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实现窗口可视化
数字图像加密
窗口布局设置
基于混沌Logistic的图像加密
基于三重DES的图像加密
数字图像解密
窗口布局设置
基于混沌Logistic的图像解密
基于三重DES的图像解密
基于LSB的数字水印提取
窗口布局设置
水印的嵌入与提取 实现窗口可视化
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实现窗口可视化
数字图像加密
窗口布局设置
基于混沌Logistic的图像加密
基于三重DES的图像加密
数字图像解密
窗口布局设置
基于混沌Logistic的图像解密
基于三重DES的图像解密
基于LSB的数字水印提取
窗口布局设置
水印的嵌入与提取 实现窗口可视化
这里我们使用python自带的tkinter标准库实现图形用户界面GUI应用程序其提供了一组工具和组件使开发者能够创建窗口、按钮、文本框、标签等各种 GUI 元素并通过编写代码来处理用户的输入和操作。
首先我们先导入tkinter库及其对应要使用的函数
from tkinter import *
# 导入tkinter中的对话框函数messagebox并将其重命名为 mbox
import tkinter.messagebox as mbox
通过主函数main()创建窗口并设计其对应的样式
def main():# 创建主窗体布局root Tk()# 设置窗口大小为 300x200 像素并将其放置在屏幕位置 (600, 200)root.geometry(500x300600200)# 设置标题root.title(图像加密及数字水印处理系统)创建一个标签组件参数 root表示该组件父容器即窗口text参数表示显示文本内容bg为标签背景颜色pack() 方法将标签添加到父容器中fillX 表示填充方向为水平方向X 轴方向Label(root, text功能选择, bg#008c8c).pack(fillX)创建一个按钮组件参数 root是该组件的父容器text参数表示按钮上显示的文本内容font参数设置按钮文本的字体和大小command参数设置按钮的回调函数这里使用一个lambda表达式来定义回调函数。表达式实际上是一个匿名函数当用户点击按钮时会调用该函数然后函数会调用goto()函数并将参数传递给它。
接下来继续在main()函数下给窗口添加内容这里添加四个按钮并给每个按钮设置回调函数 # 进入子窗体回调函数def goto(num):# 关闭主窗口root.destroy()# 使用字典来映射数字和对应的窗口函数然后在 goto 函数中进行查找和调用如果找到则调用该函数否则不执行任何操作。windows {1: One,2: Two,3: Three}func windows.get(num, lambda: None)if func:func()# 退出系统def LogDown():if mbox.askokcancel(退出, 确认退出系统吗):root.destroy()# 设置窗口布局btn1 Button(root, text数字图像加密, font(Arial, 12), commandlambda: goto(1))# pack()方法将按钮组件添加到父容器中。参数用于设置垂直方向上的外边距即上下边距其值为 15。btn1.pack(pady15)btn2 Button(root, text数字图像解密, font(Arial, 12), commandlambda: goto(2))btn2.pack(pady15)btn3 Button(root, text数字水印处理, font(Arial, 12), commandlambda: goto(3))btn3.pack(pady15)btn4 Button(root, text退出系统, font(Arial, 12), commandLogDown)btn4.pack(pady15)# 监听并处理用户的事件直到程序被显式关闭或者窗口被销毁, 只有当主事件循环结束即窗口被关闭或销毁时才会继续执行 mainloop() 后面的代码。root.mainloop()
接下来给字典映射的函数名称放置在和main()函数平级的位置最后调用主函数
# 第一个窗口
def One():print(1)# 第二个窗口
def Two():print(1)# 第三个窗口
def Three():print(1)# 执行 main() 函数
if __name__ __main__:main()
最终执行的效果如下 感觉画面有点小丑加个图片试试吧 需要导入 ImageTk 和 Image 类它们位于 PILPython Imaging Library库中终端执行如下命令进行安装
pip install pillow
然后设置背景图片根据自己设备的图片调整按钮的上边距内容
# 加载背景图片
bg_image Image.open(bg.jpg)
bg_image bg_image.resize((800, 500), Image.BILINEAR) # 调整图片大小
bg_photo ImageTk.PhotoImage(bg_image)
# 创建一个标签组件作为背景
bg_label Label(root, imagebg_photo)
bg_label.place(x0, y0, relwidth1, relheight1)
画面如下(效果还行暂时先这样吧后期有新功能再接着改) 数字图像加密
数字图像加密按钮当我们点击之后也是呈现一个窗口这里撰写两种对图像进行加密的方式ok接下来我们首先实现基本窗口的设置
窗口布局设置
图像加密窗口的布局样式与主窗口的布局样式一致这里就不再赘述了具体的代码如下
# 第一个窗口
def One():# 函数内部使用全局变量encryptionglobal encryption# 将全局变量encryption的值设置为True以表示已经进行了加密操作。encryption True# 创建子窗口布局root1 Tk()# 设置窗口大小为 300x200 像素并将其放置在屏幕位置 (600, 200)root1.geometry(800x500600200)# 设置标题root1.title(数字图像加密)Label(root1, text功能选择, bg#008c8c).pack(fillX)# 进入当前窗口的子窗体回调函数def goto(num):# 关闭主窗口root1.destroy()# 使用字典来映射数字和对应的窗口函数然后在 goto 函数中进行查找和调用如果找到则调用该函数否则不执行任何操作。windows {1: One_one,2: One_two,}func windows.get(num, lambda: None)if func:func()# 设置窗口布局btn1 Button(root1, text返回主窗体, commandlambda: gotoMain(root1))btn1.pack(sidebottom, pady10)btn2 Button(root1, text基于混沌Logistic的图像加密, font(Arial, 12), commandlambda: goto(1))btn2.pack(pady(115, 15))btn3 Button(root1, text基于三重DES的图像加密, font(Arial, 12), commandlambda: goto(2))btn3.pack(pady15)btn4 Button(root1, text退出系统, font(Arial, 12), commandlambda: LogDown(root1))btn4.pack(pady15)root1.mainloop()
从上面的代码中我们设置了一个全局变量用于表达图像是否处在加密状态中
# 定义全局变量
encryption False # 表示未加密状态
最终呈现的结果如下 基于混沌Logistic的图像加密
当我们点击该加密算法的按钮之后通过回调函数进入到该加密算法界面 然后接下来我们开始设置进入到该图像加密的UI界面的设置代码如下
def One_one():# 页面布局root1_1 Tk()root1_1.geometry(800x500600200)root1_1.title(数字图像加密)Label(root1_1, text基于混沌Logistic的图像加密, bg#008c8c).pack(fillX)# 回调函数def goOne():root1_1.destroy()One()# 设置窗口布局btn1 Button(root1_1, text返回上一窗体, commandgoOne)btn1.pack(sidebottom, pady10)btn2 Button(root1_1, text选择图像, font(Arial, 12), commandOpen_img)btn2.pack(pady(115, 15))btn3 Button(root1_1, text加密图像, font(Arial, 12), commandLogistical)btn3.pack(pady15)btn4 Button(root1_1, text另存图像, font(Arial, 12), commandSaveEncryptionImg)btn4.pack(pady15)btn5 Button(root1_1, text重置图像, font(Arial, 12), commandResetEncryptionImg)btn5.pack(pady15)root1_1.mainloop()
呈现的界面如下 接下来我们开始写选择图像的回调函数进行书写这里需要先下载opencv-python库对于opencv-python库它使用PEP 517来构建wheels但是可能缺少一些必要的编译工具解决此问题的方法是升级pip到最新版本并确保已安装所有必要的编译工具。建议您也将pip升级到最新版本可以通过运行以下命令来升级
python -m pip install --upgrade pip
opencv-python这个库内存比较大建议临时换源来进行安装
pip install opencv-python -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ 具体代码如下
# 可以进行图像读取、显示、保存、转换、滤波、特征提取等操作。
import cv2
# 可以进行矩阵运算、数组操作、数值计算等常用于图像数据的处理和分析。
import numpy as np
# 提供了丰富的图像读取、写入、裁剪、旋转、缩放等功能。
from PIL import ImageTk, Imageglobal_img # 表示文件路径
panelA None # 也是一个用于显示图像的容器可以将其添加到tkinter窗口中以显示图像。
panelB None # 也是一个用于显示图像的容器可以将其添加到tkinter窗口中以显示图像。# 定义图像处理的相关信息的字典
encryption_img { # 加密encryption: np.array([]), EncryptionImg: np.array([]), ImgPath: , width: None, height: None
}
decrypt_img {decrypt: None, DecryptionImg: None, ImgPath: , width: None, height: None} # 解密# 上传图像
def Open_img():global global_img, panelA# 让用户选择一个文件并返回所选文件的路径并赋值给 global_imgglobal_img filedialog.askopenfilename(titleopen)if global_img.endswith(jpg) or global_img.endswith(png) or global_img.endswith(bmp):img cv2.imdecode(np.fromfile(global_img, dtypenp.uint8), 1)rgb cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)size img.shapenew_width 320scale_factor new_width / rgb.shape[1]new_height int(rgb.shape[0] * scale_factor)resize_image0 cv2.resize(rgb, dsize(new_width, new_height), interpolationcv2.INTER_LINEAR)resize_image1 Image.fromarray(resize_image0)img1 ImageTk.PhotoImage(resize_image1)panelA Label(imageimg1)panelA.image img1panelA.place(x10, y(500 - panelA.winfo_reqheight()) / 2)if encryption:encryption_img[encryption] imgencryption_img[ImgPath] global_imgencryption_img[width] size[1]encryption_img[height] size[0]else:print(1)print(----------图像已打开----------)else:mbox.showinfo(错误, 上传的文件不是图片格式请重新上传)
完成上传图像之后接下来我们基于混沌Logistic的加密图像算法对图像进行加密
def int2bin8(x): # 整型转8位二进制return bin(x)[2:].zfill(8)def int2bin16(x): # 整型转16位二进制return bin(x)[2:].zfill(16)# 基于混沌Logistic的加密图像
def Logistical():global panelBimg encryption_img[encryption]encryptionImg np.zeros(img.shape, np.uint8)x0 0.15624562g0 164j0 10x img.shape[0]y img.shape[1]c img.shape[2]g0 int2bin16(g0)for s in range(x):for n in range(y):for z in range(c):m int2bin8(img[s][n][z]) # 像素值转八位二进制ans for i in range(8):ri int(g0[-1]) # 取手摇密码机最后一位riqi int(m[i]) ^ ri # 与像素值异或得qixi 1 - math.sqrt(abs(2 * x0 - 1)) # f1(x)混沌迭代if qi 0: # 如果qi0,则运用x0ix1i1;xi 1 - xix0 xi # xi迭代t int(g0[0]) ^ int(g0[12]) ^ int(g0[15]) # 本源多项式x^15x^31g0 str(t) g0[0:-1] # gi迭代ci math.floor(xi * (2 ** j0)) % 2 # 非线性转换算子ans str(ci)re int(ans, 2)encryptionImg[s][n][z] re # 写入新图像encryption_img[EncryptionImg] encryptionImgrgb cv2.cvtColor(encryptionImg, cv2.COLOR_BGR2RGB)new_width 320scale_factor new_width / rgb.shape[1]new_height int(rgb.shape[0] * scale_factor)resize_image0 cv2.resize(rgb, dsize(new_width, new_height), interpolationcv2.INTER_LINEAR)arrayImage Image.fromarray(np.uint8(resize_image0))encryptionImg ImageTk.PhotoImage(arrayImage)panelB Label(imageencryptionImg)panelB.image encryptionImgpanelB.place(x(800 - panelB.winfo_reqwidth() - 10), y(500 - panelB.winfo_reqheight()) / 2)print(-----加密完成-----)
接下来就是将加密后的图片进行保存以及对图片进行重置两个函数的实现
# 保存图片
def SaveEncryptionImg():filePath filedialog.askdirectory(titleopen)cv2.imencode(.jpg, encryption_img[EncryptionImg])[1].tofile(filePath/EncryptionImg.jpg)print(-----保存完成-----)# 重置图片
def ResetEncryptionImg():global panelA, panelBencryption_img[encryption] np.array([])encryption_img[EncryptionImg] np.array([])if panelA:panelA.place_forget()if panelB:panelB.place_forget()print(-----重置完成-----)
最终呈现的结果如下 基于三重DES的图像加密
当我们点击该加密算法的按钮之后通过回调函数进入到该加密算法界面 然后接下来我们开始设置进入到该图像加密的UI界面的设置代码如下
# 第1_2个子窗口
def One_two():# 页面布局root1_2 Tk()root1_2.geometry(800x500600200)root1_2.title(数字图像加密)Label(root1_2, text基于三重DES的图像加密, bg#008c8c).pack(fillX)# 回调函数def goOne():root1_2.destroy()One()# 设置窗口布局btn1 Button(root1_2, text返回上一窗体, commandgoOne)btn1.pack(sidebottom, pady10)btn2 Button(root1_2, text选择图像, font(Arial, 12), commandOpen_img)btn2.pack(pady(115, 15))btn3 Button(root1_2, text加密图像, font(Arial, 12), commandDES3_encryption)btn3.pack(pady15)btn4 Button(root1_2, text另存图像, font(Arial, 12), commandSaveDES3Img)btn4.pack(pady15)btn5 Button(root1_2, text重置图像, font(Arial, 12), commandResetEncryptionImg)btn5.pack(pady15)root1_2.mainloop()
呈现的界面如下 基于三重数据加密标准Triple Data Encryption Standard简称3DES的图像加密是一种使用3DES算法对图像进行保护和加密的方法。 3DES是一种对称加密算法它是对经典DES算法的改进和扩展。经典DES使用56位密钥对64位的数据块进行加密但随着计算能力的提升DES算法的安全性逐渐降低。为了增强安全性3DES采用了多次DES加密操作通常使用两个或三个不同的密钥对数据进行多轮加密。 基于三重DES的图像加密过程如下 密钥选择选择两个或三个不同的密钥作为加密算法的输入。 分组操作将待加密的图像数据分为固定大小的数据块例如64位每个数据块进行独立的加密操作。 加密操作对每个数据块进行多轮的DES加密操作通常采用加密-解密-加密EDE的模式。具体步骤如下 使用第一个密钥进行DES加密使用第二个密钥进行DES解密可选使用第三个密钥再次进行DES加密。 合并结果将加密后的数据块重新组合成加密图像。 基于三重DES的图像加密能够提供较高的安全性通过多次加密操作增加了破解的难度。同时由于每个数据块是独立加密的因此即使出现部分数据损坏或丢失也不会影响整个图像的解密。这使得基于三重DES的图像加密在保护敏感图像数据方面具有一定的优势。
具体实现代码如下 基于三重DES的加密图像与解密图像代码
# 图片像素二进制值获取
def get_pixel(img):img cv2.imread(img)img cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)img_width img.shape[1]img_height img.shape[0]bin_data for i in range(img_width):for j in range(img_height):r, g, b img[j, i] # 获取像素点的rgb值bin_data {:08b}.format(r)bin_data {:08b}.format(g)bin_data {:08b}.format(b)return bin_data, img_width, img_height# DES明文分组处理函数
def set_group(bin_data):print(*** 正在进行明文分组 ***)bin_data_list []data_length len(bin_data)i 0while data_length 64: # 按照# print(正在划分第str(i)个明文分组 ,data_length)bin_data_list.append(bin_data[:64])data_length - 64bin_data bin_data[64:]i 1print(正在处理最后一个明文分组 , data_length)if data_length 0: # 若恰好能够完全分组return bin_data_listelse:padding_length 64 - data_lengthpadding_byte_size padding_length # 8# 填充采用 PKCS#5填充标准padding_data ({:08b}.format(padding_byte_size)) * padding_byte_sizelast_group_data bin_data padding_databin_data_list.append(last_group_data) # 填加最后填充的内容return bin_data_list# 将明文分组信息储存在txt文件中,便于2组内加密中获取相应的明文数据
def save_group_data(bin_data_list):f open(group.txt, w)for i in bin_data_list:f.write(i \n)f.close()# 获取明文的全部分组
def get_group():group_list []group_file_name group.txt # 明文分组文件名f open(group_file_name, r)for line in f:group_list.append(line.strip(\n))f.close()return group_list# 获取初始IV向量
def get_IV():iv_seed os.urandom(8) # 随机获取8个字符iv_bin_str for i in iv_seed:iv_bin_str {:08b}.format(i)return iv_bin_str# 随机生成满足奇偶校验的64位密钥
def get_rand_key(p):key_seed os.urandom(8) # 随机获取8个字符KEY_bin_str for i in key_seed:binstr {:07b}.format(i) # 将每个字符转成7位二进制第8位用于表示奇偶校验位xor int(binstr[0]) ^ int(binstr[1]) ^ int(binstr[2]) ^ int(binstr[3]) ^ int(binstr[4]) ^ int(binstr[5]) ^ int(binstr[6])for ix in range(7):KEY_bin_str str(binstr[ix])KEY_bin_str str(xor)print(随机生成的密钥, p, 为: , KEY_bin_str, , len(KEY_bin_str), 位)return KEY_bin_str# 检测64位密钥的奇偶校验是否通过
def check_key(key_bin):for i in range(0, 64, 8):xor int(key_bin[i]) ^ int(key_bin[i 1]) ^ int(key_bin[i 2]) ^ int(key_bin[i 3]) ^ int(key_bin[i 4]) ^ int(key_bin[i 5]) ^ int(key_bin[i 6])if xor ! int(key_bin[i 7]):return Falsereturn True# 密钥置换选择 1
key_table1 [56, 48, 40, 32, 24, 16, 8, 0, 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 59, 51, 43, 35, 62, 54,46, 38, 30, 22, 14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 27, 19, 11, 3
]
# 密钥置换选择 2
key_table2 [13, 16, 10, 23, 0, 4, 2, 27, 14, 5, 20, 9, 22, 18, 11, 3, 25, 7, 15, 6, 26, 19, 12, 1, 40, 51, 30, 36, 46, 54, 29,39, 50, 44, 32, 47, 43, 48, 38, 55, 33, 52, 45, 41, 49, 35, 28, 31
]
# 初始置换 IP
IP [57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31,23, 15, 7, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8, 0, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 62, 54,46, 38, 30, 22, 14, 6
]
# 逆初始置换
IP_1 [39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31, 38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29, 36, 4, 44, 12, 52,20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27, 34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25, 32, 0,40, 8, 48, 16, 56, 24]
# 选择扩展运算 E
E [31, 0, 1, 2, 3, 4, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 19, 20,21, 22, 23, 24, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 27, 28, 29, 30, 31, 0]
# 置换运算 P
P [15, 6, 19, 20, 28, 11, 27, 16, 0, 14, 22, 25, 4, 17, 30, 9, 1, 7, 23, 13, 31, 26, 2, 8, 18, 12, 29, 5, 21, 10, 3,24]
# S盒
sbox [# S1[14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7, 0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8,4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0, 15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13],# S2[15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10, 3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5,0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15, 13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9],# S3[10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8, 13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1,13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7, 1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12],# S4[7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15, 13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9,10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4, 3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14],# S5[2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9, 14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6,4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14, 11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3],# S6[12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11, 10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8,9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6, 4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13],# S7[4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1, 13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6,1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2, 6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12],# S8[13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7, 1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2,7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8, 2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11],
]l [1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1] # 循环左移位数# 密钥置换选择1
def key_ds1(key):s for i in key_table1:s key[i]return s# 密钥置换选择2
def key_ds2(key):s for i in key_table2:s key[i]return s# 密钥循环左移
def key_move(key, r):s keyfor i in range(l[r]):s s[1:] s[:1]return s# 通过64位密钥获取全部的子密钥
def get_subkey(key_bin):# 首先进行key_bin的奇偶校验检查if not check_key(key_bin):print(密钥奇偶校验不通过)returnkey []# 密钥置换选择1key1_res key_ds1(key_bin)L key1_res[:28]R key1_res[28:]for i in range(16):# 循环左移L key_move(L, i)R key_move(R, i)# 密钥置换选择2key.append(key_ds2(L R))return key# 扩展置换E
def extend_E(R):r for i in E:r R[i]return r# 代换选择S盒
def alter_s(t):j 0res for i in range(0, 48, 6):c int(t[i 1:i 5], 2)r int(t[i] t[i 5], 2)res {:04b}.format((sbox[j][r * 16 c]))j 1# print(res)return res# P置换
def p_repl(s):p for i in P:p s[i]return p# DES加密基本函数输入64位明文和密钥
def DES(M, key):# 首先将明文进行初始置换IPm for i in IP:m M[i]L []R []# print(m,m)L.append(m[:32])R.append(m[32:])# 16轮feistel结构for i in range(16):L.append(R[i])# 将R进行扩展置换ER_extend extend_E(R[i])# 异或子密钥 K(i)t {:048b}.format(int(R_extend, 2) ^ int(key[i], 2))# 代换选择S盒s alter_s(t)# P置换p p_repl(s)# 异或L(i-1)r {:032b}.format(int(p, 2) ^ int(L[i], 2))R.append(r)# 左右交换c R[16] L[16]# 逆初始置换cipher for i in IP_1:cipher c[i]return cipher# DES加密函数
def DES_encrypt(message_bin_data, sub_key, i):print(正在利用密钥, i, 对数据进行DES加密)ciphertext DES(message_bin_data, sub_key)# print(加密后得到的二进制流为, ciphertext, , len(ciphertext), 位)return ciphertext# DES解密函数
def DES_decrypt(ciphertext, key, i):print(正在利用密钥, i, 对数据进行DES解密)plainbin DES(ciphertext, key)return plainbin# 三重DES加密
def DES_3_encrypt(s, sub_key1, sub_key2, sub_key3):sub_key2 sub_key2[::-1] # 解密密钥# print(*** 正在进行三重DES加密 ***)ciphertext DES_encrypt(s, sub_key1, 1)ciphertext DES_decrypt(ciphertext, sub_key2, 2)ciphertext DES_encrypt(ciphertext, sub_key3, 3)return ciphertext# 三重DES解密
def DES_3_decrypt(ciphertext, sub_key1, sub_key2, sub_key3):# print(*** 正在进行三重DES解密 ***)sub_key1 sub_key1[::-1]sub_key2 sub_key2 # 加密密钥sub_key3 sub_key3[::-1]ciphertext DES_decrypt(ciphertext, sub_key3, 3)ciphertext DES_encrypt(ciphertext, sub_key2, 2)plaintext DES_decrypt(ciphertext, sub_key1, 1)print(*** 三重DES解密成功 ***)return plaintext# CBC加密
def CBC_encrypt(group_list, iv, key_bin1, key_bin2, key_bin3):print(*** 正在获取子密钥 ***)# 获取子密钥sub_key1 get_subkey(key_bin1)sub_key2 get_subkey(key_bin2)sub_key3 get_subkey(key_bin3)C_list []Iv ivprint(*** 正在进行CBC加密 ***)# 进行CBC加密for group in group_list:xor_res {:064b}.format(int(group, 2) ^ int(Iv, 2))C DES_3_encrypt(xor_res, sub_key1, sub_key2, sub_key3)C_list.append(C)Iv Creturn C_list# 存储加密后的分组信息
def save_img_data(list_data):filename encrypt_data.txtf open(filename, w)for i in list_data:f.write(i \n)f.close()
def save_iv_data(iv):filename iv.txtf open(filename, w)f.write(iv \n)f.close()
def save_keys(key_bin1, key_bin2, key_bin3):filename keys.txtf open(filename, w)f.write(key_bin1 \n)f.write(key_bin2 \n)f.write(key_bin3 \n)f.close()# 获取加密图像的像素信息
def get_img_data():img_data filename encrypt_data.txtf open(filename, r)for line in f:img_data (line.strip(\n))f.close()return img_data# 基于三重DES的加密图像
def DES3_encryption():global panelB# 获取图像信息# img encryption_img[encryption]# encryptionImg np.zeros(img.shape, np.uint8)path encryption_img[ImgPath]print(*** 正在获取图像信息 ***)bin_data, img_width, img_height get_pixel(path)bin_data_list set_group(bin_data)# 保存明文分组信息存储在group.txt文件中print(*** 保存明文分组信息成功 ***)print(*** 明文分组信息存储在group.txt文件中 ***)save_group_data(bin_data_list)group_list get_group() # 获取分组列表iv get_IV() # 获取初始向量IV# 随机生成3个DES密钥key_bin1 get_rand_key(1)key_bin2 get_rand_key(2)key_bin3 get_rand_key(3)c_list CBC_encrypt(group_list, iv, key_bin1, key_bin2, key_bin3) # 进行CBC模型下的三重DES加密# CBC模型下的三重DES解密save_img_data(c_list) # 保存加密后分组数据便于 4密文图像显示save_iv_data(iv) # 保存初始向量IV信息用于解密save_iv_data(iv) # 保存初始向量IV信息用于解密# 保存解密数据save_keys(key_bin1, key_bin2, key_bin3) # 保存密钥信息img_data get_img_data()img Image.new(RGB, (img_width, img_height))c 0for i in range(img_width):for j in range(img_height):r int(img_data[c:c 8], 2)g int(img_data[c 8:c 16], 2)b int(img_data[c 16:c 24], 2)# print(绘制加密图片,i,j,r,g,b,sep )img.putpixel((i, j), (r, g, b))c 24arrayImage img.resize((320, 230), Image.BILINEAR)encryptionImg ImageTk.PhotoImage(arrayImage)panelB Label(imageencryptionImg)panelB.image encryptionImgpanelB.place(x(800 - panelB.winfo_reqwidth() - 10), y(500 - panelB.winfo_reqheight()) / 2)print(-----加密完成-----)
结果如下 数字图像解密
数字图像解密按钮当我们点击之后也是呈现一个窗口这里撰写两种对图像进行解密的方式ok接下来我们首先实现基本窗口的设置
窗口布局设置
图像加密窗口的布局样式与主窗口的布局样式一致这里就不再赘述了具体的代码如下
# 第二个窗口
def Two():# 函数内部使用全局变量decryptglobal decrypt# 将全局变量decrypt的值设置为True以表示已经进行了加密操作decrypt True# 创建子窗口布局root2 Tk()# 设置窗口大小为 300x200 像素并将其放置在屏幕位置 (600, 200)root2.geometry(800x500600200)# 设置标题root2.title(数字图像解密)Label(root2, text功能选择, bg#008c8c).pack(fillX)# 进入当前窗口的子窗体回调函数def goto(num):# 关闭主窗口root2.destroy()# 使用字典来映射数字和对应的窗口函数然后在 goto 函数中进行查找和调用如果找到则调用该函数否则不执行任何操作。windows {1: Two_one,2: Two_two,}func windows.get(num, lambda: None)if func:func()# 设置窗口布局btn1 Button(root2, text返回主窗体, commandlambda: gotoMain(root2))btn1.pack(sidebottom, pady10)btn2 Button(root2, text基于混沌Logistic的图像解密, font(Arial, 12), commandlambda: goto(1))btn2.pack(pady(115, 15))btn3 Button(root2, text基于三重DES的图像解密, font(Arial, 12), commandlambda: goto(2))btn3.pack(pady15)btn4 Button(root2, text退出系统, font(Arial, 12), commandlambda: LogDown(root2))btn4.pack(pady15)root2.mainloop()
从上面的代码中我们设置了一个全局变量用于表达图像是否处在加密状态中
# 定义全局变量
decrypt False # 表示未解密状态
最终呈现的结果如下 基于混沌Logistic的图像解密
我们需要在全局声明变量用于存储解密的相关图片信息
decrypt_img { # 解密decrypt: np.array([]), DecryptionImg: np.array([]), ImgPath: , width: None, height: None
}
当我们点击上传图像上传我们之前用该算法加密后的图片然后点击解密图像即可 这里给出具体的代码
# 基于混沌Logistic的解密图像
def Logistical_decrypt():global panelBencryptionImg decrypt_img[decrypt]decryptionImg np.zeros(encryptionImg.shape, np.uint8)x0 0.15624562g0 164j0 10x encryptionImg.shape[0]y encryptionImg.shape[1]c encryptionImg.shape[2]g0 int2bin16(g0)for s in range(x):for n in range(y):for z in range(c):cc int2bin8(encryptionImg[s][n][z])ans for i in range(8):xi 1 - math.sqrt(abs(2 * x0 - 1))x0 xissi math.floor(xi * (2 ** j0)) % 2qi 1 - (ssi ^ int(cc[i]))ri int(g0[-1])mi ri ^ qit int(g0[0]) ^ int(g0[12]) ^ int(g0[15])g0 str(t) g0[0:-1]ans str(mi)re int(ans, 2)# 写回16位二进制数decryptionImg[s][n][z] redecrypt_img[DecryptionImg] decryptionImgrgb cv2.cvtColor(decryptionImg, cv2.COLOR_BGR2RGB)new_width 320scale_factor new_width / rgb.shape[1]new_height int(rgb.shape[0] * scale_factor)resize_image0 cv2.resize(rgb, dsize(new_width, new_height), interpolationcv2.INTER_LINEAR)arrayImage Image.fromarray(np.uint8(resize_image0))decryptionImg ImageTk.PhotoImage(arrayImage)panelB Label(imagedecryptionImg)panelB.image decryptionImgpanelB.place(x(800 - panelB.winfo_reqwidth() - 10), y(500 - panelB.winfo_reqheight()) / 2)print(-----解密完成-----)
最终得到的效果如下 然后另存图像进行保存即可这里不再赘述功能和上面类似。
基于三重DES的图像解密
我们需要在全局声明变量用于存储解密的相关图片信息
decrypt_img { # 解密decrypt: np.array([]), DecryptionImg: np.array([]), ImgPath: , width: None, height: None
}
当我们点击上传图像上传我们之前用该算法加密后的图片然后点击解密图像即可 具体代码如下
# 获取密钥信息函数
def get_keys():filename keys.txt # 密钥文件f open(filename, r)keys []for line in f:keys.append(line.strip(\n))return keys[0], keys[1], keys[2]# 获取iv信息
def get_iv():filename iv.txt # iv文件f open(filename, r)return f.readline().strip(\n)# CBC解密
def CBC_decrypt(C_list, iv, key_bin1, key_bin2, key_bin3):sub_key1 get_subkey(key_bin1)sub_key2 get_subkey(key_bin2)sub_key3 get_subkey(key_bin3)P_list []Iv ivfor c in C_list:res DES_3_decrypt(c, sub_key1, sub_key2, sub_key3)xor_res {:064b}.format(int(res, 2) ^ int(Iv, 2))P_list.append(xor_res)Iv cimg_data .join(P_list)return img_data# 基于三重DES的解密图像
def DES3_decrypt():global decrypt_img, panelBpath decrypt_img[ImgPath]# print(*** 正在进行密文图像解密 ***)bin_data, img_width, img_height get_pixel(path) # 获取加密后图像的像素值和宽高# print(*** 获取加密图像数据成功! ***)key_bin1, key_bin2, key_bin3 get_keys() # 获取密钥信息# print(*** 获取密钥信息成功! ****)iv get_iv() # 获取初始向量IVbin_data_list set_group(bin_data) # 对加密数据进行分组img_data CBC_decrypt(bin_data_list, iv, key_bin1, key_bin2, key_bin3) # 获取解密的分组信息decrypt_img[DecryptionImg] img_dataimg Image.new(RGB, (img_width, img_height))c 0for i in range(img_width):for j in range(img_height):r int(img_data[c:c 8], 2)g int(img_data[c 8:c 16], 2)b int(img_data[c 16:c 24], 2)# print(绘制加密图片,i,j,r,g,b,sep )img.putpixel((i, j), (r, g, b))c 24arrayImage img.resize((320, 230), Image.BILINEAR)decryptionImg ImageTk.PhotoImage(arrayImage)panelB Label(imagedecryptionImg)panelB.image decryptionImgpanelB.place(x(800 - panelB.winfo_reqwidth() - 10), y(500 - panelB.winfo_reqheight()) / 2)print(-------解密成功---------)
最终呈现的效果如下 最后对两个图像解密操作进行图片保存处理
# 绘制解密图像信息
def draw_image(img_data, img_filename, img_width, img_height):img Image.new(RGB, (img_width, img_height))c 0for i in range(img_width):for j in range(img_height):r int(img_data[c:c 8], 2)g int(img_data[c 8:c 16], 2)b int(img_data[c 16:c 24], 2)# print(绘制加密图片,i,j,r,g,b,sep )img.putpixel((i, j), (r, g, b))c 24img.save(img_filename)# 保存加密图片
def SaveDES3Img():# 通过加密后的分组信息绘制密文图像img_data get_img_data()filePath filedialog.askdirectory(titleopen)draw_image(img_data, filePath /encrypted_img.png, encryption_img[width], encryption_img[height])print(-----保存完成-----)# 保存解密图片
def SaveDES3DecryptImg():filePath filedialog.askdirectory(titleopen)draw_image(decrypt_img[DecryptionImg], filePath/decrypted_img.png, decrypt_img[width], decrypt_img[height])print(-------保存成功------)
基于LSB的数字水印提取
LSB数字水印是一种常见的数字水印技术通过将隐藏信息嵌入到图像的最低有效位中实现对图像进行隐秘性的信息嵌入和提取。
用户可以在界面上方便地输入待提取的水印信息并通过点击按钮来执行水印提取操作从而实现基于LSB的数字水印提取功能。这种方法简单有效适用于一些对水印提取速度要求不高、对图像质量要求不严格的应用场景。以下是数字水印实现的具体步骤
窗口布局设置
这里我们在这里创建第三个窗口用于展示数字水印的功能窗口布局的代码如下
# 第三个窗口
def Three():root3 Tk()root3.geometry(800x500600200)root3.title(数字水印处理)Label(root3, text功能选择, bgpink).pack(fillX)# 进入当前窗口的子窗体回调函数def goto(num):# 关闭主窗口root3.destroy()# 使用字典来映射数字和对应的窗口函数然后在 goto 函数中进行查找和调用如果找到则调用该函数否则不执行任何操作。windows {1: Three_one,2: Three_two,}func windows.get(num, lambda: None)if func:func()but1 Button(root3, text返回主窗体, commandlambda: gotoMain(root3))but1.pack(sidebottom, pady10)but2 Button(root3, text嵌入数字水印, font(Arial, 12), commandlambda: goto(1)) # 进入窗口3-1but2.pack(pady(115, 15))but3 Button(root3, text提取数字水印, font(Arial, 12), commandlambda: goto(2)) # 进入窗口3-2but3.pack(pady15)but4 Button(root3, text退出系统, font(Arial, 12), commandlambda: LogDown(root3))but4.pack(pady15)
再创建一些子窗口用于图片水印的嵌入与提取 最终展示的效果如下所示 水印的嵌入与提取
下面这段代码实现了一个简单的基于LSBLeast Significant Bit最低有效位的数字水印嵌入和提取功能。下面是代码的实现思路 嵌入水印回调函数 embed_watermark 1用户在输入框中输入待嵌入的水印信息。 2用户选择一张要嵌入水印的图像文件支持png、jpg、jpeg格式。 3打开选定的图像文件并将其转换为RGB格式。 4将用户输入的水印文本转换为二进制字符串。 5检查水印长度是否超过图像容量若超过则提示水印过长。 6遍历每个像素位置将水印信息的每一位嵌入到图像的红色通道的最低有效位。 7保存嵌入水印后的图像文件支持用户选择保存路径。 # 嵌入水印回调函数
def embed_watermark(entry_text, label):# 选择要嵌入水印的图像文件image_path filedialog.askopenfilename(filetypes[(Image Files, *.png;*.jpg;*.jpeg)])if not image_path:return# 打开图像文件image Image.open(image_path).convert(RGB)width, height image.size# 输入水印文本watermark entry_text# 将水印转换为二进制字符串binary_watermark .join(format(ord(c), 08b) for c in watermark)# 检查水印长度是否超过图像容量if len(binary_watermark) width * height * 3:label[text] Watermark is too long for the selected image.return# 嵌入水印for i in range(len(binary_watermark)):x i % widthy i // widthpixel list(image.getpixel((x, y)))bit int(binary_watermark[i])# 将最低有效位设置为水印比特pixel[0] (pixel[0] 0xFE) | bitimage.putpixel((x, y), tuple(pixel))# 保存嵌入水印后的图像save_path filedialog.asksaveasfilename(defaultextension.png, filetypes[(PNG Image, *.png)])if save_path:image.save(save_path)label[text] Watermark embedded and image saved successfully.
实现的效果如下所示 提取水印函数 extract_watermark 1用户选择一张含有水印的图像文件支持png、bmp、jpg、jpeg格式。 2打开选定的图像文件并将其转换为RGB格式。 3遍历每个像素位置提取图像红色通道的最低位作为水印信息。 4将提取的水印信息转换为二进制字符串再将二进制字符串转换为字符形式的水印文本。 5创建一个包含滚动条和文本框的父容器显示提取的水印文本信息。 def extract_watermark(root):# 选择要提取水印的图像文件image_path filedialog.askopenfilename(filetypes[(Image Files, *.png;*.bmp;*.jpg;*.jpeg)])if not image_path:return# 打开图像文件image Image.open(image_path).convert(RGB)width, height image.sizewatermark # 提取水印for y in range(height):for x in range(width):pixel list(image.getpixel((x, y)))bit pixel[0] 0x01 # 提取红色通道的最低位watermark str(bit)# 将二进制字符串转换为字符extracted_text .join(chr(int(watermark[i:i8], 2)) for i in range(0, len(watermark), 8))# 创建滚动条和文本框的父容器frame Frame(root)frame.pack(expandTrue, fillboth)scrollbar Scrollbar(frame)scrollbar.pack(sideright, filly)text_area Text(frame, height10, width40)text_area.insert(1.0, Extracted Watermark:\n extracted_text)text_area.pack(sideleft, expandTrue, fillboth)# 将滚动条与文本框绑定text_area.config(yscrollcommandscrollbar.set)scrollbar.config(commandtext_area.yview)
实现的效果如下所示
