如何利用Opencv实现图像的加密解密

1. Opencv简介

OpenCV是一个基于BSD许可（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系统上。OpenCV的语言接口有C++、Python、Java等，可以在不同平台下灵活进行应用程序开发。

2. 图像加密解密

图像加密解密是信息安全领域的重要问题之一，常用于图片的加密保护、音视频加密等场景。本教程主要介绍如何使用OpenCV实现基于AES算法的图像加密解密过程。

3. 加密过程

3.1 准备工作

首先需要安装python和opencv-python库，并且确保已经安装了numpy和pycrypto这两个库。如果没有安装，可以通过如下命令安装：

pip install opencv-python numpy pycrypto

接着，需要准备加密所需的密钥，可以使用随机生成的字符串作为密钥，示例代码如下：

import base64
import os

# 随机生成一个32位的密钥
def generate_key():
    """
    生成 256 bits 的随机密钥
    """
    if not os.path.exists("key"):
        os.makedirs("key")
    key_file = os.path.join("key", "key.txt")
    if os.path.exists(key_file):
        with open(key_file, "r") as f:
            key = f.read()
    else:
        key = base64.b64encode(os.urandom(24))
        with open(key_file, "w") as f:
            f.write(key.decode())
    return key

3.2 加密图片

首先需要读取要加密的图片，并将其转化为numpy数组格式。然后将图片数据按照密钥进行AES加密，代码如下：

import cv2
from Crypto.Cipher import AES
import numpy as np

# 将图片加密
def encrypt_img(img_path, key):
    """
    将图片进行加密
    """
    img = cv2.imread(img_path)
    img_data = np.array(img)
    img_str = img_data.tostring()

    key = key  # 密钥
    iv = key  # 初始向量，使用密钥作为向量
    cryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

    # 补全字节数，保证按照密钥长度进行加密
    padding = AES.block_size - len(img_str) % AES.block_size
    img_str += bytes([padding]) * padding

    encrypt_data = cryptor.encrypt(img_str)
    return encrypt_data

3.3 保存加密数据

将加密后的数据保存为文件，代码如下：

# 保存加密后的数据
def save_data(encrypt_data, output_path):
    """
    将加密后的数据保存到文件
    """
    with open(output_path, "wb") as f:
        f.write(encrypt_data)

4. 解密过程

4.1 解密图片

首先需要读取加密的文件，并将其解密为numpy数组格式图片，这需要使用到与加密中相同的密钥和初始向量，代码如下：

# 解密加密后的数据
def decrypt_img(encrypt_data, key):
    """
    解密加密后的图片数据
    """
    iv = key  # 初始向量，使用密钥作为向量
    cryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    img_data = cryptor.decrypt(encrypt_data)

    # 去除补全的字节
    padding = img_data[-1]
    if padding > AES.block_size:
        raise ValueError("无效的填充字节")
    img_data = img_data[:-padding]

    # 将字节转化为numpy数组格式
    img_arr = np.frombuffer(img_data, np.uint8)
    img = cv2.imdecode(img_arr, cv2.IMREAD_COLOR)
    return img

4.2 查看解密结果

通过调用上一步解密出来的图片，可以对其进行查看和保存操作，代码如下：

# 保存解密后的图片
def save_img(img, output_path):
    """
    将解密后的图片保存到本地
    """
    cv2.imwrite(output_path, img)

5. 示例

5.1 示例1：对一张图片进行加密解密

# 对一张图片进行加密解密
key = generate_key()
img_path = "test.jpg"
encrypt_data = encrypt_img(img_path, key)
save_data(encrypt_data, "encrypt.dat")
decrypt_data = open("encrypt.dat", "rb").read()
img = decrypt_img(decrypt_data, key)
save_img(img, "decrypt.jpg")

5.2 示例2：批量加密文件夹内的所有图片

# 批量加密文件夹内的所有图片
key = generate_key()
input_dir = "input"
output_dir = "output"
if not os.path.exists(output_dir):
    os.makedirs(output_dir)
for file_name in os.listdir(input_dir):
    file_path = os.path.join(input_dir, file_name)
    if os.path.isfile(file_path) and file_name.split(".")[-1].lower() in ["png", "jpg", "bmp"]:
        encrypt_data = encrypt_img(file_path, key)
        save_data(encrypt_data, os.path.join(output_dir, file_name + ".dat"))

至此，由Opencv实现图像加密解密的攻略完整结束。