如何使用Python實現最低有效位隱寫術？

作者：讀芯術 2020-09-23 17:16:52

開發后端

隱寫術是一門關于在適當的多媒體載體中傳輸秘密數據的科學，例如在圖像、音頻和視頻文件中。它的假設是，如果特征是可見的，那么攻擊點就是明顯的，因此這里的目標總是隱藏嵌入數據的存在。

本文轉載自公眾號“讀芯術”(ID：AI_Discovery)

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LSB圖像隱寫術

LSB隱寫術是一種圖像隱寫術技術，通過用要隱藏的信息位替換每個像素的最低有效位，將信息隱藏在圖像中。為了更好地理解，將數字圖像視為2D像素陣列，每個像素包含的值取決于其類型和深度。

我們將考慮最廣泛使用的模式——RGB(3×8位像素，真彩)和RGBA(4x8位像素，帶透明遮罩的真彩)，這些值的范圍從0到255(8位值)。

將圖像表示為2D陣列的RGB像素

通過使用ASCII表，可以將消息轉換為十進制值，然后轉換為二進制值，接著逐個迭代像素值，在將像素值轉換為二進制后，將每個最低有效位替換為序列中的該消息位。

要解碼一個已編碼的圖像，只需顛倒這個過程：收集并存儲每個像素的最后一位，將它們分成8個一組，并將其轉換回ASCII字符，以得到隱藏的信息。

PYTHON操作

試著使用Python庫PIL和NumPY來逐步實現上述概念。

步驟1：導入所有必需的python庫

import numpy as np 
from PIL import Image

步驟2：啟用編碼器功能

首先，編寫代碼，將源圖像轉換成一個NumPy像素陣列，并存儲圖像的大小。檢查圖像的模式是RGB還是RGBA，然后設置n的值。還需計算像素的總數。

def Encode(src, message, dest): 
    img = Image.open(src, 'r') 
    width, height = img.size    array = np.array(list(img.getdata())) 
    if img.mode == 'RGB': 
        n = 3 
        m = 0 
    elif img.mode == 'RGBA': 
        n = 4 
        m = 1 
    total_pixels = array.size//n

其次，在秘密消息的末尾添加一個分隔符(“$T3G0”)，這樣程序在解碼時就知道什么時候該停止，將這個更新后的消息轉換成二進制形式，并計算出所需的像素。

message += "$t3g0" 
b_message = ''.join([format(ord(i), "08b") for i in message]) 
req_pixels = len(b_message)

接著，檢查可用的總像素是否足夠用于秘密消息。如果繼續逐個迭代像素，并將它們的最低有效位修改為秘密消息的位，直到包括分隔符的完整消息已經被隱藏。

if req_pixels > total_pixels: 
    print("ERROR: Need larger filesize")else:    index=0    for p in range(total_pixels): 
        for q in range(m, n): 
            if index < req_pixels: 
                array[p][q] =int(bin(array[p][q])[2:9] + b_message[index], 2) 
                index += 1

最后，有了更新后的像素數組，可以使用它來創建并保存為目標輸出圖像。

array=array.reshape(height, width, n) 
enc_img = Image.fromarray(array.astype('uint8'), img.mode) 
enc_img.save(dest)print("Image Encoded Successfully")

這樣，編碼器功能就完成了，是這樣的：

def Encode(src, message, dest): 
    img = Image.open(src, 'r')    width, height = img.size    array = np.array(list(img.getdata()))    if img.mode == 'RGB':        n = 3        m = 0    elif img.mode == 'RGBA':        n = 4        m = 1    total_pixels = array.size//n 
    message += "$t3g0" 
    b_message = ''.join([format(ord(i),"08b") for i in message]) 
    req_pixels = len(b_message) 
    if req_pixels > total_pixels: 
        print("ERROR: Need largerfile size")    else:        index=0        for p in range(total_pixels): 
            for q in range(m, n): 
                if index < req_pixels: 
                    array[p][q] =int(bin(array[p][q])[2:9] + b_message[index], 2) 
                    index += 1 
        array=array.reshape(height,width, n) 
        enc_img =Image.fromarray(array.astype('uint8'), img.mode) 
        enc_img.save(dest)        print("Image EncodedSuccessfully")

步驟3：啟用解碼器功能

首先，重復類似的步驟，將源圖像的像素保存為一個數組，計算模式，并計算總像素。

def Decode(src): 
    img = Image.open(src, 'r') 
    array = np.array(list(img.getdata())) 
    if img.mode == 'RGB': 
        n = 3 
        m = 0 
    elif img.mode == 'RGBA': 
        n = 4 
        m = 1 
    total_pixels = array.size//n

其次，需要從圖像左上角開始的每個像素中提取最低有效位，并以8個為一組存儲。接下來，將這些組轉換成ASCII字符來查找隱藏的消息，直到完全讀取之前插入的分隔符。

hidden_bits = "" 
for p in range(total_pixels): 
    for q in range(m, n): 
        hidden_bits +=(bin(array[p][q])[2:][-1]) 
hidden_bits = [hidden_bits[i:i+8] for i in range(0, len(hidden_bits), 8)] 
message = "" 
for i in range(len(hidden_bits)): 
    if message[-5:] == "$t3g0": 
        break 
    else: 
        message +=chr(int(hidden_bits[i], 2))

最后，檢查是否找到了分隔符。如果沒有，意味著圖像中沒有隱藏的信息。

if "$t3g0" in message: 
    print("Hidden Message:",message[:-5]) 
else: 
    print("No Hidden MessageFound")

這樣，我們的解碼器功能就完成了，看起來應該是這樣的：

def Decode(src): 
    img = Image.open(src, 'r')    array = np.array(list(img.getdata()))    if img.mode == 'RGB':        n = 3        m = 0    elif img.mode == 'RGBA':        n = 4        m = 1    total_pixels = array.size//n 
    hidden_bits = "" 
    for p in range(total_pixels): 
        for q in range(m, n): 
            hidden_bits +=(bin(array[p][q])[2:][-1]) 
    hidden_bits = [hidden_bits[i:i+8] fori in range(0, len(hidden_bits), 8)] 
    message = "" 
    for i in range(len(hidden_bits)): 
        if message[-5:] =="$t3g0":            break        else:            message +=chr(int(hidden_bits[i], 2))    if "$t3g0" in message:        print("Hidden Message:",message[:-5])    else:        print("No Hidden MessageFound")

步驟4：制作主要功能

對于主要功能，我們需詢問用戶想要執行哪個功能——編碼還是解碼。

若是編碼，則要求用戶輸入以下內容——帶擴展名的源圖像名稱、秘密消息和帶擴展名的目標圖像名稱。若是解碼，則要求用戶提供隱藏了消息的源圖像。

def Stego(): 
    print("--Welcome to$t3g0--") 
    print("1: Encode") 
    print("2: Decode") 
    func = input() 
    if func == '1': 
        print("Enter Source ImagePath") 
        src = input() 
        print("Enter Message toHide") 
        message = input() 
        print("Enter Destination ImagePath") 
        dest = input() 
        print("Encoding...") 
        Encode(src, message, dest)    elif func == '2': 
        print("Enter Source ImagePath") 
        src = input() 
        print("Decoding...") 
        Decode(src)    else: 
        print("ERROR: Invalid optionchosen")