El algoritmo del sistema GEHEIM fue construido a través de una combinación de métodos. Primero fue considerado para la encriptación del mensaje un algoritmo de flujo, dado que no se conoce con exactitud la longitud del mensaje transmitido por el emisor.

El algoritmo de cifrado transforma el texto plano (mensaje original) en texto cifrado, un bit a la vez. Tal como se muestra en la figura 5. El generador de flujos de claves produce un flujo de bits: k1, k2, k3,…kj. Este flujo de claves es calculado por una operación lógica XOR y un flujo de bits de texto plano, p1, p2, p3, …pi, para producir el flujo de bits de texto cifrado C.

Ci = pi + ki

Del lado contrario para el proceso de descifrado, a los bits del texto cifrado se les aplica un XOR con un flujo de claves idéntico a la original con el fin de recuperar los bits del texto original.

Pi = ci + ki

Figura 5. Algoritmo de Cifrado.

La seguridad del sistema depende enteramente del interior del generador de flujo de clave.

Si la salida del generador de flujo de claves termina en un flujo de ceros, el texto cifrado será igual al texto original y toda la operación será un fracaso. Si el generado de claves de flujo expulsa un patrón repetido de 16 bits, el algoritmo será un simple XOR con una seguridad insignificante, debido que en periodos determinado, el proceso de cifrado generará operaciones repetitivas, condicionando este al sistema como muy vulnerable a potenciales ataques informáticos. Si el generado de flujos de claves expulsa un flujo sin fin de bits aleatorios, se obtiene de una vez un bloque confiable de naturaleza pseudo - aleatoria. El generador de flujo de claves genera un flujo de bits que parece aleatorio, pero es realmente un flujo determinístico que puede ser perfectamente reproducido en tiempo de descifrado (Schneier, B.).

El Sistema GEHEIM fue implementado un generador de flujo de claves basado en un cambio de registro. Un ciclo de cambio de registro realizado en dos partes: un cambio de registro y una función de retroalimentación (ver figura 6). El registro cambiado en una secuencia de bits. Cada vez que un bit es necesario, todos los bits en el registro cambiado son desplazados, 1 bit a la derecha. A la izquierda nuevos bits son computados como función de otros bits en el registro. La salida del registro cambiado es 1 bit, generalmente el bit menos significante. El periodo de un registro cambiado es la longitud de la secuencia de salida antes de que comience a repetirse. En un LFSR (siglas en ingles para Registro cambiado por realimentación a la izquierda) de n bits puede ser una secuencia pseudo aleatoria de uno a 2(n – 1) bit de longitud antes de repetirse. En otras manos la función de realimentación es simplemente un XOR lógico de ciertos bits en el registro; la lista de esos bits es llamada la secuencia llave (Tap String) (SCHNEIER, B.).

Figura 6. Ciclo de cambio de registro

(GOLIC, J., Dawson, E., Clark, A., Millan, W., Penna, L. y Simpson, L).

El esquema aplicado para el LFSR en el sistema GEHEIM toma 128 bits surgidos de la llave-stego como un arreglo de palabras el cual es la longitud del LFSR, con la posición de cada bit en las palabras representando un LFSR diferente, entonces cada bit en la secuencia llave es operada por una función de XOR lógico con la salida del generador y reemplazado con la salida de este, transformándose en un nuevo bit más a la izquierda. Normalmente esta operación enmarcada en el estudio de las teorías de números se llama configuración de Galois.Un esquema de ésta puede verse en la siguiente figura:

Figura 7. LFSR de Galois

(GOLIC, J., Dawson, E., Clark, A., Millan, W., Penna, L. y Simpson, L.)

Otra referencia es el generador de flujo de claves LILI-128 (GOLIC, J., Dawson, E., Clark, A., Millan, W., Penna, L. y Simpson, L.) el cual es un cifrador de flujo sincrónico basado en LFSR con una llave de 128 bits. Este produce secuencias de salida con propiedades probables con respecto a los requerimientos criptográficos básicos anteriormente descritos, tales como: mensaje original, clave, algoritmos de cifrado y descifrado, también proporciona seguridad contra los ataques criptoanalíticos comúnmente conocidos como: obtención del contenido del mensaje, análisis del tráfico, suplantación de identidad y repetición. (Westfeld A. y Pfitzmann A)

El generador de flujos de claves LILI-128 usa dos LFSR’s binarios y dos funciones para generar secuencias de flujos de clave binarias pseudo aleatorias. La estructura del generador de flujo de claves LILI está ilustrada en la figura 8. Los componentes del generador de flujos de clave pueden ser agrupados en dos subsistemas basados en las funciones que realizan: control de reloj y generación de datos. El LSFR para el subsistema de control de reloj está regularmente sincronizado. La salida de este subsistema es una secuencia de enteros los cuales controlan la sincronización del LFSR con respecto al subsistema de generación de datos (Golic, J., Dawson, E., Clark, A., Millan, W., Penna, L. y Simpson, L.).

Figura 8. Generador de flujo de claves LILI-128

(GOLLMANN, D.).

El generador de flujo de claves de GEHEIM fue implementado de forma similar al LILI-128, pero se incluyó una modificación en el LFSR y el reloj (Gollmann, D.).

La salida binaria es usada con dos propósitos:

• Alimentar un segundo generador de flujos de clave del cual se obtendrá la secuencia de pixeles de la imagen que serán visitados para la integración de la data

• El resto de la cadena de salida es operada por un XOR lógico por cada bit de los datos. El cifrado obtenido es almacenado en una matriz bidimensional donde posteriormente se manipularan cambiando filas por columnas.

Aunque la codificación por bit de mínima significancia es extremadamente sensible a cualquier tipo de filtrado o manipulación de la imagen stego, fue tomada como método de integración en este trabajo.

Una imagen digital consiste en una matriz de valores de color e intensidad. En una típica imagen en escala de grises, son usados 8 bits/pixel. En una típica imagen a full color existen 24 bits/pixel, 8 asignados a cada componente de color. Las técnicas de esteganografia simples integran los bits del mensaje directamente en el plano del bit menos significativo de la cubierta de la imagen en una secuencia determinística. El modulando del bit menos significativo no resulta en una diferencia perceptible al humano porque la amplitud del cambio es mínima.

El método antes mencionado se desarrolla cuando el usuario ya ha seleccionado el LOGO (técnica de marca de agua visible) como soporte a la cubierta. Una vez que el logo es integrado en la imagen se inicia el proceso de incrustación de los datos. Realizado bajo una rutina cíclica, este último proceso determina el orden en el que serán visitados los pixeles en la imagen y puede ser comparado con la escalera que desciende de cualquier edificio, la cual toma como limite el último pixel a la derecha de la imagen.

En el proceso contrario para recuperar el mensaje oculto es necesario introducir en el sistema la clave stego numérica empleada en el proceso de integración así como el siego, es decir la imagen con la data cifrada incrustada. Con esto será nuevamente activado el correspondiente generador de flujo de clave, permitiendo obtener el texto de datos original y la imagen con su respectivo logo denotando autentificación. Este proceso es posible porque se ha implementado un reloj regular en el generador de flujo, que permite el orden pseudo-aleatorio.