow & \{0,1\}^n \\ 
+m &\rightarrow & f(m) \end{matrix}
+
+$$
+
+$n$ est la taille de l'empreinte. Elle vaut 128 par exemple pour MD5 et SHA-1.
+
+Grâce à XTEA, on va construire une telle fonction pour avec $n=64$.
+
+Voici le principe.
+
+-   Le message ou fichier est décomposé en bloc de 24 octets (on bourrera
+    le dernier bloc suivant le pricincipe déjà vu en ajoutant des octets
+    avec la valeur du nombre d'octets ajoutés).
+-   Chaque bloc est vu comme un bloc suivi d'une clé de XTEA $x,k$
+    (bloc $x$ de 8 octets, clé $k$ de 16 octets). On calcule
+    $hash = xtea(x,k) \oplus x$.
+-   On combine le hash du bloc courant avec le hash du bloc précédent à
+    l'aide d'un xor. Le hash finale est l'empreinte.
+
+##### Votre travail
+
+1. Implantez le fonction prédente. Testez-là. Vérifiez que pour un message
+"assez proche", l'empreinte est "vraiment" différente.
+
+

tp/tp1/aide.md

@@ -0,0 +1,41 @@
+### Setting a bit
+
+Use the bitwise OR operator (|) to set a bit.
+
+`number |= 1 << x;`
+
+That will set bit x.
+
+### Clearing a bit
+
+Use the bitwise AND operator (&) to clear a bit.
+
+`number &= ~(1 << x);`
+
+That will clear bit x. You must invert the bit string with the bitwise NOT operator (~), then AND it.
+
+### Toggling a bit
+
+The XOR operator (^) can be used to toggle a bit.
+
+`number ^= 1 << x;`
+
+That will toggle bit x.
+
+### Checking a bit
+
+You didn't ask for this but I might as well add it.
+
+To check a bit, shift the number x to the right, then bitwise AND it:
+
+`bit = (number >> x) & 1;`
+
+That will put the value of bit x into the variable bit.
+
+### Changing the nth bit to x
+
+Setting the nth bit to either 1 or 0 can be achieved with the following:
+
+`number ^= (-x ^ number) & (1 << n);`
+
+Bit n will be set if x is 1, and cleared if x is 0.

tp/tp1/src/ex2/lfsr.c

@@ -0,0 +1,37 @@
+#include <stdio.h>
+#include <assert.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+#include <fcntl.h>
+
+unsigned char next(
+		unsigned char lfsr,         // le registre
+		unsigned char retroaction_f // les bits selectionnés par la 
+		)                           // fonction de retroaction
+{
+	// TODO
+}
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+	int fd_in,fd_out;
+	unsigned char w,buf,f;
+
+
+	assert(argc >= 4);
+	fd_in = open(argv[1],O_RDONLY);
+	fd_out = open(argv[2],O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT,0600);
+	w = (unsigned char)strtol(argv[3],NULL,0);
+
+	f = ; // TODO
+
+	while(1){
+		ssize_t nb = read(fd_in,&buf,1);
+		if (nb <=0)
+			break;
+
+		// TODO
+
+	}
+	return 0;
+}

tp/tp1/src/ex3/key1.k

@@ -0,0 +1 @@
+÷Nà{q2‘*:¬¨œÇmfU#©`í±Å?&Q3

tp/tp1/src/ex3/xtea.c

@@ -0,0 +1,11 @@
+void encrypt(uint32_t v[2], uint32_t const key[4]) 
+{
+	unsigned int i;
+	uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0, delta=0x9E3779B9;
+	for (i=0; i < 32; i++) {
+		v0 += (((v1 << 4) ^ (v1 >> 5)) + v1) ^ (sum + key[sum & 3]);
+		sum += delta;
+		v1 += (((v0 << 4) ^ (v0 >> 5)) + v0) ^ (sum + key[(sum>>11) & 3]);
+	}
+	v[0]=v0; v[1]=v1;
+}

tp/tp2/README.md

@@ -0,0 +1,95 @@
+# TP2
+
+> Dans ce tp, on implémente un algorithme de chiffrement par Blocs basé
+> sur un réseau de permutation-substitution (SPN), en mode ECB.
+
+
+### SPN
+
+<div align="center">
+<img src="./img/spn.png">
+</div>   
+
+
+
+Ces algorithmes utilisent en entrée une clé, et applique à chaque bloc
+plusieurs tours constitués de boîtes de substitutions (S-Box) et de
+boîtes de permutations (P-Box).
+
+-   Une **S-Box** substitue à un ensemble de bits un autre ensembe de
+    bits (transormation bijective).
+-   Une **P-Box** est une permutation de bits. Elle prend la sortie
+    d'une S-Box, permutte les bits, et les transmet à une S-box au tour
+    d'après.
+-   A chaque tour, on combine le bloc avec la clé (ici un xor).
+
+#### implantation
+
+
+
+-   la taille de bloc est 8 bits,
+-   le bloc est découpé en 2 sous-blocs de 4 bits chacun,
+-   la taille de la clef est 24 bits,
+-   la clef est décomposée en 3 sous-clefs de 8 bits chacun,
+-   le nombre de tours est égale à 2,
+-   les substitutions et les permutations sont les mêmes à chaque tour.
+
+Remarques
+
+On représentera dans le programme une substitution par un tableau
+d'entiers (unsigned char) de taille 16.
+
+```c
+unsigned char s[]={14,3,2,10,12,11,15,9,0,4,7,13,1,8,6,5}
+```
+
+Ainsi, le bloc binaire 0011, qui vaut 3, sera remplacé par 1010 car `s[3]=10`
+
+On représentera une permutation par un tableau d'entiers (`unisgned char`) de taille 16.
+
+```
+unsigned char perm[8]={5,0,4,6,7,1,2,3};
+```
+
+Ainsi, le bit de poids faible (rang 0) est placé au rang 5.
+
+#### Votre travail
+
+1.  Ecrivez les fonctions suivantes, qui implantent le spn décrit ci-dessus.
+
+    ```c
+    #ifndef _SPN_H
+    #define _SPN_H
+
+    unsigned char do_perm(unsigned char w,unsigned char perm[16]);
+    unsigned char do_subst(unsigned char w,unsigned char subst[16]);
+
+    unsigned char encrypt(
+		 unsigned short w,
+		 unsigned int key,
+		 unsigned char perm[8],
+		 unsigned char subst[16]
+	);
+
+    unsigned char decrypt(
+		 unsigned short w,
+		 unsigned int key,
+		 unsigned char perm[8],
+		 unsigned char subst[16]
+	);
+
+    #endif
+    ```
+
+2.  Ecrivez des programmes spn-encrypt-file.c , spn-decrypt-file.c qui
+    implantent le SPN décrit ci-dessus. Les deux prennent sur la ligne de
+    commande :
+
+     - "nom fichier codé" et "nom fichier décodé "
+	 - la clef
+
+    La permutation et la substitution seront codées en dur dans les programmes.
+	
+	Testez vos programmes sur un exemple à vous. 
+
+3. Passez vos deux programmes en mode CBC.

tp/tp2/src/Makefile

@@ -0,0 +1,17 @@
+all : spn-encrypt-file spn-decrypt-file
+
+spn-encrypt-file.o : spn-encrypt-file.c
+	gcc -c spn-encrypt-file.c
+
+spn-decrypt-file.o : spn-decrypt-file.c
+	gcc -c spn-decrypt-file.c
+
+
+./lib/spn.o:./lib/spn.c
+	gcc -c ./lib/spn.c -o ./lib/spn.o
+
+spn-encrypt-file : ./lib/spn.o spn-encrypt-file.o
+	gcc -o spn-encrypt-file ./lib/spn.o spn-encrypt-file.o
+
+spn-decrypt-file : ./lib/spn.o spn-decrypt-file.o
+	gcc -o spn-decrypt-file ./lib/spn.o spn-decrypt-file.o

tp/tp2/src/lib/spn.c

@@ -0,0 +1,66 @@
+#include "spn.h"
+
+void calc_inv_perm(unsigned char perm[8],unsigned char inv_perm[8])
+{
+	// TODO
+}
+
+void calc_inv_subst(unsigned char subst[16],unsigned char inv_subst[16])
+{
+	// TODO
+}
+
+unsigned char do_perm(unsigned char w,unsigned char perm[8])
+{
+	unsigned char pw = 0; // permuted byte
+	int i;
+	unsigned char mask = 0x1;
+	unsigned char bit;
+	unsigned char place;
+
+	for(i=0;i<8;i++){
+		bit=w&mask;
+		place=perm[i];
+		pw |= bit<<place;
+		w>>=1;
+	}
+
+	return pw;
+}
+
+unsigned char do_subst(unsigned char w,unsigned char subst[16])
+{
+	unsigned char sw=0;
+
+	// TODO
+	return sw;
+}
+
+unsigned char encrypt(
+		unsigned char w, 
+		unsigned  int key,
+		unsigned char perm[8],
+		unsigned char subst[16])
+{
+	unsigned char k0=key&0xff;
+	unsigned char k1=(key>>8)&0xff;
+	unsigned char k2=(key>>16)&0xff;
+
+	// TODO
+
+	return w;
+}
+unsigned char decrypt(
+		unsigned char w, 
+		unsigned int key,
+		unsigned char perm[8],
+		unsigned char subst[16])
+{
+	unsigned char k0=key&0xff;
+	unsigned char k1=(key>>8)&0xff;
+	unsigned char k2=(key>>16)&0xff;
+
+	// TODO
+
+}
+

tp/tp2/src/lib/spn.h

@@ -0,0 +1,24 @@
+#ifndef _SPN_H
+#define _SPN_H
+
+void calc_inv_perm(unsigned char perm[8],unsigned char inv_perm[8]);
+void calc_inv_subst(unsigned char subst[16],unsigned char inv_subst[16]);
+
+unsigned char do_perm(unsigned char w,unsigned char perm[8]);
+unsigned char do_subst(unsigned char w,unsigned char subst[16]);
+ 
+unsigned char encrypt(
+		unsigned char w, 
+		unsigned int key,
+		unsigned char perm[8],
+		unsigned char subst[16]
+		);
+ 
+unsigned char decrypt(
+		unsigned char w, 
+		unsigned int key,
+		unsigned char perm[8],
+		unsigned char subst[16]
+		);
+ 
+#endif

tp/tp2/src/spn-decrypt-file.c

@@ -0,0 +1,65 @@
+#include <stdio.h>
+#include <assert.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+#include <fcntl.h>
+#include "./lib/spn.h"
+
+void randomize (unsigned char arr[], int n) 
+{ 
+	unsigned char tmp;
+	for (int i = n - 1; i > 0; i--) 
+	{ 
+		// Pick a random index from 0 to i 
+		int j = rand() % (i + 1); 
+
+		// Swap arr[i] with the element 
+		// at random index 
+		//        swap(&arr[i], &arr[j]); 
+		tmp = arr[i];
+		arr[i] = arr[j];
+		arr[j] = tmp;
+	} 
+} 
+
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+	int fd_in,fd_out;
+	unsigned int key;
+	unsigned char perm[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7};
+	unsigned char subst[16] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
+
+	unsigned char inv_perm[8]; 
+	unsigned char inv_subst[16];
+
+	unsigned char buf;
+
+	assert(argc == 4);
+
+	srand(0);	
+
+	randomize(perm,8);
+	randomize(subst,16);
+	calc_inv_perm(perm,inv_perm);
+	calc_inv_subst(subst,inv_subst);
+
+
+
+	fd_in = open(argv[1],O_RDONLY);
+	fd_out = open(argv[2],O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT,0600);
+	key = (unsigned int)strtol(argv[3],NULL,0);
+
+
+	while(1){
+		ssize_t nb = read(fd_in, &buf, 1);
+		if (nb <=0)
+			break;
+		buf = decrypt(buf, key, inv_perm, inv_subst);
+		write(fd_out, &buf, 1);	
+	}
+	close(fd_in);
+	close(fd_out);
+
+	return 0;
+}

tp/tp2/src/spn-encrypt-file.c

@@ -0,0 +1,58 @@
+#include <stdio.h>
+#include <assert.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+#include <fcntl.h>
+#include "./lib/spn.h"
+
+void randomize (unsigned char arr[], int n) 
+{ 
+	unsigned char tmp;
+	for (int i = n - 1; i > 0; i--) 
+	{ 
+		// Pick a random index from 0 to i 
+		int j = rand() % (i + 1); 
+
+		// Swap arr[i] with the element 
+		// at random index 
+		//        swap(&arr[i], &arr[j]); 
+		tmp = arr[i];
+		arr[i] = arr[j];
+		arr[j] = tmp;
+	} 
+} 
+
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+	int fd_in,fd_out;
+	unsigned int key;
+	unsigned char perm[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7};
+	unsigned char subst[16] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
+	unsigned char buf;
+
+	assert(argc == 4);
+
+	srand(0);	
+	randomize(perm,8);
+	randomize(subst,16);
+
+
+	fd_in = open(argv[1],O_RDONLY);
+	fd_out = open(argv[2],O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT,0600);
+
+	key = (unsigned int)strtol(argv[3],NULL,0);
+
+	while(1){
+		ssize_t nb = read(fd_in, &buf, 1);
+		if (nb <=0)
+			break;
+
+		buf = encrypt(buf, key, perm, subst);
+		write(fd_out, &buf, 1);	
+	}
+	close(fd_in);
+	close(fd_out);
+
+	return 0;
+}