CN111523105B - 基于语义理解的交互式图片验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络验证技术领域，公开了一种基于语义理解的交互式图片验证方法，包括：1)生成待验证问题：从生成待验证问题的基础属性库中随机选取若干属性，并随机设置属性的属性值；根据选取出的属性及属性值生成待验证问题；2)根据待验证问题相应的属性及属性值生成指定数量的验证图片，生成验证图片输出序列，生成非验证图片，按照验证图片输出序列组成候选码图片；3)显示待验证问题和候选码图片；4)接收用户在候选码图片中点选的图片，记录点选图片的位置序列；5)比较验证图片输出序列和点选图片的位置序列，相同，验证通过，不同，验证不通过。本方法生成的待验证问题和候选码图片对用户来说容易识别和操作，但不易被机器自动识别。

Description

基于语义理解的交互式图片验证方法

技术领域

本发明属于网络验证技术领域，具体涉及一种基于语义理解的交互式图片验证方法。

背景技术

验证码在网络验证过程中，用于区分访问请求者是计算机程序还是人。在网络验证中，作为服务器端的计算机会自动生成一个待验证问题由用户来解答。这个待验证问题可以由计算机生成并评判，但是必须只有人类才能解答。由于计算机无法解答待验证的问题(将正确的验证码反馈给计算机)，所以回答出待验证问题的用户就可以被认为是人类。验证码常用来防止木马等程序恶意破解密码、刷票、论坛灌水等，目的是为了防止某个黑客对某些特定注册用户用特定程序暴力破解等方式进行不断地登陆尝试。验证码通常是由一些线条和一些不规则的字符组成，主要作用是为了防止黑客把密码数据化后进行盗取。目前验证码所使用的技术分为以下几种

1.验证码生成技术

(1)文本验证码

(2)图像验证码

(3)音频验证码

(4)视频验证码

(5)手机短信验证码

(6)上述综合术的综合

2.用于增强验证码防破解能力的技术

(1)字符粘连技术

(2)字符扭曲变形技术

(3)背景干扰技术

(4)其它

3.验证码输入技术

(1)用户手动输入

(2)点选输入

(3)拖曳输入

(4)其它

由于音频和视频验证码用于比较特殊的一些场合，并且对带宽的要求较高，所以用得较少，目前普遍使用的为文本验证码和图像验证码。

文本验证码生成及使用较容易，但较易被机器可以通过OCR、字符分割以及机器学习等方式进行识别。为降低被识别的可能性，通常验证码中加入了一些验证码增强技术，如字符粘连，变形及增加干扰背景等技术，虽然这些干扰技术可以很好的阻止机器的自动识别，但同时也给人的识别增加了较大的难度。此外，文本验证码绝大多数采用了用户手动输入的方式，对于复杂一点的文本字符，会对很多用户造成不能正常输入的困扰。

对于图像验证码，机器通过OCR技术较易自动识别，如果加入了过多的干扰技术，虽然会对机器的自动识别造成干扰，但也会对人的识别造成较大的干扰，用户也不易识别。目前较常用的一种图形验证码方式为滑动滑块填充拼图验证码，虽然这种验证码优点很多，但对于滑动操作要求较精确，对于滑动操作不够灵活的用户较易验证失败，操作方便性不如点选输入。当然点选输入方式也有个较大的缺点，如果选项较少的话，较容易被暴力破解。还有一种安全的验证技术就是使用手机短信进行验证，这种验证技术非常安全，但要操作起来较繁琐，并且手机接收信息有一定的延迟。

中国专利申请CN201711375724.4公开了一种提问式图片验证码的生成方法，包括：采集各个类别的图片并将所述图片按其类别标注生成相应标签；根据所述图片的类型按照标签内容构建不同的提问式问题；根据所述图片标签结合不同类别的提问式问题将所述提问式问题与图片进行关联；利用随机函数在所有所述提问式问题中随机选择某一提问式问题作为提问式图片验证码的提问；根据选择的提问式问题随机选择其对应的正确图片与错误图片；随机拼接所述正确图片与错误图片生成验证码图像；利用所述提问式问题与拼接的验证码图像生成提问式图片验证码。

中国专利申请CN201711375699.X公开了一种提问式图片验证码的生成系统，包括：数据库，存储图片与提问式问题；采集模块，用于采集数据库内的图片并按其类别标注生成相应标签；问题构建模块，根据图片的类型按照标签内容构建不同的提问式问题；关联模块，根据图片标签将提问式问题与图片进行关联；问题随机模块，在所有提问式问题中随机选择某一提问式问题作为提问式图片验证码的提问；图片随机模块，根据提问式问题随机选择对应的正确图片与错误图片；图像拼接模块，随机拼接正确图片与错误图片生成验证码图像；验证码生成模块，利用提问式问题与拼接的验证码图像生成提问式图片验证码。

上述两件中国专利申请都是先根据图片现有的属性生成问题，且图片及属性存放在数据库中，图片数量和属性较固定，容易通过机器学习的方式破解。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术的易被机器自动识别、用户难以识别、操作不够方便等不足，提供一种基于语义理解的交互式图片验证方法。本方法生成的待验证问题和候选码图片对于用户来说容易识别，操作方便，但不易被机器自动识别。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)生成待验证问题：从生成待验证问题的基础属性库中随机选取若干属性，并随机设置属性的属性值；根据选取出的属性及属性值生成待验证问题；

2)根据待验证问题相应的属性及属性值生成指定数量的验证图片，生成验证图片输出序列，生成非验证图片，按照验证图片输出序列组成候选码图片；

3)显示待验证问题和候选码图片；

4)接收用户在候选码图片中点选的图片，记录点选图片的位置序列；

5)比较验证图片输出序列和点选图片的位置序列，若相同，则验证通过，若不同，则验证不通过。

进一步而言，对所述待验证问题根据需要进行变形后作为最终的待验证问题，变形的方式包括以下至少一种：

将各个属性任意组合并重复出现多次；

改变属性值；

将待验证问题中部分词语生成一组相同含义、不同表达方式的映射；

将待验证问题翻译成其他语言。

进一步而言，所述验证图片、非验证图片由若干种不同的基础图形构成，对这些基础图形进行上色、变形和/或层叠处理后产生。

进一步而言，所述候选码图片来自预设的图片库，图片库中每张预设的图片都映射了相应的属性信息，根据待验证问题的属性从图片库中选择相应属性的图片作为验证图片，选择与待验证问题的属性值不相同的图片作为非验证图片。

进一步而言，根据待验证问题的属性临时生成验证图片和非验证图片。

进一步而言，所述候选码图片的属性中，除了与待验证问题中的属性相应的属性固定不变，其他的属性随机设置。

进一步而言，进行所述变形、层叠处理时，不同图形的放置位置间距离为随机数，其大小在指定的数值范围内随机生成。

进一步而言，所述候选码图片的数量S根据安全需要设置不同的值。

进一步而言，所述候选码图片的数量S在不同的取值范围内随机生成。

本发明的有益效果如下：采用本发明的基于语义理解的交互式图片验证方法，通过简单的问答交互形式以及对图片的变形、层叠等处理，从语义理解和图片识别两方面来防止机器的自动识别，并且通过点选的方式进行输入，操作简单方便：

验证方根据场景生成以文本或文本与图形相结合的验证问题，然后根据验证问题随机生成候选码图片；

验证方提出的问题对于用户来说简单易懂，但对于机器来说要进行这些基本的语义理解不易做到；就算理解了语义，但提供给用户选择的候选码图片会经过扭曲、变形、层叠等处理，并且验证问题和候选码图片都可以根据需要在进行验证时临时生成，其属性可以随机设置，大大增加了机器自动识别和理解的难度，所以不易被机器学习的方式破解；

用户根据验证问题的要求通过点选答案的方式在候选码图片中选择符合验证问题的验证图片，简单方便，降低了用户输入验证码的难度。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例的验证图片示意图。

图3是本发明实施例的候选码图片生成流程图。

图4是本发明实施例的图形层叠处理示意图。

图5是本发明实施例的候选码非验证图片示意图。

图6是本发明实施例的候选码图片输出示意图。

图7是本发明实施例的含有两个红色星形的候选码图片示意图。

图8是本发明实施例的含有两个星形的候选码图片示意图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，介绍了一种基于语义理解的交互式图片验证方法。

下面结合图1描述根据本发明实施例的一种基于语义理解的交互式图片验证方法的基本流程。如图1所示，所述方法主要实现步骤如下：

一、生成待验证问题

验证方(服务器)设置有一个生成待验证问题的基础属性库。可以根据不同的场景从该基础属性库中选取各属性，该属性决定了待验证问题所包含的各种含义，用户需要理解该问题的含义才能正确地输入验证码。其中待验证问题的基本格式为：

请在以下图形中找出含有N个J色K形的图片，其中N表示图片中形状的数量，J表示颜色，K表示形状。

1-1)选取待验证问题的属性

生成待验证问题时，从形状、颜色、形状的数量等属性中随机选取一种或多种属性，并随机的设置属性的值。

假设只选取了数量和形状属性，并将N和K的值分别设为2和星形，则生成的问题为：请在以下图形中找出含有2个星形的图片。

1-2)通过对待验证问题的属性进行变形，将1-1)中生成的待验证问题根据安全级别的需要进行变形。变形的方式可以有多种，包括：

1)N、K和J值及对应的属性可以任意组合并重复出现多次；

2)待验证问题中某些词语可以生成一组相同含义、不同表达方式的映射；

3)调用不同语言的接口，翻译成不同的语言。

例如，问题1为：请在以下图形中找出含有两个星形的图片。

该问题在不改变含义的情况下可以变形为以下问题：

请在以下图形中找出含有2个星形的图片。(由中文“两”改为阿拉伯数字2，通过相同含义、不同表达方式的映射变形)

请在以下图形中找出含有两个★的图片。(由文字“星形”改为星形图片，通过相同含义、不同表达方式的映射变形)

请在以下图形中找出含有2个★的图片。(文字和图形都变化，通过相同含义、不同表达方式的映射变形)

Please find the picture with two stars in the follow pictures.(调用语言翻译的接口生成不同的语言)

而且，针对问题1这种最基本的待验证问题，可以进一步地进行加工变形，通过改变N、K和J的值、将相应属性任意组合或重复出现多次等方式，使得待验证问题的语义更复杂，机器更难理解，但对于人来说，几乎不增加理解难度。例如，可以在问题1的基础上增加其他的一些修饰词，如多种形状数量、多种图形、多种颜色，多种变形等多种属性的组合，使得待验证问题的语义理解起来更复杂。一个较复杂的待验证问题可以是：请在以下图形中找出含有两个黄色星形、一个红色四边形的图片(改变N、K和J值、属性组合重复)。进一步的，在此待验证问题的基础上，还可以对该待验证问题的属性进行各种变形，以增加待验证问题的语义理解难度。

二、生成和输出候选码图片

候选码图片是一组供用户选择的图片，包括验证图片和非验证图片，其中验证图片与待验证问题相对应，用户选出全部验证图片后才能通过验证；而非验证图片用于干扰用户的选择。2-1)生成验证图片和候选码图片输出序列

根据安全级别的需要设置候选码图片的数量为S，并初始化候选码图片的输出序列S0，S0为S位的二进制数，S0中每一位代表每张候选码图片的输出位置。S0也用作后续验证过程中的输入验证序列。验证图片的数量为M(0<M≤S)，M的值随机生成，按照1-1)步骤中选取待验证问题的属性和属性值，生成M张相应的验证图片。验证图片输出位置随机设置，并由此设置验证图片输出序列S0，其中验证图片的位置置1，非验证图片的位置置0。例如，S的值设为8，初始化候选码图片输出序列S0＝00000000。M的值设为M＝3。按照1-1)步骤中选取待验证问题的属性和属性值，生成3张相应的验证图片，用于验证码的输入验证。例如，设置验证图片的输出位置为第5、6、7位，则根据每张候选码图片的输出位置设置验证图片的输出序列S0＝00001110，生成的三张图片如图2所示。

生成单张验证图片的具体过程如下。非验证图片的生成过程与之相似。

不管是验证图片还是非验证图片最后都作为候选码图片输出到前端，显示给用户，以供用户进行验证码的验证。候选码图片由圆形、四边形、星形等几种不同的基础图形构成，再对这些基础图形进行上色、变形、层叠等处理生成最终的候选码图片。如图3所示，这些候选码图片可以来自预先创建好的图片库，图片库中每张预设的图片都映射了相应的形状数量、颜色、图形等属性。例如，图4为图形层叠处理示意图，对于图4中的第一张图片，在图片库里不仅存储了这张图片，还存储了形状数量为2、颜色为紫色、形状为星形等属性信息，生成候选码图片时可以根据待验证问题的属性从图片库中选择相应属性的图片(验证图片)和具有与相应属性不同属性的图片(非验证图片)。也可以在生成候选码图片时根据待验证问题的属性，临时生成验证图片和非验证图片，这些图片可以采JavaScript技术来生成。JavaScript技术中包含了这些基本的2D和3D图形，并且可以对这些图片进行不同的上色和变形等处理。如：需要生成两个星形时，就调用星形两次，然后根据上色、变形等处理要求合成一张图片后输出。可以理解，也可以采用Java、JavaScript、C++等技术调用图片处理工具或接口来生成验证图片和非验证图片。临时生成的候选码图片灵活多变，待验证问题中的属性确定之后，候选码图片的其它属性都可以随机设置，以增加机器学习的方式破解的难度。

候选码图片除了一般的上色和变形处理，还有一个关键的处理方式就是层叠的处理。层叠机制可以有效的防止机器对图形的分割识别，从而增加机器识别图形的难度，但几乎不影响人眼识别图形的难度。所以在临时生成的候选码图片中，控制好图形的大小、颜色以及将基础图片合成为候选码图片时各基础图片的位置，可以大大降低被机器识别的可能性。

如图4所示，第一张图片中两个星形图案具有相同的颜色、相同的形状、相同的大小，位置相差一点点，对于人眼来说，识别起来没有太大的困难，但对于机器来讲识别就有很高的难度。本发明中进行变形、层叠处理时，对不同形状、大小和颜色的图形在放置位置上进行不同设置。例如，不同图形的放置位置间距离为随机数，其大小在指定的数值范围内随机生成。通过这种方式既实现了层叠时对不同图形的位置进行精细控制，又提高了机器识别的难度。

2-2)生成非验证图片

根据2-1)设置的候选码图片的数量S、已生成的验证图片的数量M，再生成S-M张非验证的候选码图片。本实施例中S＝8，则候选码图片共有8张图片，并且已经生成了验证图片M＝3，因此还剩下S-M＝8-3＝5张非验证的候选码图片要生成，这5张非验证的候选码图片生成的时候不能与验证图片具备相同的属性值，也就是说不能出现2个星形的图片，但能出现3个星形，或2个圆形等其它属性值的图片，如图5所示。生成单张非验证图片的具体过程与上述2-1)中生成单张验证图片的过程相似，不再赘述。

2-3)生成候选码图片

将按照2-1)步骤生成的验证图片及按照2-2)步骤生成的非验证图片，按照候选码图片的输出序列S0的顺序输出候选码图片。在本实施例中，验证图片在第5、6、7这三个位置，图1中的三张验证图片必须在这三个位置输出，但具体哪张图片对应哪个位置可以任意。剩下的5个非验证图片可以任意地输出到剩下的5个位置。生成的候选码图片如图6所示。

三、显示待验证问题和候选码图片

将步骤一中生成的待验证问题输出到客户端进行显示，同时，将步骤二中生成候选码图片按照候选码图片输出序列所代表的方式输出到客户端进行显示。

四、接收用户在候选码图片中点选的图片，记录点选图片的位置序列。

验证时，用户根据验证方(服务器)的待验证问题，通过点选的方式，从输出的候选码图片中选择正确的图片(即验证图片)进行验证码的输入，并初始化已选图片的序列号S’0＝00…0。候选码图片的位置顺序为从左到右，从上到下依次为第1张、第2张、第3张，直到最后一张。选中哪一张图片，S’0中与该图片相应的位置置1。例如待验证问题为：请在以下图形中找出含有两个红色星形的图片。那么用户可以从候选图形中点选符合待验证问题要求的图片，如图7所示，其中红色框起来的图片为已点选图片。图7中的第5张图片已选择，则S’0序列的第5位置1，那么S’0＝00001000。再例如，根据图8中的问题和候选码，可以选择第5、6、7这三张图片，那么S’0序列中第5、6、7这三个位置置1，即S’0＝00001110。

点选输入方式有个较大的缺点，如果选项较少的话，较容易被暴力破解。本实施例中可以根据安全等级的需要对候选码图片的数量S设置不同的取值范围，S在该取值范围内随机生成，安全要求越高，S取值范围内的数值越大。如果要防止被暴力破解，可以通过增加候选码图片的数量S来增加被暴力破解的难度。如果S的值为2的话，待验证图片的位置可能在第1位、第2位，或第1和2位，一共三种可能，被暴力破解的概率为1/3；如果S的值为4的话，被暴力破解的概率为1/(2⁴-1)＝1/15。在本实施例中，S的值为8，则被暴力破解的概率为1/(2⁸-1)＝1/255；如果S的值增加到12，被暴力破解的概率为0.024％；如果S的值增加到16，被暴力破解的概率则为0.0015％，大大减少了被暴力破解的可能性，但对用户的输入影响却不大。

五、比较验证图片输出序列和点选图片的位置序列进行验证。

点击提交按钮，将S’0提交到服务器，与服务器端的S0进行比较。如果S’0＝S0，则说明验证码输入正确，验证通过；否则输入错误，验证不通过。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (7)

1.一种基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)生成待验证问题：从生成待验证问题的基础属性库中随机选取若干属性，并随机设置属性的属性值；根据选取出的属性及属性值生成待验证问题；

2)根据待验证问题相应的属性及属性值生成指定数量的验证图片，生成验证图片输出序列，生成非验证图片，按照验证图片输出序列组成候选码图片；所述待验证问题和候选码图片根据需要在验证时临时生成；在生成候选码图片时根据待验证问题的属性，临时生成验证图片和非验证图片；

3)显示待验证问题和候选码图片；

4)接收用户在候选码图片中点选的图片，记录点选图片的位置序列；

5)比较验证图片输出序列和点选图片的位置序列，若相同，则验证通过，若不同，则验证不通过。

2.根据权利要求1所述的基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，对所述待验证问题根据需要进行变形后作为最终的待验证问题，变形的方式包括以下至少一种：

将各个属性任意组合并重复出现多次；

改变属性值；

将待验证问题中部分词语生成一组相同含义、不同表达方式的映射；

将待验证问题翻译成其他语言。

3.根据权利要求1所述的基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，所述验证图片、非验证图片由若干种不同的基础图形构成，对这些基础图形进行上色、变形和/或层叠处理后产生。

4.根据权利要求3所述的基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，所述候选码图片的属性中，除了与待验证问题中的属性相应的属性固定不变，其他的属性随机设置。

5.根据权利要求3所述的基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，进行所述变形、层叠处理时，不同图形的放置位置间距离为随机数，其大小在指定的数值范围内随机生成。

6.根据权利要求1所述的基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，所述候选码图片的数量S根据安全需要设置不同的值。

7.根据权利要求6所述的基于语义理解的交互式图片验证方法，其特征在于，所述候选码图片的数量S在不同的取值范围内随机生成。

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