使用 Exif 元数据存储 JPEG 图像的 sha224 哈希

编程问答 2022-04-23

问题描述

我必须存储由机器人显微镜生成的大量科学图像。 在存储过程中，我还想在 Exif 元数据中存储图像数据的哈希值，以便使每个图像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，计算散列并将其（作为 JSON 密钥）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值时，我获得了不同的值。

>>> 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'

也许我最后一次 im.save 错了，但我也尝试指定 format='JPEG' 和 quality=100，这样我就不会再次重复压缩。 有什么建议么 ？ 谢谢，G.L.

解决方法

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

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

,

最后我发现了我的函数中的错误，我发布了正确的版本，因为我认为它对其他人也有用。 错误是二一是原始保存

#            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（至少一种有效）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
exifexifjpegmetadatametadatapythonshasha