寻找一种对带有键的图像进行按位异或的方法

Question

我正在寻找使用密钥加密图像的方法，第一个输入应该是这样的图像：

第二个输入如下所示： key = "01010100 01110010 10101110 01110001 10110000 01100001 01010010 10110001 10110011 10110011 10000000 01011100 01010010 01011100 11010011 00011000 10100100"（或者我可以将其转换为另一种类型，但这是我的原始数据）

在 xor image^key 之后输出应该是这样的：

到目前为止我尝试了什么？

import cv2
import numpy as np
 
demo = cv2.imread("koala.jpeg")
key = "01010100 01110010 10101110 01110001 10110000 01100001 01010010 10110001 10110011 10110011 10000000 01011100 01010010 01011100 11010011 00011000 10100100"
r, c, t = demo.shape

 

 
 
encryption = cv2.bitwise_xor(demo, key) # encryption
decryption = cv2.bitwise_xor(encryption, key) # decryption
 
cv2.imshow("encryption", encryption) # Display ciphertext image
cv2.imshow("decryption", decryption) # Display the decrypted image
 
cv2.waitKey(-1)
cv2.destroyAllWindows()

这是输出：

Traceback (most recent call last):
  File "/Users/kemal/Documents/Python/pyImage/xor.py", line 10, in <module>
    encryption = cv2.bitwise_xor(demo, key) # encryption
TypeError: Expected Ptr<cv::UMat> for argument 'src2'

我的问题是，异或我的图像和我的密钥的正确方法是什么？

现在我已经用两个图像成功加密了，但是当我想用一个密钥加密我的图像时它不起作用。

实际上我知道这是错误的加密方法，也许我可以尝试将我的密钥转换为图像，但我相信有一种正确的方法可以做到这一点，我想学习。感谢您的任何帮助。

如果这个库不是进行这种加密的正确方法，我也可以更改库并使用不同的库，没有任何限制。对我来说，唯一重要的是输入和输出。

感谢您的任何帮助。

Answer 1

以下 Python 程序：

• 显示原始图像，

• 按键后显示加密图像，

• 按键后显示解密后的图像，

• 按键后删除所有图像。

请注意，根据图像的大小，每次加密和解密可能需要几秒钟。

import cv2
import numpy as np
from numpy import random

# Load original image
demo = cv2.imread(<path to jpeg>)
r, c, t = demo.shape

# Display original image
cv2.imshow("Original image", demo)
cv2.waitKey()

# Create random key
key = random.randint(256, size = (r, c, t))

# Encryption
# Iterate over the image
encrypted_image = np.zeros((r, c, t), np.uint8)
for row in range(r):
    for column in range(c):
        for depth in range(t):
            encrypted_image[row, column, depth] = demo[row, column, depth] ^ key[row, column, depth] 
            
cv2.imshow("Encrypted image", encrypted_image)
cv2.waitKey()

# Decryption
# Iterate over the encrypted image
decrypted_image = np.zeros((r, c, t), np.uint8)
for row in range(r):
    for column in range(c):
        for depth in range(t):
            decrypted_image[row, column, depth] = encrypted_image[row, column, depth] ^ key[row, column, depth] 
            
cv2.imshow("Decrypted Image", decrypted_image)

cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()

加载后，原始图像存储在一个 3D 数组中，其中 r 行、c 列和 t 颜色值介于 0 和 255 之间。
接下来，生成一个键，对应于一个大小相同的数组，该数组的元素是随机生成的。
对于加密，它在原始图像上进行迭代，并且图像数组的每个值与密钥数组的相应值进行异或。
对于解密，对加密图像执行类似的迭代，并将加密图像数组的每个值与密钥数组的相应值进行异或。

请注意，这种逻辑不应该被认为是正确的方式，而是一种可能的方式。它基于one-time-pad 加密，当按规定使用时，它在信息理论上是安全的。然而，这里没有实现，因为密钥必须随机选择真正，而这里它是随机选择伪。对于一次性键盘，密钥必须与消息一样长，即密钥数组必须与图像数据一样大。原则上，也可以使用其他算法，例如然而，AES 实现起来更复杂（关于填充、IV 等）。

另请注意，在存储加密图像时，必须使用不会更改图像数据（实际上是密文）的格式。否则，加载加密图像后，解密可能不正确甚至不可能，具体取决于算法。通常压缩数据并因此更改数据的格式是例如jpg，一种不改变数据的格式，例如bmp，参见例如here 了解更多详情。使用imwrite保存时可以通过文件扩展名控制格式。