基于Pyhton的图像隐写术--如何隐藏图像中的数据

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隐秘术是在任何文件中隐藏秘密数据的艺术。秘密数据可以是任何格式的数据，例如文本，甚至是文件。简而言之，隐写术的主要目的是在任何文件（通常是图像，音频或视频）中隐藏预期的信息，而无需实际更改文件的外观，即，其外观应与以前相同。

本期我们将一起学习基于图像的隐写术，即在图像中隐藏秘密数据。

但是在深入研究之前，让我们先看看图像的组成。

1. 像素是图像的基础。

2. 每个像素包含三个值：（红色，绿色，蓝色）也称为RGB值。

3. 每个RGB值的范围是0到255。

现在，让我们看看如何将数据编码和解码为图像形式。

01.编码方式

有很多算法可将数据编码到图像中，实际上，大家也可以自己制作。我们将使用的一个简单易于理解和实施的算法。具体步骤如下：

1. 对于数据中的每个字符，均采用其ASCII值并将其转换为8位二进制[1]。

2. 一次读取三个像素，总共具有3 * 3 = 9 RGB值。前八个RGB值用于存储一个字符，该字符将转换为8位二进制数。

3. 比较相应的RGB值和二进制数据。如果二进制数字为1，则RGB值将转换为奇数，否则将转换为偶数。

4. 第九个值确定是否应读取更多像素。如果还有更多数据要读取（即编码或解码），则第九个像素变为偶数。否则，如果我们想停止进一步读取像素，则将其设为奇数。

重复此过程，直到所有数据都编码到图像中。

02.应用实例

假设要隐藏的消息是‘Hii’。

该消息为三个字节，因此，对数据进行编码所需的像素为3 x 3 =9。请考虑一个4 x 3的图像，总共12个像素，足以对给定的数据进行编码。

[（27，64，164），（248，244，194），（174，246，250），（149，95，232），
（188，156，169），（71，167，127），（ 132、173、97），（113、69、206），
（255、29、213），（53、153、220），（246、225、229），（142、82、175）]

第一步

的ASCII值为H72，其二进制等效值为01001000。

第二步

读取前三个像素。

（27，64，164），（248，244，194），（174，246，250）

第三步

现在，将像素值更改为1的奇数，甚至更改为0的奇数，如数据的二进制等价形式。

例如，第一个二进制数为0，第一个RGB值为27，则需要将其转换为偶数26。

类似地，由于下一个二进制数是，因此64被转换63为，1因此RGB值应设为奇数。

因此，修改后的像素为：

（26，63，164），（248，243，194），（174，246，250）

第四步

由于我们必须编码更多的数据，因此最后一个值应该是偶数。同样，i可以在此图像中进行编码。

通过+1或-1使像素值奇/偶时，应注意二进制条件。即，像素值应大于或等于0且小于或等于255。

新图像将如下所示：

[（26，63，164），（248，243，194），（174，246，250），（148，95，231），
（188，155，168），（70，167，126），（ 132、173、97），（112、69、206），
（254、29、213），（53、153、220），（246、225、229），（142、82、175）]

03.解码

对于解码，我们将尝试找到如何逆转以前用于编码数据的算法。

1. 同样，一次读取三个像素。前8个RGB值向我们提供有关机密数据的信息，第9个值告诉我们是否继续前进。

2. 对于前八个值，如果该值为奇数，则二进制位为1，否则为0。

3. 这些位被连接成一个字符串，每三个像素，我们得到一个字节的秘密数据，这意味着一个字符。

4. 现在，如果第九个值是偶数，那么我们将一次读取三个像素，否则我们将停止。

让我们开始一次读取三个像素。考虑我们以前编码的图像。

[（26，63，164），（248，243，194），（174，246，250），（148，95，231），
（188，155，168），（70，167，126），（ 132、173、97），（112、69、206），
（254、29、213），（53、153、220），（246、225、229），（142、82、175）]

第1步

我们首先阅读三个像素：

[（26，63，164），（248，243，194），（174，246，250）

第2步

读取第一个值：26，它是偶数，因此二进制位是0。同样，对63，二进制位1和164它0。该过程一直持续到八个RGB值为止。

第三步

我们最终得到二进制值：01001000将所有单个二进制值连接在一起之后。最终的二进制数据对应于十进制值72，并以ASCII表示字符H。

第4步

由于第九个值是偶数，因此我们重复上述步骤。当遇到的第九个值是奇数时，我们停止。

结果，我们得到的原始消息是Hii。

用于上述算法的Python程序如下：

# Python program implementing Image Steganography
# PIL module is used to extract# pixels of image and modify itfrom PIL import Image
# Convert encoding data into 8-bit binary# form using ASCII value of charactersdef genData(data):
# list of binary codes # of given data newd = []
for i in data: newd.append(format(ord(i), '08b')) return newd
# Pixels are modified according to the# 8-bit binary data and finally returneddef modPix(pix, data):
datalist = genData(data) lendata = len(datalist) imdata = iter(pix)
for i in range(lendata):
# Extracting 3 pixels at a time pix = [value for value in imdata.__next__()[:3] + imdata.__next__()[:3] + imdata.__next__()[:3]]
# Pixel value should be made # odd for 1 and even for 0 for j in range(0, 8): if (datalist[i][j] == '0' and pix[j]% 2 != 0): pix[j] -= 1
elif (datalist[i][j] == '1' and pix[j] % 2 == 0): if(pix[j] != 0): pix[j] -= 1 else: pix[j] += 1 # pix[j] -= 1
# Eighth pixel of every set tells # whether to stop ot read further. # 0 means keep reading; 1 means thec # message is over. if (i == lendata - 1): if (pix[-1] % 2 == 0): if(pix[-1] != 0): pix[-1] -= 1 else: pix[-1] += 1
else: if (pix[-1] % 2 != 0): pix[-1] -= 1
pix = tuple(pix) yield pix[0:3] yield pix[3:6] yield pix[6:9]
def encode_enc(newimg, data): w = newimg.size[0] (x, y) = (0, 0)
for pixel in modPix(newimg.getdata(), data):
# Putting modified pixels in the new image newimg.putpixel((x, y), pixel) if (x == w - 1): x = 0 y += 1 else: x += 1
# Encode data into imagedef encode(): img = input("Enter image name(with extension) : ") image = Image.open(img, 'r')
data = input("Enter data to be encoded : ") if (len(data) == 0): raise ValueError('Data is empty')
newimg = image.copy() encode_enc(newimg, data)
new_img_name = input("Enter the name of new image(with extension) : ") newimg.save(new_img_name, str(new_img_name.split(".")[1].upper()))
# Decode the data in the imagedef decode(): img = input("Enter image name(with extension) : ") image = Image.open(img, 'r')
data = '' imgdata = iter(image.getdata())
while (True): pixels = [value for value in imgdata.__next__()[:3] + imgdata.__next__()[:3] + imgdata.__next__()[:3]]
# string of binary data binstr = ''
for i in pixels[:8]: if (i % 2 == 0): binstr += '0' else: binstr += '1'
data += chr(int(binstr, 2)) if (pixels[-1] % 2 != 0): return data
# Main Functiondef main(): a = int(input(":: Welcome to Steganography ::\n" "1. Encode\n2. Decode\n")) if (a == 1): encode()
elif (a == 2): print("Decoded Word : " + decode()) else: raise Exception("Enter correct input")
# Driver Codeif __name__ == '__main__' :
# Calling main function main()

该程序中使用的模块是PIL ，代表Python Imaging Library。它使我们能够在Python中对图像执行操作。

04.程序示例

数据编码

数据解码

输入图像

medium.png

输出图像

newImage.png

05.局限性

对于JPEG 图像，此程序可能无法正常工作，因为JPEG使用有损压缩，这意味着修改了像素以压缩图像并降低质量，因此发生数据丢失。

参考文献

https://www.geeksforgeeks.org/program-decimal-binary-conversion/

https://www.geeksforgeeks.org/working-images-python/

https://dev.to/erikwhiting88/let-s-hide-a-secret-message-in-an-image-with-python-and-opencv-1jf5

A GUI version of the program can be found here: https://github.com/goelashwin36/image-steganography

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