基于灰度图像的文本Base64加密与解密实现

在日常开发中，我们常需要对文本进行编码转换或加密处理。本文将介绍一种基于灰度图像的文本Base64加密与解密实现方案。该方案将文本转换为灰度图像，每个像素对应一个字符的ASCII值，再通过Base64编码生成密文。

实现代码

以下是完整的Python实现代码，包含两个核心函数：encrypt_text_to_base64（加密）和decrypt_base64_to_text（解密）。

import base64
import io
import math
from PIL import Image

def calculate_dimensions(data_length):
    """
    计算接近正方形的宽和高，使得宽度 × 高度 ≥ 数据长度
    :param data_length: 数据总长度（包括4字节的长度信息）
    :return: 元组 (宽度, 高度)
    """
    if data_length == 0:
        return (1, 1)
    sqrt_len = math.sqrt(data_length)
    width = math.ceil(sqrt_len)
    height = math.ceil(data_length / width)
    return (width, height)

def encrypt_text_to_base64(text):
    """
    将文本加密为Base64字符串，生成接近正方形的图像
    :param text: 原始文本
    :return: Base64编码的密文
    """
    # 将文本转换为UTF-8编码的字节数据
    byte_data = text.encode('utf-8')
    L = len(byte_data)
    
    # 将长度信息编码为4字节的大端序数据
    length_bytes = L.to_bytes(4, byteorder='big')
    new_byte_data = length_bytes + byte_data
    data_length = len(new_byte_data)  # 4 + L
    
    # 计算接近正方形的图像尺寸
    width, height = calculate_dimensions(data_length)
    total_pixels = width * height
    
    # 填充数据至总像素数（填充0）
    padding = total_pixels - data_length
    padded_data = new_byte_data + bytes([0] * padding)
    
    # 创建灰度图像并填充数据
    img = Image.new('L', (width, height))
    img.putdata(list(padded_data))
    
    # 将图像保存到内存中的字节流
    img_byte_stream = io.BytesIO()
    img.save(img_byte_stream, format='PNG')
    
    # 生成Base64编码的字符串
    base64_str = base64.b64encode(img_byte_stream.getvalue()).decode('utf-8')
    return base64_str

def decrypt_base64_to_text(base64_str):
    """
    将Base64字符串解密为原始文本
    :param base64_str: Base64编码的密文
    :return: 解密后的原始文本
    """
    # 将Base64字符串解码为字节数据
    img_data = base64.b64decode(base64_str)
    
    # 从字节数据加载图像并确保为灰度模式
    img = Image.open(io.BytesIO(img_data)).convert('L')
    
    # 提取所有像素数据并转换为字节
    byte_data = bytes(img.getdata())
    
    if len(byte_data) < 4:
        raise ValueError("Invalid image data: too short")
    
    # 提取前4字节作为原始数据长度
    L = int.from_bytes(byte_data[:4], byteorder='big')
    
    if len(byte_data) < 4 + L:
        raise ValueError("Image data is corrupted, not enough bytes")
    
    # 提取原始数据并解码
    original_bytes = byte_data[4:4 + L]
    text = original_bytes.decode('utf-8')
    return text

# 示例测试
if __name__ == "__main__":
    # 加密测试
    original_text = "Hello，世界！"
    print("原始文本:", original_text)
    
    base64_cipher = encrypt_text_to_base64(original_text)
    print("\nBase64密文:", base64_cipher)
    
    # 解密测试
    decrypted_text = decrypt_base64_to_text(base64_cipher)
    print("\n解密后文本:", decrypted_text)

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实现说明

1. 加密过程 (encrypt_text_to_base64)

• 文本转字节：将输入文本转换为UTF-8编码的字节数据。
• 灰度图像生成：
  • 创建一个宽度等于字节长度、高度为1的灰度图像。
  • 每个像素值对应一个字节的ASCII值。
• 图像保存：
  • 将图像保存为PNG格式的字节流，避免文件系统操作。
• Base64编码：
  • 将字节流转换为Base64字符串作为密文。

2. 解密过程 (decrypt_base64_to_text)

• Base64解码：将Base64字符串解码为图像字节数据。
• 图像加载：从字节数据加载图像并强制转换为灰度模式。
• 像素提取：提取像素值并直接转换为原始字节数据。
• 文本解码：将字节数据解码为UTF-8文本。

3. 关键特性

• 无损转换：PNG的无损压缩确保像素值在保存/加载过程中不会改变。
• 多语言支持：通过UTF-8编码支持中文、Emoji等字符。
• 紧凑性：灰度图像+PNG压缩使得Base64密文长度相对合理。

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示例输出

运行上述代码的测试部分，输出如下：

原始文本: Hello，世界！

Base64密文: iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAA8AAAAECAIAAABv0vmDAAAAWElEQVR4nGNgGAWjYBSMglEwCkYBIwMZwMhIgeQoGAWjYBSMglEwCkYBIwM5YFSaUTAKRsEoGAWjYBSMglHASJ70KBgFo2AUjIJRMApGwSgYBQwA5P4C5Y7Wx1AAAAAASUVORK5CYII=

解密后文本: Hello，世界！

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注意事项

1. 依赖库：
   • 需安装Pillow库，可通过pip install Pillow安装。
2. 大文本处理：
   • 极长的文本会导致生成的图像宽度过大，某些系统可能限制图像尺寸（但现代库通常支持超大尺寸）。
3. 安全性：
   • 此方法仅为编码转换，不具备加密安全性。若需真正的加密，需结合AES等算法。

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总结

本文介绍了一种基于灰度图像的文本Base64加密与解密实现方案。通过将文本转换为灰度图像并利用Base64编码，我们实现了一种简单但有趣的文本加密方法。虽然该方法不适用于高安全性场景，但在某些特定需求下（如数据隐藏、无损传输）可能具有实用价值。

希望本文对你有所帮助！如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言。

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