CN102315934A

CN102315934A - 一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统与方法

Info

Publication number: CN102315934A
Application number: CN2010102177826A
Authority: CN
Inventors: 李家杰
Original assignee: Nationz Technologies Inc
Current assignee: Nationz Technologies Inc
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明涉及一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统与方法，其中方法包括：步骤a，图片验证码的生成设备接收生成图片验证码的命令，判断该命令是否合法，若是则执行步骤b，否则结束；步骤b，验证码生成单元生成图片验证码，生成过程中调用随机数产生单元产生决定该图片验证码图案和位置的随机数，然后将生成的图片验证码和随机数保存到数据缓冲单元；步骤c，判断数据缓冲单元中存储的数据是否达到指定长度，若是则由数据收发单元发送至图片验证码的显示设备；步骤d，图片验证码的显示设备根据接收到的数据恢复图片验证码并显示。本发明能够实现在有限的存储资源情况下生成和传输图片验证码，并且保证用户可接受的响应时间。

Description

一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统与方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统与方法。

背景技术

验证码CAPTCHA (Completely Automated Public Turning Test to Tell Computers and Humans Apart)，全自动区分计算机和人类的图灵测试)在互联网信息安全中应用相当广泛。例如：可利用验证码有效防止使用特定破解程序进行不断的非法登陆尝试，对某一个特定注册用户进行暴力破解，发送垃圾邮件或通过同时反复登录多个帐户延缓、阻塞甚至使某个Web应用崩溃；防止非法批量注册，生成大量垃圾帐户；防止利用机器人非法向BBS等Web应用发帖，提交垃圾数据。

目前常用的验证码实现方式大致分为两种：

1. 服务器验证方式。用户在进入登陆页面时，页面程序按照一定算法生成一组数据，并备份到指定变量中以便提交后进行对比验证。然后编成合理的HTML字符串写入，形成在页面显示的，与备份数据对应的图片排列即图片验证码。用户提交页面后，交与后台验证程序并与存储的备份数据进行对比验证，成功和失败分别进行不同处理和引导。

2. 客户端验证方式。该验证方式在网页提交到后台之前通过客户端脚本验证。生成验证码图片与上面的方法相同，但不在服务器端存储验证数据，而是通过写入一段客户端脚本验证代码，并在代码中嵌入验证数据从而进行对比验证，验证成功后顺利提交，验证失败则要求重新填写。

以上两种验证方式由于传输的链路长，网络安全环境比较复杂，在面对分布式拒绝服务攻击、爬虫程序、重放攻击、木马、病毒等诸多不安全因素时，验证码内容和返回信息很容易被篡改。

为了应对上述方式存在的安全隐患，现有技术还公开了一种提高网上交易和认证安全的系统和方法，其优点在于使用了智能密钥装置生成和比较验证码，减少了网络环境对验证流程的影响，从而使网络应用尤其是涉及金融业务的应用更加安全可信。然而，智能密钥装置的存储资源相对有限，无法存储一张完整的图片验证码数据，或是需要付出高昂的代价才能在存储资源中开辟一块足够大的空间一次性生成和传输图片验证码。因此，如何在存储资源相对有限的情况下利用更加安全可信的图片验证码成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统与方法，能够实现在有限的存储资源情况下生成和传输图片验证码，并且保证用户可接受的响应时间。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种图片验证码的生成设备,包括：

验证码生成单元,用于按照设定的划分方式, 每次生成部分图片验证码信息,分次生成完整图片验证码的全部信息;

随机数产生单元,用于在所述验证码生成单元每次生成部分图片验证码信息时,产生决定该部分图片验证码图案和位置的随机数;

数据缓冲单元,用于存储所述验证码生成单元生成的图片验证码信息;

数据收发单元,用于按照指定长度发送所述数据缓冲单元存储的图片验证码信息。

进一步地，上述图片验证码的生成设备还可具有以下特点，所述设定的划分方式为: 按指定形状划分图片,每次生成一个指定形状的图片信息；或,按RGB三原色划分，每次生成图片的一个颜色分量；或，按图片中像素点的位划分，每次生成图片所有像素点的一位或多位。

进一步地，上述图片验证码的生成设备还可具有以下特点，所述按指定形状划分图片包括：按列划分图片,每次生成一列的图片信息; 按行划分图片,每次生成一行的图片信息；按三角形/矩形划分图片，每次生成一个三角形/矩形的图片信息

进一步地，上述图片验证码的生成设备还可具有以下特点，所述数据缓冲单元还用于在存储图片验证码信息的同时附加该图片验证码的组合信息。

进一步地，上述图片验证码的生成设备还可具有以下特点，所述指定长度最大为所述数据缓冲单元的容量,最小为1。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种图片验证码的显示设备,包括:

数据收发单元,用于接收验证码的生成设备传送的图片验证码信息;

验证码组合单元,用于将所述数据收发单元多次接收到的图片验证码信息恢复为完整的图片验证码；

验证码显示单元,用于显示图片验证码。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统，包括上面任一项所述的图片验证码的生成设备和上面任一项所述的图片验证码的显示设备。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种有限资源下图片验证码的生成及传输方法，基于上述的有限资源下图片验证码的生成及传输系统，包括以下步骤：

步骤a，图片验证码的生成设备接收生成图片验证码的命令，判断该命令是否合法，若是则执行步骤b，否则结束；

步骤b，验证码生成单元生成图片验证码，生成过程中调用随机数产生单元产生决定该图片验证码图案和位置的随机数，然后将生成的图片验证码和随机数保存到数据缓冲单元；

步骤c，判断数据缓冲单元中存储的数据是否达到指定长度，若是则由数据收发单元发送至图片验证码的显示设备；

步骤d，图片验证码的显示设备根据接收到的数据恢复图片验证码并显示。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤d中，图片验证码的显示方式为一边传输一边显示或待完整图片验证码的所有信息传输完毕后一起显示。

本发明能够实现在有限的存储资源情况下生成和传输图片验证码，并且保证用户可接受的响应时间。

附图说明

图1为本发明实施例中使用USBKEY提供图片验证码的网络认证方式的结构框图；

图2为本发明实施例中使用USBKEY提供图片验证码的网络认证方式的认证流程图；

图3为图1中涉及图片验证码生成及传输的各单元的关联示意图；

图4为本发明实施例中图片按块划分的示意图；

图5为本发明实施例中有限资源下生成及传输图片验证码的流程图；

图6为本发明实施例中数据缓冲单元中的数据格式示例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

由于在利用有限资源的设备生成和传输图片验证码时，无法存储一张完整的图片验证码数据，而通过开辟足够大的存储空间来一次性生成和传输图片验证码时代价高昂，不利于该验证方式的推广，本发明采用分多次生成图片验证码以及一边生成一边发送的方式，在不改变与原有设备硬件配置的前提下既做到了节省空间开销，又保证了时间开销小。

本发明提出了一种有限资源下生成及传输图片验证码的系统，该系统包括两个独立的设备，即图片验证码的生成设备和图片验证码的显示设备。下面分别说明这两个设备的结构。

图片验证码的生成设备包括验证码生成单元、随机数产生单元、数据缓冲单元和数据收发单元，其中，验证码生成单元用于按照设定的划分方式, 每次生成部分图片验证码信息,分次生成完整图片验证码的全部信息;随机数产生单元用于在验证码生成单元每次生成部分图片验证码信息时,产生决定该部分图片验证码图案和位置的随机数;数据缓冲单元用于存储验证码生成单元生成的图片验证码信息;数据收发单元用于按照指定长度发送数据缓冲单元存储的图片验证码信息。

其中,验证码生成单元按照不同的划分方法，每次只生成部分图片验证码信息，分多次生成完整图片。例如：按列划分图片，每次生成一列的图片信息；按RGB（Red, Green, Blue，红绿蓝三原色）划分，每次生成图片的一个颜色分量；按像素点的位划分，每次生成所有像素点的某一位或某几位。其中，按列划分图片属于按指定形状划分图片的情形, 按指定形状划分图片，每次生成一个指定形状的图片信息，除了包括上述的按列划分图片的情形外，还可以包括按行划分图片,每次生成一行的图片信息、按三角形/矩形划分图片，每次生成一个三角形/矩形的图片信息等。所生成的部分信息的大小在不超出分配给验证码生成单元的存储空间的前提下，可根据需要进行动态调整。

在不超出分配给数据缓冲单元的存储空间的前提下，可根据需要动态调整数据缓冲单元的大小。为了能够还原图片验证码，数据缓冲单元在存储图片验证码信息的同时可根据需要附加图片组合信息，或是以隐含方式给出。例如：按列划分图片时，附加各列在图片中的位置，所占存储空间大小以及数据缓冲单元中已存放的列数等；也可以不附加以上信息，而是一次发送一列，发送顺序即是列位置，发送数据的大小即是列所占存储空间大小。

数据收发单元按照指定长度判断数据缓冲单元中的数据是否可以发送。其中指定长度最大为数据缓冲单元的大小，即数据缓冲单元的容量，最小为1。根据部分图片信息的大小，数据发送方式分为两种：一次发送多个部分（包括一个）和多次发送一个部分。数据的发送过程与图片的生成过程并行执行。正是图片数据的这种生成与发送过程并行执行的特点才使得在存储资源有限的情况下生成和传输图片验证码成为可能。

图片验证码的显示设备包括数据收发单元、验证码组合单元和验证码显示单元，其中，数据收发单元用于接收验证码的生成设备传送的图片验证码信息;验证码组合单元用于将数据收发单元多次接收到的图片验证码信息恢复为完整的图片验证码；验证码显示单元用于显示图片验证码。

其中，验证码显示单元显示的图片验证码可以为完整的图片验证码，也可以是按列划分的部分图片验证码。原图片信息在需要恢复时由验证码组合单元进行。例如：按像素点的位划分时，验证码的显示需要在所有图片信息传输完毕并由验证码组合单元组合后才可交由验证码显示单元进行显示；按列划分图片时，验证码显示单元可根据图片组合信息中的位置及大小等信息直接进行显示，不需要将部分图片验证码信息组合成完整图片验证码信息。验证码显示单元在何时显示图片验证码可根据需要动态选择。例如：可一边传输一边显示或传输完毕后再进行显示。

基于上述的有限资源下生成及传输图片验证码的系统，本发明还提出了一种有限资源下生成及传输图片验证码的方法，该方法包括：

步骤d，图片验证码的显示设备根据接收到的数据恢复图片验证码并显示，其中，显示的图片验证码为完整的图片验证码。图片验证码的显示方式可以是一边传输一边显示，也可以是待完整图片验证码的所有信息传输完毕后一起显示。

本发明的图片验证码的生成设备可以设置在USBKEY等可嵌入式设备中，相应地，本发明的图片验证码的显示设备可以设置在客户端主机中。下面以图片验证码的生成设备设置在USBKEY中，图片验证码的显示设备设置在客户端主机中为例，对本发明的有限资源下生成及传输图片验证码的系统的应用进行说明。

图1为本发明实施例中使用USBKEY提供图片验证码的网络认证方式的结构框图。如图1所示，本实施例中，该网络认证方式的结构中包括远程服务器、客户端、USBKEY和用户。其中，远程服务器至少包括通信单元、服务单元和认证单元。通信单元负责远程服务器与客户端及远程服务器与后台数据库间的通信；服务单元负责响应客户端的服务请求，通过客户端为用户提供相应的服务；认证单元负责用户身份及验证码校验结果的确认。客户端至少包括数据收发单元、验证码显示单元、验证码组合单元、用户输入单元、服务单元。数据收发单元负责与远程服务器及USBKEY的通信；验证码显示单元及验证码组合单元用于图片验证码的显示；用户输入单元主要包括用户输入个人信息和根据验证码的内容输入相应的验证信息；服务单元主要是向远程服务器发起服务请求并为用户提供与远程服务器交互的接口。USBKEY至少包括验证码生成单元、随机数产生单元、数据缓冲单元、数据收发单元和验证码校验单元。涉及图片验证码生成及传输的各单元如图3所示。图3中，虚线上部的各单元处于客户端的本地计算机中，虚线下部的各单元处于USBKEY中。

图2为本发明实施例中使用USBKEY提供图片验证码的网络认证方式的认证流程图。如图2所示，本实施例中，使用USBKEY提供图片验证码的网络认证方式的认证流程包括如下步骤：

步骤201，用户需要登录远程服务器时，首先在本地计算机中插入USBKEY，再通过本地计算机中的客户端向远程服务器发起登录申请；

步骤202，远程服务器收到登录申请后判断该申请是否合法，若非法则不响应此次申请，否则发送要求用户输入个人信息和要求客户端返回验证码校验结果的信息；

步骤203，客户端向USBKEY发出生成图片验证码的命令；

步骤204，USBKEY接收到命令后判断命令是否合法，若合法则调用验证码生成单元、随机数产生单元、数据收发单元、数据缓冲单元生成并发送图片验证码至客户端，同时将生成的图片验证码信息发往验证码校验单元备份；

步骤205，客户端等待接收USBKEY发来的成功生成信息，若超时则结束认证流程，并返回相应提示信息，如USBKEY通信错误，若接收到成功生成信息，客户端通过其验证码组合单元和验证码显示单元将图片验证码显示给用户，然后客户端等待用户输入个人信息及图片验证码中的验证信息，将验证信息发送至USBKEY；

步骤206，USBKEY调用验证码校验单元比较用户输入的验证信息与备份的是否相同，并将校验结果发送至客户端；

步骤207，客户端将收到的校验结果与用户输入的个人信息发送至远程服务器；

步骤208，远程服务器校验用户输入的个人信息是否与数据库中的一致，当验证码与个人信息均正确时发送允许登录的信息至客户端，否则发送相应的提示信息如验证信息输入错误并发起新一轮的认证流程。

下面再以一具体实例，说明本发明有限资源下生成及传输图片验证码的系统生成及传输图片验证码的流程，本实例中，采用大小可不相同的矩形块划分图片，验证码生成单元生成的是块中各像素点的RGB值，显示方式是收到所有数据后进行一次性显示。图5为本发明实施例中有限资源下生成及传输图片验证码的流程图。如图5所示，本实施例中，生成及传输图片验证码的流程包括：

步骤501，验证码生成设备接收客户端发来的生成图片验证码的命令；

步骤502，判断命令是否有效，若有效则执行步骤503，否则执行步骤508；

步骤503，如图4所示，图片的宽和高分别指定为H和W，图片中某个块的宽和高为b_n和a_n，其中下标n为自然数，表示块的序号，像素点所占空间大小为p，判断已生成的图片信息量

是否等于图片总信息量H * W * p，若是则执行步骤510，否则执行步骤504；

步骤504，验证码生成单元和随机数产生单元按a_n、 b_n生成一个块；

步骤505，将步骤504生成的a_n * b_n * p大小的数据存放于数据缓冲单元中，根据需要添加图片组合信息，例如在块数据的前面添加该块的完整块标志（一次多块时为完整块，多次一块时为非完整块）、a_n、b_n、块在图片中的位置、块所占空间大小等，若是部分块，在第一个部分块中添加以上信息，其余部分块添加在块中的位置，部分块所占空间大小等；将步骤504生成的字符信息（显示于图片验证码中需要用户辨认的有意义的图形，区别于背景及干扰图案）发送至验证码校验单元备份，留作之后与用户输入的验证信息比较之用；

步骤506，判断已存放于数据缓冲单元中的数据大小是否已达到数据缓冲单元指定的最大长度，若是则执行步骤507，否则执行步骤504，数据缓冲单元中的数据格式示例如图6所示；

步骤507，发送部分图片信息，在数据缓冲单元的开头处添加块个数或部分块个数、数据大小后发送至客户端；

步骤508，发送命令无效信息；

步骤509，判断是否重新发送生成图片验证码的命令，是则执行步骤501，否则结束流程；

步骤510，发送成功生成信息；

步骤511，判断是否进行组合，是则执行步骤512，否则执行步骤513；

步骤512，即图片验证码的显示设备根据完整块标识判断已收到的各个部分图片信息为非完整块，则进行组合，调用验证码组合单元根据图片组合信息将所有的非完整块组合成完整块；

步骤513，验证码显示单元根据图片组合信息中的位置及大小信息显示各块，结束。

本发明采用分多次生成图片验证码以及一边生成一边发送的方式，在不改变与原有设备硬件配置的前提下既节省了随机存储空间，又保证了用户可接受的响应时间。在一款采用主频为20MHz的8位嵌入式芯片中，生成一张106 x 40大小的图片验证码所占用的随机存储空间不到700字节，耗时不到600ms。

其次，本发明在实际应用中灵活可配置，具体体现于：

1．图片的宽和高可配置；

2．部分图片信息的大小可配置；

3．数据缓冲单元长度可配置；

4．数据收发单元长度可配置；

5．部分图片信息大小与数据收发单元长度可不一致。

综上，本发明完全克服了有限资源下大量图片数据的生成和传输问题，并使用户在处理性能和灵活度上获得了良好的应用体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种图片验证码的生成设备,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的图片验证码的生成设备,其特征在于,所述设定的划分方式为: 按指定形状划分图片,每次生成一个指定形状的图片信息；或,按RGB三原色划分，每次生成图片的一个颜色分量；或，按图片中像素点的位划分，每次生成图片所有像素点的一位或多位。

3.根据权利要求2所述的图片验证码的生成设备,其特征在于,所述按指定形状划分图片包括：按列划分图片,每次生成一列的图片信息; 按行划分图片,每次生成一行的图片信息；按三角形/矩形划分图片，每次生成一个三角形/矩形的图片信息。

4.根据权利要求1所述的图片验证码的生成设备,其特征在于,所述数据缓冲单元还用于在存储图片验证码信息的同时附加该图片验证码的组合信息。

5.根据权利要求1所述的图片验证码的生成设备,其特征在于,所述指定长度最大为所述数据缓冲单元的容量,最小为1。

6.一种图片验证码的显示设备,其特征在于,包括:

验证码显示单元,用于显示图片验证码。

7.一种有限资源下图片验证码的生成及传输系统，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的图片验证码的生成设备和权利要求6所述的图片验证码的显示设备。

8.一种有限资源下图片验证码的生成及传输方法，基于权利要求7所述的有限资源下图片验证码的生成及传输系统，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的有限资源下图片验证码的生成及传输方法，其特征在于，所述步骤d中，图片验证码的显示方式为一边传输一边显示或待完整图片验证码的所有信息传输完毕后一起显示。