【Python学习笔记】图片中隐藏信息——图片隐写术

主要原理：

图片是由一个个像素组成的。每个像素由一组（r,g,b）值表示（png格式图片，多一个alpha透明度值）。而对于单个r，g或b，其范围在0~255之间，可由一个字节（8位表示）。因此，当改变最低位的值时，对于整个图片来说，其视觉效果通过肉眼看不出来的。比如一组颜色白色（255，255，255），变为（254，255，255）时，是看不出来变化的。
因此，可将一组待隐藏信息转换为二进制后，再将每个二进制码存储在图片的像素中。

原图片.png
隐藏有信息后的图片.png

实现步骤

加密

• 获取原图片像素（list）
• 使像素最低位变为偶数
• 待隐藏信息转换为二进制，并且对于单字节字符，当位数不够8时，在最高位补0
• 将二进制的待隐藏信息依次与图片中每个像素的r、g、b进行相加

解密

• 获取隐藏有信息的图片的像素（list）
• 获取像素值的最低位（隐藏的信息存储位置）
• 获取存储的信息的二进制值
• 按每8位为一组，将上述二进制转换为十进制形式
• 采用chr函数，将十进制转为字符并存储到字符串中

源码

# -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
import sys 

reload(sys) 
sys.setdefaultencoding('utf8') 

"""
取得一个 PIL 图像并且更改所有值为偶数（使最低有效位为 0）
"""
def makeImageEven(image):
    pixels = list(image.getdata())  # 得到一个这样的列表： [(r,g,b,t),(r,g,b,t)...]
    evenPixels = [(r>>1<<1,g>>1<<1,b>>1<<1,t>>1<<1) for [r,g,b,t] in pixels]  # 更改所有值为偶数（魔法般的移位）
    evenImage = Image.new(image.mode, image.size)  # 创建一个相同大小的图片副本
    evenImage.putdata(evenPixels)  # 把上面的像素放入到图片副本
    return evenImage

"""
内置函数 bin() 的替代，返回固定长度的二进制字符串
"""
def constLenBin(int):
    binary = "0"*(8-(len(bin(int))-2))+bin(int).replace('0b','')  # 去掉 bin() 返回的二进制字符串中的 '0b'，并在左边补足 '0' 直到字符串长度为 8
    return binary

"""
将字符串编码到图片中
"""
def encodeDataInImage(image, data):
    evenImage = makeImageEven(image)  # 获得最低有效位为 0 的图片副本
    binary = ''.join(map(constLenBin,bytearray(data, 'utf-8'))) # 将需要被隐藏的字符串转换成二进制字符串
    if len(binary) > len(image.getdata()) * 4:  # 如果不可能编码全部数据， 抛出异常
        raise Exception("Error: Can't encode more than " + len(evenImage.getdata()) * 4 + " bits in this image. ")
    encodedPixels = [(r+int(binary[index*4+0]),g+int(binary[index*4+1]),b+int(binary[index*4+2]),t+int(binary[index*4+3])) if index*4 < len(binary) else (r,g,b,t) for index,(r,g,b,t) in enumerate(list(evenImage.getdata()))] # 将 binary 中的二进制字符串信息编码进像素里
    encodedImage = Image.new(evenImage.mode, evenImage.size)  # 创建新图片以存放编码后的像素
    encodedImage.putdata(encodedPixels)  # 添加编码后的数据
    return encodedImage

"""
从二进制字符串转为 UTF-8 字符串
"""
def binaryToString(binary):
    
    index = 0
    string = []
    fun = lambda x, i: x[0:8]
   
    while index + 1 < len(binary):        
        chartype = binary[index:].index('0') # 存放字符所占字节数，一个字节的字符会存为 0
        if chartype == 0:
            chartype = 1        
        length = chartype*8
        
        for i in range(chartype):            
            ascode = int(binary[index+i*8:index+i*8+8],2)
            string.append(chr(ascode))
        index += length        
            
    return ''.join(string)

"""
解码隐藏数据
"""
def decodeImage(image):
    pixels = list(image.getdata())  # 获得像素列表
    binary = ''.join([str(int(r>>1<<1!=r))+str(int(g>>1<<1!=g))+str(int(b>>1<<1!=b))+str(int(t>>1<<1!=t)) for (r,g,b,t) in pixels]) # 提取图片中所有最低有效位中的数据
    
    # 找到数据截止处的索引
    locationDoubleNull = binary.find('0000000000000000')
    endIndex = locationDoubleNull+(8-(locationDoubleNull % 8)) if locationDoubleNull%8 != 0 else locationDoubleNull
    data = binaryToString(binary[0:endIndex])
    return data

#隐藏信息
encodeDataInImage(Image.open("1.png"), 'hello,欢迎你们').save('encodeImage.png')
#读取信息
print decodeImage(Image.open("encodeImage.png")).encode("gbk")

参考来源

https://www.shiyanlou.com/courses/651