基于Pyhton的圖像隱寫術(shù)--如何隱藏圖像中的數(shù)據(jù)

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隱秘術(shù)是在任何文件中隱藏秘密數(shù)據(jù)的藝術(shù)。秘密數(shù)據(jù)可以是任何格式的數(shù)據(jù)，例如文本，甚至是文件。簡(jiǎn)而言之，隱寫術(shù)的主要目的是在任何文件（通常是圖像，音頻或視頻）中隱藏預(yù)期的信息，而無(wú)需實(shí)際更改文件的外觀，即，其外觀應(yīng)與以前相同。

本期我們將一起學(xué)習(xí)基于圖像的隱寫術(shù)，即在圖像中隱藏秘密數(shù)據(jù)。

但是在深入研究之前，讓我們先看看圖像的組成。

1. 像素是圖像的基礎(chǔ)。

2. 每個(gè)像素包含三個(gè)值：（紅色，綠色，藍(lán)色）也稱為RGB值。

3. 每個(gè)RGB值的范圍是0到255。

現(xiàn)在，讓我們看看如何將數(shù)據(jù)編碼和解碼為圖像形式。

有很多算法可將數(shù)據(jù)編碼到圖像中，實(shí)際上，大家也可以自己制作。我們將使用的一個(gè)簡(jiǎn)單易于理解和實(shí)施的算法。具體步驟如下：

1. 對(duì)于數(shù)據(jù)中的每個(gè)字符，均采用其ASCII值并將其轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制[1]。

2. 一次讀取三個(gè)像素，總共具有3 * 3 = 9 RGB值。前八個(gè)RGB值用于存儲(chǔ)一個(gè)字符，該字符將轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)。

3. 比較相應(yīng)的RGB值和二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果二進(jìn)制數(shù)字為1，則RGB值將轉(zhuǎn)換為奇數(shù)，否則將轉(zhuǎn)換為偶數(shù)。

4. 第九個(gè)值確定是否應(yīng)讀取更多像素。如果還有更多數(shù)據(jù)要讀取（即編碼或解碼），則第九個(gè)像素變?yōu)榕紨?shù)。否則，如果我們想停止進(jìn)一步讀取像素，則將其設(shè)為奇數(shù)。

重復(fù)此過程，直到所有數(shù)據(jù)都編碼到圖像中。

假設(shè)要隱藏的消息是‘Hii’。

該消息為三個(gè)字節(jié)，因此，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼所需的像素為3 x 3 =9。請(qǐng)考慮一個(gè)4 x 3的圖像，總共12個(gè)像素，足以對(duì)給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。

[（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值為H72，其二進(jìn)制等效值為01001000。

第二步

讀取前三個(gè)像素。

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

第三步

現(xiàn)在，將像素值更改為1的奇數(shù)，甚至更改為0的奇數(shù)，如數(shù)據(jù)的二進(jìn)制等價(jià)形式。

例如，第一個(gè)二進(jìn)制數(shù)為0，第一個(gè)RGB值為27，則需要將其轉(zhuǎn)換為偶數(shù)26。

類似地，由于下一個(gè)二進(jìn)制數(shù)是，因此64被轉(zhuǎn)換63為，1因此RGB值應(yīng)設(shè)為奇數(shù)。

因此，修改后的像素為：

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

第四步

由于我們必須編碼更多的數(shù)據(jù)，因此最后一個(gè)值應(yīng)該是偶數(shù)。同樣，i可以在此圖像中進(jìn)行編碼。

通過+1或-1使像素值奇/偶時(shí)，應(yīng)注意二進(jìn)制條件。即，像素值應(yīng)大于或等于0且小于或等于255。

新圖像將如下所示：

[（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）]

對(duì)于解碼，我們將嘗試找到如何逆轉(zhuǎn)以前用于編碼數(shù)據(jù)的算法。

1. 同樣，一次讀取三個(gè)像素。前8個(gè)RGB值向我們提供有關(guān)機(jī)密數(shù)據(jù)的信息，第9個(gè)值告訴我們是否繼續(xù)前進(jìn)。

2. 對(duì)于前八個(gè)值，如果該值為奇數(shù)，則二進(jìn)制位為1，否則為0。

3. 這些位被連接成一個(gè)字符串，每三個(gè)像素，我們得到一個(gè)字節(jié)的秘密數(shù)據(jù)，這意味著一個(gè)字符。

4. 現(xiàn)在，如果第九個(gè)值是偶數(shù)，那么我們將一次讀取三個(gè)像素，否則我們將停止。

讓我們開始一次讀取三個(gè)像素。考慮我們以前編碼的圖像。

[（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

我們首先閱讀三個(gè)像素：

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

第2步

讀取第一個(gè)值：26，它是偶數(shù)，因此二進(jìn)制位是0。同樣，對(duì)63，二進(jìn)制位1和164它0。該過程一直持續(xù)到八個(gè)RGB值為止。

第三步

我們最終得到二進(jìn)制值：01001000將所有單個(gè)二進(jìn)制值連接在一起之后。最終的二進(jìn)制數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于十進(jìn)制值72，并以ASCII表示字符H。

第4步

由于第九個(gè)值是偶數(shù)，因此我們重復(fù)上述步驟。當(dāng)遇到的第九個(gè)值是奇數(shù)時(shí)，我們停止。

結(jié)果，我們得到的原始消息是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()

該程序中使用的模塊是PIL?，代表Python Imaging Library。它使我們能夠在Python中對(duì)圖像執(zhí)行操作。

數(shù)據(jù)編碼

數(shù)據(jù)解碼

輸入圖像

medium.png

輸出圖像

newImage.png

對(duì)于JPEG?圖像，此程序可能無(wú)法正常工作，因?yàn)镴PEG使用有損壓縮，這意味著修改了像素以壓縮圖像并降低質(zhì)量，因此發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。

參考文獻(xiàn)

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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