Thursday, 19 October 2017

DiceLockSecurity Knowledge

DicelockSecurity (version 9.X)

Apple Mac OS X

XDiceLock 8.0.0.1
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arrow XDiceLock 8.0.0.1 arrow rankTest.cpp
rankTest.cpp (Rank random number test C++ source code file) Print E-mail
Get C++ DiceLock cipher architecture source code packages of DiceLock for Microsoft Visual Studio 2013 and DiceLock-x for Linux with Test Driver Programs and Response Test Vector files to verify that both them work as expected.
DiceLock for Windows and Linux
DiceLock Security governing software licenses are Free/Libre Source Code License and Educational and Research License

DiceLock is protected by US patent 7508945 and European Patent 1182777 where applicable.

DiceLock and DiceLock logo are trademarks or registered trademarks in the EC, USA and others.

License information can be obtained at our corporate web site




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//
//  rankTest.cpp
//  XDiceLock
//
//  Created by DiceLock on 1/1/12.
//  Copyright (c) 2008-2012 DiceLock Security, LLC. All rights reserved.
//
 
//
// Creator:    http://www.dicelocksecurity.com
// Version:    vers.8.0.0.1
//
// Copyright (c) 2008-2012 DiceLock Security, LLC. All rights reserved.
//
//                               DISCLAIMER
//
// THIS SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND ANY EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES,
// INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY
// AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
// REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
// SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
// PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS;
// OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY,
// WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
// OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF
// ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
// 
// DICELOCK IS A REGISTERED TRADEMARK OR TRADEMARK OF THE OWNERS.
// 
 
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include "rankTest.h"
 
 
namespace DiceLockSecurity {
  
    namespace RandomTest {
        
        // Random Test Class enumerator name
        const RandomTests RankTest::test = Rank;
        // Random Test Class minimum stream length
        const unsigned int RankTest::minimumLength = 38912;
        
        // Constructor, default 
        RankTest::RankTest() {
            
            this->chiSquared = 0.0;
            this->matrixNumber = 0;
            this->bitsDiscarded = 0;
            this->p30 = 0.0; 
            this->p31 = 0.0;  
            this->p32 = 0.0;
            this->f30 = 0.0; 
            this->f31 = 0.0; 
            this->f32 = 0.0;
        }
        
        
        // Constructor with a MathematicalFunctions object instantiated 
        RankTest::RankTest(MathematicalFunctions* mathFuncObj) {
            
            this->chiSquared = 0.0;
            this->matrixNumber = 0;
            this->bitsDiscarded = 0;
            this->p30 = 0.0; 
            this->p31 = 0.0;  
            this->p32 = 0.0;
            this->f30 = 0.0; 
            this->f31 = 0.0; 
            this->f32 = 0.0;
        }
        
        // Destructor
        RankTest::~RankTest() {
            
            this->chiSquared = 0.0;
            this->matrixNumber = 0;
            this->bitsDiscarded = 0;
            this->p30 = 0.0; 
            this->p31 = 0.0;  
            this->p32 = 0.0;
            this->f30 = 0.0; 
            this->f31 = 0.0; 
            this->f32 = 0.0;
        }
        
        // Gets the BaseRandomTest random state of the last executed BaseCryptoRandomStream
        bool RankTest::IsRandom(void) {
            
            return BaseRandomTest::IsRandom();
        }
        
        // Tests randomness of the BaseCryptoRandomStream and returns the random value
        bool RankTest::IsRandom(BaseCryptoRandomStream* bitStream) {
            signed int r, i;
            unsigned int k;
            double product;
            double arg1;
            double R;          
            unsigned char** matrix = CreateMatrix(32, 32);
            
            
            if (matrix != NULL) {
                if (bitStream->GetBitLength() < this->GetMinimumLength()) {
                    this->error = InsufficientNumberOfBits;
                    this->random = false;
                    return this->random;
                }
                this->error = NoError;
                this->matrixNumber = (int) floor((long double)bitStream->GetBitLength()/(32*32));  
                if (isZero(this->matrixNumber)) {
                    this->error = InsufficientNumberOfBits;
                    this->pValue = 0.00;
                    this->random = false;
                }
                else {
                    this->bitsDiscarded = (int)bitStream->GetBitLength()%(32*32);
                    r = 32;          
                    product = 1;
                    for (i = 0; i <= r-1; i++)
                        product *= ((1.e0-pow((double)2,i-32))*(1.e0-pow((double)2,i-32)))/(1.e0-pow((double)2,i-r));
                    this->p32 = pow((double)2,r*(32+32-r)-32*32) * product;
                    r = 31;
                    product = 1;
                    for(i = 0; i <= r-1; i++)
                        product *= ((1.e0-pow((double)2,i-32))*(1.e0-pow((double)2,i-32)))/(1.e0-pow((double)2,i-r));
                    this->p31 = pow((double)2,r*(32+32-r)-32*32) * product;
                    this->p30 = 1 - (this->p32+this->p31);
                    this->f32 = 0;
                    this->f31 = 0;
                    for(k = 0; k < this->matrixNumber; k++) {      
                        DefineMatrix(bitStream, 32, 32, matrix, k);
                        R = ComputeRank(32,32,matrix);
                        if (R == 32) this->f32++;      
                        if (R == 31) this->f31++;
                    }
                    this->f30 = (double)this->matrixNumber - (this->f32+this->f31);
                    this->chiSquared =(double)((pow(this->f32 - this->matrixNumber*this->p32,2)/(double)(this->matrixNumber*this->p32) +
                                                pow(this->f31 - this->matrixNumber*this->p31,2)/(double)(this->matrixNumber*this->p31) +
                                                pow(this->f30 - this->matrixNumber*this->p30,2)/(double)(this->matrixNumber*this->p30)));
                    arg1 = -this->chiSquared/2.e0;
                    this->pValue = exp(arg1);
                    if (this->pValue < this->alpha) {  
                        this->random = false;
                    }
                    else {
                        this->random = true;
                    }
                    for(i = 0; i < 32; i++)      
                        free(matrix[i]);
                    free(matrix);
                }
                if (isNegative(this->pValue) || isGreaterThanOne(this->pValue)) {
                    this->error = PValueOutOfRange;
                    this->random = false;
                }
            }  
            else {
                this->error = InsufficientMemory;
                this->random = false; 
            }
            return this->random;
        }
        
        // Initializes the object
        void RankTest::Initialize(void) {
            
            BaseRandomTest::Initialize();
            this->chiSquared = 0.0;
            this->matrixNumber = 0;
            this->bitsDiscarded = 0;
            this->p30 = 0.0; 
            this->p31 = 0.0;  
            this->p32 = 0.0;
            this->f30 = 0.0; 
            this->f31 = 0.0; 
            this->f32 = 0.0;
        }
        
        // Gets the type of the object
        RandomTests RankTest::GetType(void) {
            
            return this->test;
        }
        
        // Gets the minimum random stream length
        unsigned int RankTest::GetMinimumLength(void) {
            
            return this->minimumLength;
        }
        
        // Gets the "chiSquared" result
        double RankTest::GetChiSquared(void) {
            
            return this->chiSquared;
        }
        
        // Gets the "matrixNumber" result
        unsigned int RankTest::GetMatrixNumber(void) {
            
            return this->matrixNumber;
        }
        
        // Gets the "bitsDiscarded" result
        unsigned int RankTest::GetBitsDiscarded(void) {
            
            return this->bitsDiscarded;
        }
        
        // Gets the "p30" result
        double RankTest::GetP30(void) {
            
            return this->p30;
        }
        
        // Gets the "p31" result
        double RankTest::GetP31(void) {
            
            return this->p31;
        }
        // Gets the "p32" result
        double RankTest::GetP32(void) {
            
            return this->p32;
        }
        
        // Gets the "f30" result
        double RankTest::GetF30(void) {
            
            return this->f30;
        }
        
        // Gets the "f31" result
        double RankTest::GetF31(void) {
            
            return this->f31;
        }
        // Gets the "f32" result
        double RankTest::GetF32(void) {
            
            return this->f32;
        }
        
        // Create Matrix 
        unsigned char** RankTest::CreateMatrix(unsigned int M, unsigned int Q) {
            unsigned int i;
            unsigned char** matrix;  
            
            if ((matrix = (unsigned char**) calloc(M, sizeof(unsigned char *))) == NULL) {
                this->error = InsufficientMemory;
                return matrix;  
            }
            else {
                for (i = 0; i < M; i++) {
                    if ((matrix[i] = (unsigned char*)calloc(Q, sizeof(unsigned char))) == NULL) {
                        this->error = InsufficientMemory;
                        return NULL;
                    }
                }
                return matrix;
            }
        }
        
        // Define Matrix 
        void RankTest::DefineMatrix(BaseCryptoRandomStream* stream, signed int M, signed int Q, unsigned char** m, signed int k) {
            signed int i,j;
            
            for (i = 0; i < M; i++) 
                for (j = 0; j < Q; j++) { 
                    m[i][j] = stream->GetBitPosition(k*(M*Q)+j+i*M);
                }
            return;
        }
        
        // Deletes matrix 
        void RankTest::DeleteMatrix(signed int M, unsigned char** matrix) {
            signed int i;
            
            for (i = 0; i < M; i++)
                free(matrix[i]);
            free(matrix);
        }
        
        // Computes rank 
        signed int RankTest::ComputeRank(signed int M, signed int Q, unsigned char** matrix) {
            signed int i;
            signed int rank;
            signed int m = DICELOCKSECURITY_MIN(M,Q);
            
            for(i = 0; i < m-1; i++) {
                if (matrix[i][i] == 1) 
                    PerformElementaryRowOperations(0, i, M, Q, matrix);
                else {   
                    if (FindUnitElementAndSwap(0, i, M, Q, matrix) == 1) 
                        PerformElementaryRowOperations(0, i, M, Q, matrix);
                }  
            }  
            for(i = m-1; i > 0; i--) {
                if (matrix[i][i] == 1)
                    PerformElementaryRowOperations(1, i, M, Q, matrix);
                else {   
                    if (FindUnitElementAndSwap(1, i, M, Q, matrix) == 1) 
                        PerformElementaryRowOperations(1, i, M, Q, matrix);
                }
            } 
            rank = DetermineRank(m,M,Q,matrix);
            return rank;
        }  
        
        // Perform Elementary Row Operations
        void RankTest::PerformElementaryRowOperations(signed int flag, signed int i, signed int M, signed int Q, unsigned char** A) {
            signed int j,k;
            
            switch(flag) { 
                case 0: for(j = i+1; j < M;  j++)
                    if (A[j][i] == 1) 
                        for(k = i; k < Q; k++) 
                            A[j][k] = (A[j][k] + A[i][k]) % 2;
          break;
                case 1: for(j = i-1; j >= 0;  j--)
                    if (A[j][i] == 1)
                        for(k = 0; k < Q; k++)
                            A[j][k] = (A[j][k] + A[i][k]) % 2;
          break;
            }
            return;
        }
        
        // Find Unit Element And Swap
        signed int RankTest::FindUnitElementAndSwap(signed int flag, signed int i, signed int M, signed int Q, unsigned char** A) { 
            signed int index;
            signed int row_op = 0;
            
            switch(flag) {
                case 0: index = i+1;
          while ((index < M) && (A[index][i] == 0)) 
            index++;
          if (index < M) 
                        row_op = SwapRows(i,index,Q,A);
          break;
                case 1:
          index = i-1;
          while ((index >= 0) && (A[index][i] == 0)) 
            index--;
          if (index >= 0) 
            row_op = SwapRows(i,index,Q,A);
          break;
            }
            return row_op;
        }
        
        // Swap Rows 
        signed int RankTest::SwapRows(signed int i, signed int index, signed int Q, unsigned char** A) {
            signed int p;
            unsigned char temp;
            
            for(p = 0; p < Q; p++) {
                temp = A[i][p];
                A[i][p] = A[index][p];
                A[index][p] = temp;
            }
            return 1;
        }
        
        // Determine Rank 
        signed int RankTest::DetermineRank(signed int m, signed int M, int Q, unsigned char** A) {
            signed int i, j, rank, allZeroes;
            
            rank = m;
            for(i = 0; i < M; i++) {
                allZeroes = 1; 
                for(j=0; j < Q; j++) {
                    if (A[i][j] == 1) {
                        allZeroes = 0;
                        break;
                    }
                }
                if (allZeroes == 1) rank--;  
            } 
            return rank;
        }
    }
}