使用 Exif 元数据存储 JPEG 图像的 sha224 哈希

Question

我必须存储大量由机器人显微镜生成的科学图像。 在存储过程中，我想在 Exif 元数据中存储图像数据的哈希值，以便使每个图像都可识别并确定它是否在之后被修改。 图像数据以 16 位 uint 的二维数组形式出现。 我尝试使用的代码是：

import math,png,io,hashlib, numpy as np
import piexif
import piexif.helper
from PIL import Image

  def MOEDAL_IMGWR_JPG_h(img,fname,q,js='{}',exif_ifd ={}):
        y=np.asarray(img);
        z = (65535*((y - y.min())/y.ptp())).astype(np.uint16)
        a=(np.array(z)//256).astype("uint8");
        im = Image.fromarray(a)
        im.save(fname, format='JPEG', quality=q) # save the image
        im=Image.open(fname)  # reload it
        img_byte_arr = io.BytesIO()
        im.save(img_byte_arr,format='PNG') # write the image content in memory
        jdc=json.loads(js)
        jdc['sha244']=hashlib.sha224(img_byte_arr.getvalue()).hexdigest()
        a=json.dumps(jdc)
        exif_dict = {"Exif":exif_ifd}
        exif_dict["Exif"][piexif.ExifIFD.UserComment] = piexif.helper.UserComment.dump(a)
        exif_bytes = piexif.dump(exif_dict)
        piexif.insert(exif_bytes,fname)  # This method is supposed to work (but does not)
#            im.save(fname, exif=exif_bytes) #

如您所见，我尝试在使用所需压缩保存图像后重新加载图像数据，计算哈希并将其（作为 JSON 键）存储在 exif 元数据的 UserComment 字段中。 在第二次保存中，我尝试使用压缩
但是当我尝试从 Python CLI 重新加载图像并再次计算哈希时，我得到了不同的值。

>>> im=Image.open('Test.jpg')
>>> img_byte_arr = io.BytesIO()
>>> im.save(img_byte_arr,format='PNG')
>>> exif_dict=piexif.load('TEST.jpg')
>>> print(exif_dict)
{'0th': {34665: 26}, 'Exif': {37510: b'ASCII\x00\x00\x00{"sha244": "94ae6bcfbb94c75c8adf65536993a03a107aa076cb94e20ef6bdff12"}'}, 'GPS': {}, 'Interop': {}, '1st': {}, 'thumbnail': None}
>>> hashlib.sha224(img_byte_arr.getvalue()).hexdigest()
'ef5966d665aaefc0d5b48c293957f66007c8dcaab7afc39f85a3964e'

也许我上次的 im.save 有误，但我也尝试指定 format='JPEG' 和 quality=100 以便我不会再次重复压缩。 有什么建议 ？ 谢谢，G.L.

Answer 1

最后我在我的函数中发现了错误并发布了正确的版本，因为我认为它对其他人也有用。 错误是两个一个是原始保存

#            im.save(fname, exif=exif_bytes) #

正确替换为

piexif.insert(exif_bytes,fname)

但第二个也是更微妙的是关于如何提取图像字节以计算散列。正确的方法（或至少一种有效的方法）是将图像（读取为灰度）内容转换为 Numpy 数组，然后将数组转换为字节。 最后的程序行是：

jdc['sha244']=hashlib.sha224(np.float32(im).tobytes()).hexdigest()

所以完整的功能是：

def MOEDAL_IMGWR_JPG_h(img,fname,q,js='{}',exif_ifd ={}):
        y=np.asarray(img);
        z = (65535*((y - y.min())/y.ptp())).astype(np.uint16)
        a=(np.array(z)//256).astype("uint8");
        im = Image.fromarray(a)
        im.save(fname, format='JPEG', quality=q) # save the image
        im=Image.open(fname)  # load the saved image
        jdc=json.loads(js)    # prepare the JSON record from a
        jdc['sha244']=hashlib.sha224(np.float32(im).tobytes()).hexdigest() # compute the hash from the np array converted to bytes
        a=json.dumps(jdc)
        exif_dict = {"Exif":exif_ifd}
        exif_dict["Exif"][piexif.ExifIFD.UserComment] = piexif.helper.UserComment.dump(a)
        exif_bytes = piexif.dump(exif_dict)
        piexif.insert(exif_bytes,fname) # insert the Exif data

Answer 2

这是行不通的，不是这样。您计算图像的散列，然后将其保存为 JPEG 流，JPEG 是有损。所以你的形象会立即改变。

您需要做的是将图像保存为JPEG格式，重新加载它并计算重新加载的图像的哈希值，然后更新EXIF元数据不进一步修改图像（通常 EXIF 工具不会修改图像流，但我不熟悉 Python 库；您应该检查一下）。