如何用python图片加密

如何用Python图片加密

图片加密的主要方法有：使用AES加密算法、使用RSA加密算法、基于图像处理的隐写术、结合哈希函数的方法。 其中，使用AES加密算法是最常见且高效的一种方法。AES（高级加密标准）是一种对称加密算法，具有高安全性和高效率的特点。下面我们将详细介绍如何使用AES加密算法来实现图片加密。

一、AES加密算法概述

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年发布。AES具有以下几个显著特点：

1. 对称加密：加密和解密使用相同的密钥。
2. 高安全性：AES支持128位、192位和256位密钥长度，安全性极高。
3. 高效性：AES具有高效的加密和解密速度，适用于大数据量的加密需求。

1. 安装所需库

在进行AES加密之前，我们需要安装一些Python库。这些库包括pycryptodome（用于加密操作）和Pillow（用于图像处理）。

pip install pycryptodome

pip install pillow

2. 读取和保存图片

使用Pillow库读取和保存图片。以下是读取和保存图片的代码示例：

from PIL import Image

import io
读取图片
def read_image(file_path):
    with open(file_path, 'rb') as f:
        img_data = f.read()
    return img_data
保存图片
def save_image(img_data, file_path):
    with open(file_path, 'wb') as f:
        f.write(img_data)

3. 加密和解密图片

使用pycryptodome库进行AES加密和解密。以下是加密和解密图片的代码示例：

from Crypto.Cipher import AES

from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes
加密图片
def encrypt_image(img_data, key):
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)
    ciphertext = cipher.encrypt(pad(img_data, AES.block_size))
    return cipher.iv + ciphertext
解密图片
def decrypt_image(enc_data, key):
    iv = enc_data[:AES.block_size]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    img_data = unpad(cipher.decrypt(enc_data[AES.block_size:]), AES.block_size)
    return img_data

4. 完整的图片加密和解密流程

下面是一个完整的示例代码，展示了如何读取图片、加密图片、保存加密后的图片、读取加密后的图片、解密图片，并保存解密后的图片：

from PIL import Image

import io
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes
读取图片
def read_image(file_path):
    with open(file_path, 'rb') as f:
        img_data = f.read()
    return img_data
保存图片
def save_image(img_data, file_path):
    with open(file_path, 'wb') as f:
        f.write(img_data)
加密图片
def encrypt_image(img_data, key):
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)
    ciphertext = cipher.encrypt(pad(img_data, AES.block_size))
    return cipher.iv + ciphertext
解密图片
def decrypt_image(enc_data, key):
    iv = enc_data[:AES.block_size]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    img_data = unpad(cipher.decrypt(enc_data[AES.block_size:]), AES.block_size)
    return img_data
主函数
def main():
    key = get_random_bytes(16)  # 使用16字节（128位）密钥
    original_image_path = 'path/to/original/image.jpg'
    encrypted_image_path = 'path/to/encrypted/image.enc'
    decrypted_image_path = 'path/to/decrypted/image.jpg'
    # 读取原始图片
    img_data = read_image(original_image_path)
    # 加密图片
    enc_data = encrypt_image(img_data, key)
    save_image(enc_data, encrypted_image_path)
    # 读取加密后的图片
    enc_data = read_image(encrypted_image_path)
    # 解密图片
    dec_data = decrypt_image(enc_data, key)
    save_image(dec_data, decrypted_image_path)
if __name__ == '__main__':
    main()

二、使用RSA加密算法

RSA（Rivest–Shamir–Adleman）是一种非对称加密算法，通常用于数据传输中的加密。RSA算法使用一对公钥和私钥进行加密和解密操作。RSA的加密和解密速度相对较慢，适用于小数据量的加密需求。

1. 安装所需库

我们需要安装pycryptodome库，用于进行RSA加密操作。

pip install pycryptodome

2. 生成RSA密钥对

以下是生成RSA密钥对的代码示例：

from Crypto.PublicKey import RSA

生成RSA密钥对
def generate_rsa_key_pair(key_size=2048):
    key = RSA.generate(key_size)
    private_key = key.export_key()
    public_key = key.publickey().export_key()
    return private_key, public_key
保存密钥到文件
def save_key(key, file_path):
    with open(file_path, 'wb') as f:
        f.write(key)

3. 加密和解密图片

使用RSA算法进行加密和解密。以下是加密和解密图片的代码示例：

from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP

加密图片
def encrypt_image_rsa(img_data, public_key):
    cipher = PKCS1_OAEP.new(public_key)
    enc_data = cipher.encrypt(img_data)
    return enc_data
解密图片
def decrypt_image_rsa(enc_data, private_key):
    cipher = PKCS1_OAEP.new(private_key)
    img_data = cipher.decrypt(enc_data)
    return img_data

4. 完整的图片加密和解密流程

下面是一个完整的示例代码，展示了如何生成RSA密钥对、读取图片、加密图片、保存加密后的图片、读取加密后的图片、解密图片，并保存解密后的图片：

from PIL import Image

import io
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
生成RSA密钥对
def generate_rsa_key_pair(key_size=2048):
    key = RSA.generate(key_size)
    private_key = key.export_key()
    public_key = key.publickey().export_key()
    return private_key, public_key
保存密钥到文件
def save_key(key, file_path):
    with open(file_path, 'wb') as f:
        f.write(key)
读取密钥从文件
def load_key(file_path):
    with open(file_path, 'rb') as f:
        key = f.read()
    return RSA.import_key(key)
读取图片
def read_image(file_path):
    with open(file_path, 'rb') as f:
        img_data = f.read()
    return img_data
保存图片
def save_image(img_data, file_path):
    with open(file_path, 'wb') as f:
        f.write(img_data)
加密图片
def encrypt_image_rsa(img_data, public_key):
    cipher = PKCS1_OAEP.new(public_key)
    enc_data = cipher.encrypt(img_data)
    return enc_data
解密图片
def decrypt_image_rsa(enc_data, private_key):
    cipher = PKCS1_OAEP.new(private_key)
    img_data = cipher.decrypt(enc_data)
    return img_data
主函数
def main():
    key_size = 2048
    private_key_path = 'path/to/private_key.pem'
    public_key_path = 'path/to/public_key.pem'
    original_image_path = 'path/to/original/image.jpg'
    encrypted_image_path = 'path/to/encrypted/image.enc'
    decrypted_image_path = 'path/to/decrypted/image.jpg'
    # 生成RSA密钥对
    private_key, public_key = generate_rsa_key_pair(key_size)
    save_key(private_key, private_key_path)
    save_key(public_key, public_key_path)
    # 读取原始图片
    img_data = read_image(original_image_path)
    # 加密图片
    public_key = load_key(public_key_path)
    enc_data = encrypt_image_rsa(img_data, public_key)
    save_image(enc_data, encrypted_image_path)
    # 读取加密后的图片
    enc_data = read_image(encrypted_image_path)
    # 解密图片
    private_key = load_key(private_key_path)
    dec_data = decrypt_image_rsa(enc_data, private_key)
    save_image(dec_data, decrypted_image_path)
if __name__ == '__main__':
    main()

三、基于图像处理的隐写术

隐写术（Steganography）是一种将秘密信息隐藏在其他文件中的技术。在图像隐写术中，我们可以将秘密信息嵌入到图像的像素值中，使得隐写后的图像与原始图像看起来几乎相同。

1. 安装所需库

我们需要安装Pillow库，用于图像处理。

pip install pillow

2. 将消息嵌入到图像中

以下是将消息嵌入到图像中的代码示例：

from PIL import Image

将消息嵌入到图像中
def embed_message(image_path, message, output_path):
    img = Image.open(image_path)
    img = img.convert('RGB')
    binary_message = ''.join(format(ord(i), '08b') for i in message)
    binary_message += '1111111111111110'  # 结束标志
    data_index = 0
    for y in range(img.height):
        for x in range(img.width):
            r, g, b = img.getpixel((x, y))
            if data_index < len(binary_message):
                r = int(format(r, '08b')[:-1] + binary_message[data_index], 2)
                data_index += 1
            if data_index < len(binary_message):
                g = int(format(g, '08b')[:-1] + binary_message[data_index], 2)
                data_index += 1
            if data_index < len(binary_message):
                b = int(format(b, '08b')[:-1] + binary_message[data_index], 2)
                data_index += 1
            img.putpixel((x, y), (r, g, b))
    img.save(output_path)

3. 从图像中提取消息

以下是从图像中提取消息的代码示例：

# 从图像中提取消息

def extract_message(image_path):
    img = Image.open(image_path)
    img = img.convert('RGB')
    binary_message = ''
    for y in range(img.height):
        for x in range(img.width):
            r, g, b = img.getpixel((x, y))
            binary_message += format(r, '08b')[-1]
            binary_message += format(g, '08b')[-1]
            binary_message += format(b, '08b')[-1]
    binary_message = [binary_message[i:i+8] for i in range(0, len(binary_message), 8)]
    message = ''.join(chr(int(b, 2)) for b in binary_message)
    return message.split('1111111111111110')[0]

4. 完整的消息嵌入和提取流程

下面是一个完整的示例代码，展示了如何将消息嵌入到图像中，并从图像中提取消息：

from PIL import Image

将消息嵌入到图像中
def embed_message(image_path, message, output_path):
    img = Image.open(image_path)
    img = img.convert('RGB')
    binary_message = ''.join(format(ord(i), '08b') for i in message)
    binary_message += '1111111111111110'  # 结束标志
    data_index = 0
    for y in range(img.height):
        for x in range(img.width):
            r, g, b = img.getpixel((x, y))
            if data_index < len(binary_message):
                r = int(format(r, '08b')[:-1] + binary_message[data_index], 2)
                data_index += 1
            if data_index < len(binary_message):
                g = int(format(g, '08b')[:-1] + binary_message[data_index], 2)
                data_index += 1
            if data_index < len(binary_message):
                b = int(format(b, '08b')[:-1] + binary_message[data_index], 2)
                data_index += 1
            img.putpixel((x, y), (r, g, b))
    img.save(output_path)
从图像中提取消息
def extract_message(image_path):
    img = Image.open(image_path)
    img = img.convert('RGB')
    binary_message = ''
    for y in range(img.height):
        for x in range(img.width):
            r, g, b = img.getpixel((x, y))
            binary_message += format(r, '08b')[-1]
            binary_message += format(g, '08b')[-1]
            binary_message += format(b, '08b')[-1]
    binary_message = [binary_message[i:i+8] for i in range(0, len(binary_message), 8)]
    message = ''.join(chr(int(b, 2)) for b in binary_message)
    return message.split('1111111111111110')[0]
主函数
def main():
    original_image_path = 'path/to/original/image.jpg'
    output_image_path = 'path/to/output/image.png'
    secret_message = 'This is a secret message.'
    # 将消息嵌入到图像中
    embed_message(original_image_path, secret_message, output_image_path)
    # 从图像中提取消息
    extracted_message = extract_message(output_image_path)
    print(f'Extracted Message: {extracted_message}')
if __name__ == '__main__':
    main()

四、结合哈希函数的方法

哈希函数是一种将任意长度的输入映射为固定长度输出的函数。常见的哈希函数包括MD5、SHA-1、SHA-256等。在图片加密中，哈希函数通常用于验证数据的完整性。

1. 安装所需库

我们需要安装hashlib库，用于计算哈希值。

pip install hashlib

2. 计算图片的哈希值

以下是计算图片哈希值的代码示例：

import hashlib

计算图片的哈希值
def compute_hash(image_path, hash_algorithm='sha256'):
    hasher = hashlib.new(hash_algorithm)
    with open(image_path, 'rb') as f:
        buf = f.read()
        hasher.update(buf)
    return hasher.hexdigest()

3. 验证图片的完整性

以下是验证图片完整性的代码示例：

# 验证图片的完整性

def verify_image(image_path, expected_hash, hash_algorithm='sha256'):
    computed_hash = compute_hash(image_path, hash_algorithm)
    return computed_hash == expected_hash

4. 完整的哈希计算和验证流程

下面是一个完整的示例代码，展示了如何计算图片的哈希值，并验证图片的完整性：

import hashlib

计算图片的哈希值
def compute_hash(image_path, hash_algorithm='sha256'):
    hasher = hashlib.new(hash_algorithm)
    with open(image_path, 'rb') as f:
        buf = f.read()
        hasher.update(buf)
    return hasher.hexdigest()
验证图片的完整性
def verify_image(image_path, expected_hash, hash_algorithm='sha256'):
    computed_hash = compute_hash(image_path, hash_algorithm)
    return computed_hash == expected_hash
主函数
def main():
    image_path = 'path/to/image.jpg'
    expected_hash = 'expected_hash_value'
    # 计算图片的哈希值
    computed_hash = compute_hash(image_path)
    print(f'Computed Hash: {computed_hash}')
    # 验证图片的完整性
    is_valid = verify_image(image_path, expected_hash)
    print(f'Is Image Valid: {is_valid}')
if __name__ == '__main__':
    main()

五、应用场景和建议

在实际应用中，选择合适的图片加密方法取决于具体的需求和应用场景。以下是一些常见的应用场景和建议：

1. 高安全性需求

对于高安全性需求的应用场景，例如敏感数据的加密传输和存储，推荐使用AES加密算法。AES具有高安全性和高效性，适用于大数据量的加密需求。

2. 数据传输中的加密

对于数据传输中的加密需求，例如发送加密邮件或加密文件传输，推荐使用RSA加密算法。RSA是一种非对称加密算法，适用于小数据量的加密需求。

3. 信息隐藏和传输

对于信息隐藏和传输的需求，例如在图片中隐藏秘密信息或水印，推荐使用基于图像处理的隐写术。隐写术可以将秘密信息嵌入到图像的像素值中，使得隐写后的图像与原始图像看起来几乎相同。

4. 数据完整性验证

对于数据完整性验证的

相关问答FAQs：

1. 什么是图片加密？
图片加密是指通过对图片进行特定的算法处理，使得图片在传输或存储过程中能够更安全地保护其内容，防止被未授权的人访问或恶意篡改。

2. 使用Python如何进行图片加密？
使用Python进行图片加密可以通过以下步骤实现：

• 步骤一：读取图片：使用Python的图像处理库（如PIL或OpenCV）读取待加密的图片。
• 步骤二：转换图片数据：将图片数据转换为二进制形式，以便进行加密处理。
• 步骤三：选择加密算法：选择合适的加密算法（如AES、DES等），在Python中可以使用相关的加密库（如cryptography）进行加密操作。
• 步骤四：对图片数据进行加密：将步骤二中转换后的图片数据使用选定的加密算法进行加密处理。
• 步骤五：保存加密后的图片：将加密后的图片数据保存为新的图片文件，以便后续使用或传输。

3. 为什么选择使用Python进行图片加密？
选择使用Python进行图片加密的原因有以下几点：

• 灵活性和可定制性：Python具有丰富的图像处理和加密库，可以根据具体需求自定义加密算法和处理流程。
• 易于学习和使用：Python语法简洁易懂，对于初学者来说上手较快，也有大量的文档和教程可供参考。
• 生态系统完善：Python拥有庞大的开源社区和丰富的第三方库，可以方便地获取各种图像处理和加密工具。
• 跨平台支持：Python可以在多个操作系统上运行，包括Windows、Linux和macOS，使得图片加密应用具备较高的可移植性。