mode_analysis.cpp File Reference

Analisis kelima mode operasi: bukti padding, avalanche, entropi, chi-square, dan histogram. More...

#include <array>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <filesystem>
#include <set>
#include <string>
#include <vector>
#include "cipher.hpp"
#include "modes.hpp"
#include "padding.hpp"

Classes
struct	ModeInfo
	Deskripsi satu mode yang dianalisis. More...
struct	Acc
	Statistik sederhana (rata-rata, min, max) untuk persentase. More...
struct	ByteStats
	Statistik byte satu buffer. More...

Typedefs
using	ModeFn = util::Bytes (*)(const BlockCipher &, const uint8_t *, const util::Bytes &)
	Signature fungsi mode, sama dengan yang dipakai container.

Functions
static uint64_t	next_rand ()
	PRNG deterministik (xorshift64).
static void	fill_random (uint8_t *p, size_t n)
	Isi buffer dengan byte acak dari next_rand().
static util::Bytes	encrypt (const ModeInfo &m, const BlockCipher &c, const uint8_t *iv, const util::Bytes &pt)
	Enkripsi plaintext dengan satu mode (dipad dulu jika mode membutuhkannya).
static long	diff_bits (const uint8_t *a, const uint8_t *b, size_t n)
	Hitung jumlah bit yang berbeda antara dua buffer (jarak Hamming).
static void	csv_av (FILE *csv, const char *mode, const char *what, const char *scope, const Acc &a)
	Tulis satu baris CSV avalanche.
static void	padding_demo ()
	Bagian 1: bukti padding PKCS#7 dan panjang ciphertext tiap mode.
static void	avalanche_modes (int trials, FILE *csv)
	Bagian 2: avalanche per mode.
static util::Bytes	make_input (const std::string &kind, size_t n)
	Buat plaintext uji.
static double	chi2_pvalue (double chi2, double df)
	p-value uji chi-square, aproksimasi Wilson-Hilferty.
static ByteStats	byte_stats (const util::Bytes &d, uint64_t counts[256])
	Hitung entropi, chi-square, jumlah byte unik, dan keunikan blok.
static void	entropy_modes (int runs, size_t size, const fs::path &out_dir, FILE *csv)
	Bagian 3 dan 4: entropi, chi-square, keunikan blok, dan histogram.
static FILE *	open_csv (const fs::path &p)
	Buka file CSV untuk ditulis, keluar jika gagal.
int	main (int argc, char **argv)
	Jalankan seluruh analisis per mode.

Variables
static const ModeInfo	MODES []
	Kelima mode, dengan aturan padding yang sama dengan SecureEnvelope.
constexpr size_t	N_MODES = sizeof(MODES) / sizeof(MODES[0])
	Jumlah mode.
constexpr size_t	AV_BLOCKS = 64
	Panjang pesan uji avalanche dalam blok.
static uint64_t	rng_state = 0x123456789ABCDEF0ULL
	State PRNG. Seed tetap supaya hasil uji bisa direproduksi.

Detailed Description

Analisis kelima mode operasi: bukti padding, avalanche, entropi, chi-square, dan histogram.

Yang diuji adalah ciphertext mentah dari fungsi modes:: (tanpa header dan tag). ECB dan CBC dipad PKCS#7. Data uji, kunci, dan IV memakai seed tetap.

make mode-analysis
make mode-analysis ANALYSIS_ARGS="--trials 100 --runs 3 --size 256"

Keluaran CSV (default ke test-results/data): avalanche_modes.csv, entropy_modes.csv, dan hist_<input>.csv.

Function Documentation

avalanche_modes()

void avalanche_modes ( int trials, FILE * csv )

static

Bagian 2: avalanche per mode.

Parameters

[in]	trials	Jumlah percobaan per mode.
[in]	csv	File CSV keluaran.

byte_stats()

ByteStats byte_stats ( const util::Bytes & d, uint64_t counts[256] )

static

Hitung entropi, chi-square, jumlah byte unik, dan keunikan blok.

Parameters

[in]	d	Data.
[out]	counts	Frekuensi tiap nilai byte (256 elemen).

Returns

Statistik.

chi2_pvalue()

double chi2_pvalue ( double chi2, double df )

static

p-value uji chi-square, aproksimasi Wilson-Hilferty.

Parameters

[in]	chi2	Statistik chi-square.
[in]	df	Derajat kebebasan.

Returns

Peluang P(X >= chi2) di bawah H0.

csv_av()

void csv_av ( FILE * csv, const char * mode, const char * what, const char * scope, const Acc & a )

static

Tulis satu baris CSV avalanche.

Parameters

[in]	csv	File CSV.
[in]	mode	Nama mode.
[in]	what	Bit yang dibalik (plaintext, kunci, iv).
[in]	scope	Bagian ciphertext yang diukur.
[in]	a	Statistik.

diff_bits()

long diff_bits ( const uint8_t * a, const uint8_t * b, size_t n )

static

Hitung jumlah bit yang berbeda antara dua buffer (jarak Hamming).

Parameters

[in]	a	Buffer pertama.
[in]	b	Buffer kedua.
[in]	n	Panjang kedua buffer dalam byte.

Returns

Jumlah bit yang berbeda.

encrypt()

util::Bytes encrypt ( const ModeInfo & m, const BlockCipher & c, const uint8_t * iv, const util::Bytes & pt )

static

Enkripsi plaintext dengan satu mode (dipad dulu jika mode membutuhkannya).

Parameters

[in]	m	Mode.
[in]	c	Cipher yang sudah dikunci.
[in]	iv	IV / counter awal (diabaikan ECB).
[in]	pt	Plaintext.

Returns

Ciphertext mentah.

entropy_modes()

void entropy_modes ( int runs, size_t size, const fs::path & out_dir, FILE * csv )

static

Bagian 3 dan 4: entropi, chi-square, keunikan blok, dan histogram.

Parameters

[in]	runs	Jumlah pasangan kunci/IV.
[in]	size	Panjang tiap plaintext dalam byte.
[in]	out_dir	Direktori keluaran.
[in]	csv	File CSV ringkasan entropi.

fill_random()

void fill_random ( uint8_t * p, size_t n )

static

Isi buffer dengan byte acak dari next_rand().

Parameters

[out]	p	Buffer tujuan.
[in]	n	Jumlah byte yang diisi.

main()

int main	(	int	argc,
		char **	argv )

Jalankan seluruh analisis per mode.

Parameters

[in]	argc	Jumlah argumen.
[in]	argv	Argumen (lihat opsi di deskripsi file).

Returns

0 jika selesai, 1 jika argumen salah atau gagal menulis berkas.

make_input()

util::Bytes make_input ( const std::string & kind, size_t n )

static

Buat plaintext uji.

Parameters

[in]	kind	Jenis input: "teks", "nol", atau "pola".
[in]	n	Panjang dalam byte.

Returns

Plaintext.

next_rand()

uint64_t next_rand ( )

static

PRNG deterministik (xorshift64).

Returns

Nilai acak 64 bit berikutnya.

Note

Bukan PRNG kriptografis, hanya untuk generate test data.

open_csv()

FILE * open_csv ( const fs::path & p )

static

Buka file CSV untuk ditulis, keluar jika gagal.

Parameters

[in]

p

Path file.

Returns

Pointer FILE.

Variable Documentation

MODES

const ModeInfo MODES[]

static

Initial value:

                            = {
    {"ECB", true, false, modes::ecb_encrypt},
    {"CBC", true, true, modes::cbc_encrypt},
    {"CFB", false, true, modes::cfb_encrypt},
    {"OFB", false, true, modes::ofb_crypt},
    {"CTR", false, true, modes::ctr_crypt},
}

Kelima mode, dengan aturan padding yang sama dengan SecureEnvelope.