曹記東

(陜西理工學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 陜西　漢中　723000)

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一種基于漢字筆畫(huà)的驗(yàn)證碼生成技術(shù)

曹記東

(陜西理工學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 陜西漢中723000)

文章提出一種基于漢字筆畫(huà)的驗(yàn)證碼生成技術(shù).該驗(yàn)證碼生成技術(shù)利用GIF動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼的優(yōu)點(diǎn)，采用筆畫(huà)、漢字以及GIF動(dòng)畫(huà)提示，要求驗(yàn)證者在給出筆畫(huà)中按順序選出漢字的正確筆畫(huà)，并從給出的漢字中選中正確的漢字,利用DES加密算法實(shí)現(xiàn)B/S通信的傳輸安全,有效防止OCR識(shí)別技術(shù)，提高驗(yàn)證碼安全性，增強(qiáng)了用戶的體驗(yàn)感.

驗(yàn)證碼；GIF；筆畫(huà)；安全性

網(wǎng)絡(luò)安全越來(lái)越受到人們的重視，驗(yàn)證碼的使用也越來(lái)越頻繁.驗(yàn)證碼形式多樣[1-2].目前經(jīng)常使用的驗(yàn)證碼主要有以下5種：1)基于數(shù)字和字母的文本驗(yàn)證碼; 2)基于視頻內(nèi)容的驗(yàn)證碼; 3)基于聲音的驗(yàn)證碼；4)基于數(shù)學(xué)算術(shù)的驗(yàn)證碼； 5)基于中文漢字的驗(yàn)證碼[3-4].基于數(shù)字和字母的驗(yàn)證碼容易受到攻擊，基于視頻和聲音的驗(yàn)證碼操作比較麻煩，對(duì)使用環(huán)境有較高的要求，基于數(shù)學(xué)算術(shù)的驗(yàn)證碼要求用戶有一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯推理能力，使用受到一定限制，基于中文漢字的驗(yàn)證碼輸入較為麻煩，用戶體驗(yàn)感不強(qiáng)[5].本文提出的基于漢字筆畫(huà)的驗(yàn)證碼兼顧了驗(yàn)證碼的驗(yàn)證效率和安全性.

1　基于漢字筆畫(huà)的驗(yàn)證碼原理

1.1系統(tǒng)圖解

基于漢字筆畫(huà)的驗(yàn)證碼功能主要有：系統(tǒng)生成動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼、用戶提交驗(yàn)證信息、系統(tǒng)對(duì)用戶提交信息進(jìn)行驗(yàn)證并返回驗(yàn)證結(jié)果.其功能框圖如圖1所示.

圖1　系統(tǒng)功能框圖

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖2所示.

圖2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

1.2驗(yàn)證原理

基于筆畫(huà)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼的驗(yàn)證主要分為以下幾步：

(1)客戶端請(qǐng)求登錄頁(yè)面

1)通過(guò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得字庫(kù)中的總字?jǐn)?shù)，然后在總數(shù)范圍內(nèi)隨機(jī)得到一個(gè)編號(hào)，通過(guò)該編號(hào)得到一個(gè)漢字作為候選漢字中的待選漢字，再隨機(jī)生成一個(gè)待選漢字的擺放位置，最后將待選漢字及其擺放位置存入session中.

2)依據(jù)字庫(kù)總字?jǐn)?shù)以及待選漢字的編號(hào)隨機(jī)生成3個(gè)不重復(fù)且與待選漢字不同的干擾漢字，然后存入session中.

3)根據(jù)待選漢字的筆畫(huà)數(shù)，確定所需要的干擾筆畫(huà)的個(gè)數(shù).利用待選漢字的編號(hào)在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢針對(duì)該漢字所設(shè)計(jì)的干擾筆畫(huà)編號(hào)，使用隨機(jī)算法從為待選漢字所設(shè)計(jì)的干擾筆畫(huà)中篩選出一定數(shù)量的干擾筆畫(huà)編入到集合中，得到干擾筆畫(huà)集合并存入session中.

4)創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為8的集合，并將集合亂序.再創(chuàng)建一個(gè)集合記錄待選筆畫(huà)在亂序集合中的索引位置，將這兩個(gè)集合都存入到session當(dāng)中.

5)為滿足DES加密算法的3個(gè)密鑰需求，我們隨機(jī)生成3個(gè)隨機(jī)數(shù)存入到session當(dāng)中.

(2)服務(wù)器端響應(yīng)

首先應(yīng)從session當(dāng)中拿出客戶端請(qǐng)求登錄頁(yè)面時(shí)放入session中存放的待選漢字.但由于本驗(yàn)證碼中包含有多種元素，如GIF動(dòng)畫(huà)圖片、候選漢字圖片以及可供選擇的漢字筆畫(huà)，因此服務(wù)器需要依據(jù)請(qǐng)求資源名判斷請(qǐng)求的是動(dòng)畫(huà)漢字還是筆畫(huà).

1)當(dāng)請(qǐng)求為動(dòng)畫(huà)時(shí)，根據(jù)漢字實(shí)體中存放的相關(guān)信息在服務(wù)器中找到相關(guān)資源，并返回給瀏覽器.

2)當(dāng)請(qǐng)求為漢字時(shí)，從session中拿出干擾漢字以及正確漢字位置，通過(guò)代碼將干擾漢字以及正確漢字一并繪制到一張圖片當(dāng)中，其中正確漢字按照生成正確位置繪畫(huà)[6]，繪制完成后返回給瀏覽器.

3)當(dāng)請(qǐng)求為筆畫(huà)時(shí)，從session中拿出生成好的筆畫(huà)編號(hào)和干擾筆畫(huà)編號(hào)，從服務(wù)器中得到這8張筆畫(huà)圖片，通過(guò)代碼將這8張圖片合并成一張圖片返回給瀏覽器.

2　基于漢字筆畫(huà)的驗(yàn)證碼實(shí)現(xiàn)

2.1模擬登錄界面

為了證明本系統(tǒng)的可操作性，設(shè)計(jì)如下登錄界面(如圖3所示).若用戶提交的驗(yàn)證信息能被服務(wù)器認(rèn)可，即認(rèn)為當(dāng)前用戶為合法用戶而非惡意程序，則可完成登錄，繼續(xù)下一操作.

圖3　模擬登錄界面

基于漢字筆畫(huà)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼包括多種元素，如動(dòng)態(tài)GIF動(dòng)畫(huà)、候選漢字圖片、待選筆畫(huà)集合.這是通過(guò)分析和研究OCR技術(shù)識(shí)別的原理而得出的一種更安全、高效、方便使用并有利于推廣的方案.

2.2筆畫(huà)選擇

基于筆畫(huà)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼中包括漢字筆畫(huà)驗(yàn)證.這要求用戶根據(jù)GIF動(dòng)畫(huà)提示，在系統(tǒng)給出的筆畫(huà)圖片組中按順序選出正確的筆畫(huà)圖片.用戶可通過(guò)“后退”與“重置”按鈕控制驗(yàn)證流程.

圖4　筆畫(huà)選擇

筆畫(huà)圖片數(shù)組中除了待選筆畫(huà)之外，還包含有干擾筆畫(huà).在系統(tǒng)字庫(kù)中，每一個(gè)漢字包含有若干張干擾筆畫(huà)圖片，系統(tǒng)在生成筆畫(huà)圖片組的時(shí)候，將會(huì)隨機(jī)從當(dāng)前漢字對(duì)應(yīng)的干擾筆畫(huà)圖片中“挑選”出y張干擾筆畫(huà)圖片(若當(dāng)前漢字筆畫(huà)數(shù)等于x,則y=8-x)，并將選出的干擾筆畫(huà)圖片和待選筆畫(huà)圖片進(jìn)行亂序處理，最終在客戶端進(jìn)行顯示.

2.3漢字選擇

基于筆畫(huà)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼中還包括漢字驗(yàn)證.這要求用戶觀察GIF動(dòng)畫(huà)中的筆畫(huà)，根據(jù)動(dòng)畫(huà)分辨并選出動(dòng)畫(huà)圖片中“寫(xiě)出”的漢字.與筆畫(huà)圖片組類似，漢字圖片組除了待選漢字以外，也包含3個(gè)干擾漢字選項(xiàng).這是為了讓機(jī)器無(wú)法直接獲取驗(yàn)證碼信息，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)驗(yàn)證碼“人眼易分辨，機(jī)器難識(shí)別”的要求.

圖5　待選字驗(yàn)證

3　結(jié)語(yǔ)

基于漢字筆畫(huà)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼設(shè)計(jì)方案，主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)靜態(tài)向動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)變

本驗(yàn)證碼生成技術(shù)使用GIF動(dòng)畫(huà)作為驗(yàn)證圖片，解決了用戶僅通過(guò)簡(jiǎn)單的第三方接口就能輕易識(shí)別圖像內(nèi)容這一問(wèn)題.

2)安全性較高

由于這個(gè)驗(yàn)證碼系統(tǒng)采取兩步驗(yàn)證，不僅需要按照GIF動(dòng)畫(huà)提示選出待選漢字，還需要按順序選擇該漢字的正確筆畫(huà).這樣即便用機(jī)器識(shí)別出GIF圖片中的內(nèi)容，也很難按照筆畫(huà)順序在無(wú)規(guī)則隨機(jī)生成的筆畫(huà)位置中挑選出正確筆畫(huà)與漢字.

3)通信過(guò)程采用DES加密算法

為保證B/S之間的安全通信，驗(yàn)證過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)均采用加密算法配合隨機(jī)密鑰進(jìn)行加密.基于漢字筆畫(huà)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼是通過(guò)分析現(xiàn)有

驗(yàn)證碼的弊端，結(jié)合對(duì)現(xiàn)代識(shí)別技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究而提出的一種易生成、易理解、不易被機(jī)器識(shí)別、具有較高可靠性的新的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼.它從多個(gè)方面對(duì)安全問(wèn)題進(jìn)行加強(qiáng)，包括使用多種元素實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證過(guò)程，以及對(duì)B/S間的通信進(jìn)行加密(信息在客戶與服務(wù)器之間均以密文形式進(jìn)行傳遞)，適用于登錄窗體、注冊(cè)窗體或回復(fù)窗體等各種窗體.

4)若用戶對(duì)驗(yàn)證碼的安全性有更高的要求，可以通過(guò)對(duì)字庫(kù)進(jìn)行分級(jí)，從易到難逐步增加.對(duì)于所有用戶可以初始化為中等難度級(jí)別，如果嘗試多次登錄驗(yàn)證失敗，則逐步降低字庫(kù)難度，并降低動(dòng)畫(huà)的幀率.如果用戶在一定時(shí)間內(nèi)，多次成功驗(yàn)證通過(guò)，則不斷增加字庫(kù)難度，并提高動(dòng)畫(huà)的幀率，以防惡意登陸.

[1]王曉鵬.驗(yàn)證碼識(shí)別系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué),2010.

[2]趙鍵.點(diǎn)模式匹配算法研究[D].長(zhǎng)沙:國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2012.

[3]荀恩東,呂曉晨,安維華，等.面向書(shū)寫(xiě)教學(xué)的手寫(xiě)漢字圖像筆畫(huà)還原[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015, 51(2): 241-248.

[4]孫華,張航.漢字識(shí)別方法綜述[J].計(jì)算機(jī)工程,2010, 36(2):194-197.

[5]陳欽梧，彭小忠．新音形編碼漢字輸入法設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2014，50(1):36-40.

[6]劉敏，詹華年,梁曉輝,等．基于骨架圖匹配的漢字變形技術(shù)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，41(2) : 364-368.

(責(zé)任編輯穆剛)

A verification code generation technique based on strokes of chinese characters

CAO Jidong

(School of Mathematics and Computer Science, Shaanxi University of Technology, Hanzhong Shanxi 723000, China)

This paper proposes a verification code generation technique based on the strokes of Chinese characters, the verification code generation technique using the advantages of GIF dynamic verification code, considering strokes, Chinese characters and GIF animation tips, and the users were asked to select the correct Chinese character strokes and the correct Chinese characters from which were given, and the DES encryption algorithm was used to ensure B/S communication transmission security. Therefore the verification code generation technique can efficiently prevent the OCR recognition technique, improve the security of verification code, and enhance the user’s experience feeling.

verification code; graphic interchange format; stroke; security

2016-03-15

陜西理工學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目(SLGKY13-47).

曹記東(1977—)，男，河南周口人，講師,碩士,主要從事計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息安全與密碼學(xué)方面的研究.

TP319

A

1673-8004(2016)05-0098-03