唐乾林，黎現(xiàn)云

(重慶電子工程職業(yè)學院，重慶 401331)

0 引言

主流驗證碼通過提供靜態(tài)的圖片，比較容易被OCR軟件識別；一些網(wǎng)站提供GIF動態(tài)的驗證碼圖片，使識別器不容易辨識哪一個圖層是真正的驗證碼圖片。這種方法不僅可以提供清晰的圖片，還可以更有效地防止識別器的識別。目前，比較常見的GIF動態(tài)驗證碼都是由英文字母或數(shù)字組成的，這實現(xiàn)起來相對簡單但安全性也相對較弱。為了提高驗證碼的安全性，就有了中文GIF動態(tài)驗證碼的提法[1]。為了網(wǎng)站和驗證碼的安全，為了中文GIF動態(tài)驗證碼能得到廣泛的應用，本文以代碼復用和易于維護為出發(fā)點，進行了中文GIF動態(tài)驗證碼生成器的探索與研究。

1 主要技術

要產(chǎn)生中文GIF動態(tài)驗證碼就必須能做到隨機生成漢字，要想能生成漢字就必須熟悉漢字的編碼及其產(chǎn)生方法。

1.1 生成隨機數(shù)技術

生成隨機數(shù)的方法很多，不僅可以自己編程實現(xiàn)，也可以復用現(xiàn)成的代碼。為了方便，本研究使用PHP中的mt_rand或rand函數(shù)完成隨機數(shù)的生成。rand函數(shù)默認使用libc隨機數(shù)發(fā)生器，很多老的libc的隨機數(shù)發(fā)生器具有一些不確定和未知的特性而且效率很低；mt_rand則是用了Mersenne Twister中已知的特性作為隨機數(shù)發(fā)生器，其產(chǎn)生隨機數(shù)值的平均速度比libc提供的rand快4倍。所以在PHP中mt_rand函數(shù)是非正式用來替換rand的[2]。

語法：

rand(min，max)

mt_rand(min，max)

min，max皆為可選，規(guī)定隨機數(shù)產(chǎn)生的范圍。

如果沒有提供可選參數(shù)min和max，則返回0～RAND_MAX之間的偽隨機整數(shù)。例如，想要10～1 000(包括10和1000)之間的隨機數(shù)，用rand(10，1 000)或mt_rand(10，1 000)。

1.2 漢字編碼技術

1.2.1 GB2312

GB2312標準共收錄6 763個漢字，其中一級漢字3 755個，其編碼范圍為0xB0A1～0xD7F9；二級漢字3 008個，其編碼范圍為0xD8A1～0xF7FE；同時，GB2312收錄了包括拉丁字母、希臘字母、日文平假名及片假名字母、俄語西里爾字母在內(nèi)的682個全角字符[3]。

GB2312的出現(xiàn)，基本滿足了漢字的計算機處理需要，它所收錄的漢字已經(jīng)覆蓋中國大陸99.75%的使用頻率。但對于人名、古漢語等方面出現(xiàn)的罕用字GB2312不能處理，這導致了后來GBK及GB18030漢字字符集的出現(xiàn)。

1.2.2 GBK

GBK編碼是在GB2312標準基礎上的內(nèi)碼擴展規(guī)范，共收錄了21 003個漢字，完全兼容GB2312標準，支持國際標準ISO/IEC10646—1和國家標準GB13000—1中的全部中日韓漢字，并包含了BIG5編碼中的所有漢字。

GBK是采用單雙字節(jié)變長編碼，英文使用單字節(jié)編碼，完全兼容ASCII字符編碼，中文部分采用雙字節(jié)編碼，其編碼范圍為8140～FEFE，首字節(jié)在81～FE，尾字節(jié)在40～FE，剔除 xx7F一條線?？傆?3 940個碼位，共收入21 886個漢字和圖形符號，其中漢字(包括部首和構件)21 003個，圖形符號883個。

1.2.3 GB18030

GB18030全稱為信息技術中文編碼字符集，是中華人民共和國國家標準所規(guī)定的變長多字節(jié)字符集。其對GB2312完全向后兼容，與GBK基本向后兼容，并支持Unicode(GB 13000)的所有碼位。GB18030共收錄漢字70 244個。

GB18030采用單字節(jié)、雙字節(jié)和四字節(jié)3種方式對字符編碼。(1)單字節(jié)部分采用GB/T 11383的編碼結構與規(guī)則，使用0x00～0x7F碼位(對應于ASCII碼的相應碼位)。(2)雙字節(jié)部分，首字節(jié)碼位從0x81至0xFE，尾字節(jié)碼位分別是0x40～0x7E和0x80～0xFE。(3)四字節(jié)部分采用GB/T 11383未采用的0x30～0x39作為對雙字節(jié)編碼擴充的后綴，這樣擴充的四字節(jié)編碼，其范圍為0x81308130～0xFE39FE39。其中，第一、第三個字節(jié)編碼碼位均為0x81～0xFE，第二、第四個字節(jié)編碼碼位均為0x30～0x39。

1.2.4 Unicode

Unicode、統(tǒng)一碼也叫萬國碼、單一碼是計算機科學領域里的一項業(yè)界標準，包括字符集、編碼方案等。Unicode是為了解決傳統(tǒng)的字符編碼方案的局限而產(chǎn)生的，它為每種語言中的每個字符設定了統(tǒng)一并且唯一的二進制編碼，以滿足跨語言、跨平臺進行文本轉換、處理的要求。1990年開始研發(fā)，1994年正式發(fā)布1.0版本，2005年3月31日發(fā)布4.1.0版本，2021年9月14日發(fā)布14.0版本。常用漢字編碼范圍為4E00～9FFF，計有20 992個。擴展?jié)h字編碼范圍為20000～2FA1F，計有53 424個。所以，Unicode所能表示的漢字有74 416個。

1.2.5 UTF-8

UTF-8是針對Unicode的一種可變長度字符編碼。它可以用來表示Unicode標準中的任何字符，且其編碼中的第一個字節(jié)仍與ASCII相容，使得原來處理ASCII字符的軟件無須或只進行少部分修改后，便可繼續(xù)使用。因此，它逐漸成為電子郵件、網(wǎng)頁及其他存儲或傳送文字的應用中，優(yōu)先采用的編碼。

Unicode只是一組字符設定或者說是從數(shù)字和字符之間的邏輯映射的概念編碼，但它并沒有指定代碼點如何在計算機上存儲。在Unicode官方資料中，Unicode的編碼方式有三種：UTF-8，UTF-16，UTF-32。由于UTF-8與字節(jié)序無關即無需BOM，同時兼容ASCII編碼，使得UTF-8編碼成為現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)信息編碼標準而被廣泛使用。

2 中文驗證碼生成器的設計方案

根據(jù)漢字編碼規(guī)則及前面的分析，隨機生成的漢字，其編碼可為GB2312的一級漢字或二級漢字，也可以直接采用Unicode編碼。

生成GB2312漢字的PHP代碼如下：

function getChar($num){ // $num為生成漢字的數(shù)量

$b = ''；

for ($i=0；$i<$num；$i++){

$b.=iconv('GB2312'，'UTF-8'，chr(mt_rand(0xB0，0xD7)).chr(mt_rand(0xA1，0xF9)))；

}

return $b；

}

3 使用PHP實現(xiàn)的中文GIF動態(tài)驗證碼生成器

根據(jù)前面的分析與設計及PHP語言，實現(xiàn)的中文GIF動態(tài)驗證碼生成器的主要代碼如下：

//GIF動畫類

class GIFEncoder {

var $GIF = "GIF89a"；

var $VER = "GIFEncoder V2.06"；

var $BUF = Array ()；

var $LOP = 0；

var $DIS = 2；

var $COL = -1；

var $IMG = -1；

var $ERR = Array (

'ERR00' =>"Does not supported function for only one image!"，

'ERR01' =>"Source is not a GIF image!"，

'ERR02' =>"Unintelligible flag "，

'ERR03' =>"Could not make animation from animated GIF source"，

)；

…

}

//生成GIF圖片驗證

function ImageCode($string=''，$width=75，$height=25){

if(empty($string)){

$len = mt_rand(4，6)；

$width=16*$len；

$string=getChar($len)；

}

$authstr = $string；

$board_width = $width；

$board_height = $height；

// 生成一個32幀的GIF動畫

for($i = 0；$i < 32；$i++){

ob_start()；

$image = imagecreate($board_width，$board_height)；

imagecolorallocate($image，0，0，0)；

// 設定文字顏色數(shù)組

$colorList[] = imagecolorallocate($image，15，73，210)；

$colorList[] = imagecolorallocate($image，0，64，0)；

$colorList[] = imagecolorallocate($image，0，0，64)；

…

$fontcolor = imagecolorallocate($image，0，0，0)；

$gray = imagecolorallocate($image，245，245，245)；

$color = imagecolorallocate($image，255，255，255)；

$color2 = imagecolorallocate($image，255，0，0)；

imagefill($image，0，0，$gray)；

$space = 15；// 字符間距

$font=array('C：WindowsFontsmsyhbd.ttc'，/*微軟雅黑*/

'C：WindowsFontsSTXINGKA.TTF'，//華文行楷

'C：WindowsFontssimsun.ttc'/*宋體&新宋體*/)；

if($i > 0){ // 屏蔽第一幀

$top=0；//缺失此項，致命錯誤

for ($k = 0；$k < strlen($authstr)；$k++){

$colorRandom = mt_rand(0，sizeof($colorList)-1)；

$float_top = rand(0，4)；

$float = rand(0，3)；

$size=mt_rand(13，15)；//字體大小

$angle=mt_rand(0，30)；//角度制表示的角度

imagettftext($image，$size，$angle，$space*$k，$top+$float_top+15，$colorList[$colorRandom]，$font[mt_rand(0，count($font)-1)]，mb_substr($authstr，$k，1))；//支持中文

}

}

for ($k = 0；$k < 20；$k++){

$colorRandom = mt_rand(0，sizeof($colorList)-1)；

imagesetpixel($image，rand()%70，rand()%15，$colorList[$colorRandom])；

}

// 添加干擾線

…

$gif = new GIFEncoder($imagedata)；

header('Content-type：image/gif')；

echo $gif->GetAnimation()；

}

4 測試中文GIF動態(tài)驗證碼生成器

前面使用PHP語言實現(xiàn)了中文驗證碼生成器，那么這個生成器能生成中文驗證碼，可以編寫如下的簡單代碼進行測試。

//調(diào)用示例

if(isset($_GET["getcode"])&& $_GET["getcode"]==1){

session_start()；

$len = mt_rand(4，6)；//生成驗證碼位數(shù)：4-6位的變長驗證碼

$w=16*$len；//計算顯示驗證碼的寬度

$_SESSION['timestamp'.session_id()] = time()；//設置有效時間

$randCode=getChar($len)；//獲得驗證碼

$_SESSION['code'.session_id()]=$randCode；//記錄驗證碼

ImageCode($randCode，$w)；//顯示GIF動畫

exit()；

}

//驗證示例

if(isset($_POST['gettxt']))

{

session_start()；

exit($_SESSION['code'.session_id()])；

}

//HTML頁面調(diào)用示例

?>

中文GIF動態(tài)驗證碼

經(jīng)過反復運行上述代碼，都可以在終端看到隨機生成的有漢字動態(tài)顯示的GIF動畫，也可以獲得當前的中文驗證碼(見圖1)，說明上述生成器沒有問題，可以投入實際項目使用。

5 結語

實踐證明，本文的中文GIF動態(tài)驗證碼生成器是可行的、可用的。可以根據(jù)需要，選用一級漢字或者二級漢字，在簡單的輸入驗證中，也是比較安全高效的。若選用Unicode編碼，則有可能出現(xiàn)生僻字，從而使輸入的難度增加，但可以改造成點擊驗證，從而可以進一步完善此中文驗證碼生成器。