chacha20.cpp

#include<iostream>
#include<string>   //keyとnonceをstringで取るため、苦肉の策。いい方法あったら教えて下さい。
##include <stdexcept> //例外処理用
using namespace std;

//chachaのquaterrroundの実装
#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 += d, d ^= a, d = ROTL(d, 8),
  c += d, b ^= c, b = ROTL(b,7))
)

//2^32を法とする加算
uint32_t plus(uint32_t x, uint32_t y){
  return (x + y) & 0xffffffff
}

//round数を20に指定
#dedine ROUNDS 20

//const値をdefine
#defune const0 0x61707865
#define const1 0x3320646e
#define const2 0x79622d32
#define const3 0x6b206574

/*chacha暗号機実装部分。最初はretuenしようと思ったけど、
よく考えたらそんなことしなくてもいいことに気がついた。*/

void cahca(string key, string nonce){
  //Inital Stateを作成。めんどくさいので最初から1*16にしている。
  uint32_t x[16];


  //const値とblock_countを定義。今回はblock_count=0で固定。
  x[0] = const0;
  x[1] = const1;
  x[2] = const2;
  x[3] = const3;
  x[12] = 0x0;
  x[13] = 0x0;

  //keyとnonceを8wordsごとに分けて、16進数の整数値にする。

  //key=64words,nonce=16wordsなので、それ以外は例外処理
  if(key.size()!=64||nonce.size()!=16){
    if(key.size>64||nonce.size()>16){
      cout<<"ERROR:key or nonce size over."<<endl;
    }
    if(key.size()<64||nonce.size()<16){
      cout<<"ERROR:key or nonce size under."<endl;
    }
    throw invalid_argument("invalid_argument");
  }

  //nonceを分割
  for(int i=0;i<16;i++){
    string nonce1_tmp,nonce2_tmp;
    for(int i = 0; i < 16; i++){
      if(i < 8){
        nonce1_tmp.push_back(nonce[i]);
      }else{
        nonce2_tmp.push_back(nonce[i]);
      }
    }
  }

  //nonceをstring->int(16進数)に変換して代入
  x[14] = stoi(nonce1_tmp,nullper,16);      //他の人の実装はリトルエンディアンにしてるけど、理由がわからない。
  x[15] = stoi(nonce2_tmp,nullper,16);      //他の人の実装はリトルエンディアンにしてるけど、理由がわからない。

  //keyを分割、代入
  for(int i = 0; i < 64; i++){
    //keyの分割
    string tmp;
    tmp.push_back(key[i]);

    //keyの代入
    if((i+1) % 8 == 0){
      x[4+(i+1)/8] = stoi(tmp, nullper, 16);
      tmp.clear();  //Initial Stateに代入したので、文字列をclearして次のkeyを受ける。
    }
  }

  //リトルエンディアンにするらしいけど、理由がわからなくて消した。
  // //key値を代入
  // for(int i = 0; i < 8; i++){
  //   x[i + 4] = ROTL(key, i * 4);
  // }

  //x[]をコピーするための配列を作成する。
  uint32_t cp[16]={};

  //arrayのcopyめんどくさいので、普通にfor文でコピーする。
  for(int i = 0; i < 16; i++){
    cp[i] = x[i];
  }

  //x[]をQRに通す
  for(int i = 0; i < ROUND; i +=2){
    //odd round
    // 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
  }

    //出力用の配列を作成する
    uint32_t out[16]={};

  //QR前x[]とQR後x[]を加算する
    for(int i = 0; i < 16; i++){
      out[i] = cp[i] + x[i];
    }

    //key_streamの出力
    streing key_stream;
    for(int i = 0; i < 16; i++){
      string tmp;
      tmp = to_string(x[i]);
      result += tmp;
    }
    cout<<result<<endl;
}

int main(int argc, char const *argv[]) {
  string key,nonce;
  cout<<"key?(key is 64words)"<<endl;
  cin>>key;
  cout<<"nonce?(nonce is 16words)"<<endl;
  cin>>nonce;

  //chachaを通してkey_streamを作成する
  try{
    chacha(key, nonce);
  }
  catch(invalid_argument){
    return 0;
  }

  return 0;
}