CN114067040A - 一种动态生成验证码背景图的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态生成验证码背景图的方法及装置，所述方法包含以下步骤：S1：采集单元从背景图数据库内随机选取三维模型和素材；S2：调整单元用于调整各个模型在三维空间内的位置和姿态；S3：计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合；S4：图片生成单元根据三维模型的拍摄或截图生成验证码背景图。本发明的方法及装置能够动态生成不可重复的验证码背景图，来解决传统验证方式使用有限集合验证码背景图导致被破解的问题。

Description

一种动态生成验证码背景图的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种计算机网络通信技术，具体地涉及一种动态生成验证码背景图的方法及装置。

背景技术

验证码技术是互联网领域里较常见的一项技术，在业务安全领域尤其普遍，是一个基础安全服务。随着互联网技术的快速发展，信息安全问题也日益突出，为了预防恶意破解密码、刷票、论坛灌水等现象，现有技术主要采用验证码来区分用户是计算机还是人类。其目的是用户根据给定的提示，点选或滑动验证码，并将点选或轨迹信息上送到服务端，服务端经过算法分析和匹配确定是否验证通过，进而区分人机操作。

常见工作流程如图1所示，客户端请求验证码服务，传统的验证码服务如乱序拼图、旋转验证等类型，需要对验证码背景图进行切图、打乱顺序、或者进行镂空操作，返回客户端验证码图片和提醒信息，让用户进行还原。客户端将用户的点选或滑动轨迹发送到服务端，服务端验证轨迹信息是否正确，返回客户端验证结果。

随着信号处理与图像识别技术提高，如何丰富验证码资料库，如何提高机器破解难度，是亟待解决的问题。

尤其是乱序拼图和旋转验证的安全性很高，但是非常依赖验证码背景图的数量，数量少的情况下容易被恶意采集图片并破解。

上述验证码的工作流程，是目前乱序拼图、旋转验证常见的实现方式。该流程有一个问题是验证码背景图是一个有序集合，打靶平台通过采集图片信息得到所有的验证码背景图，并人工破解得到验证码背景图的默认正确图案，就可以通过算法模拟人工操作，通过点选或滑动使之匹配已有的默认背景图案，来提高验证通过率。

本发明主要是通过程序动态生成不可重复的验证码背景图，来解决传统验证方式使用有限集合验证码背景图导致被破解的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是通过程序动态生成不可重复的验证码背景图，来解决传统验证方式使用有限集合验证码背景图导致被破解的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种动态生成验证码背景图的方法，所述方法包含以下步骤：

S1.采集单元从背景图数据库内随机选取三维模型和素材；

S2.调整单元用于调整各个模型在三维空间内的位置和姿态；

S3.计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合；

S4.图片生成单元根据三维虚拟模型的拍摄或截图生成验证码背景图.

进一步，步骤S1中，背景图数据库包括模型库和素材库，所述模型库内设有若干常见物体的三维模型文件，所述素材库内设有若干种图片和纹理图案作为模型和背景素材。

进一步，选取模型包括选取出设定范围内数量和种类的模型，选取素材包括选取背景图片或背景颜色以及选取模型纹理或模型颜色。

进一步，模型的格式包括obj或vtk格式；图片纹理的格式包括png或jpg图片格式。

进一步，步骤S2中：调整单元随机选择多个三维坐标点放置各个模型，并调整各个模型的位置和姿态，所述位置指代在三维空间中的坐标点，所述姿态指代模型的放置方向和角度等，以及设置亮度值作为图片模型中的光照，然后随机选择一个三维坐标点和角度作为程序摄像机视角。

进一步，步骤S3中：计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合，如果没有遮挡和重合进入下一步，否则重新生成模型在三维坐标系中的坐标点。

进一步，步骤S4中：图片生成单元生成验证码背景图，保存为jpg、png或webp格式；所述验证码图片是根据获取到的多个三维虚拟模型，并对模型进行拍摄或截图得到的图片。

进一步，绘制图片采用OpenGL或vulkan的图形接口API。

进一步，图片生成单元还根据获得的图片，进行后续验证码的设计，所述验证码的设计包括点选、滑动轨迹、乱序拼图验证码或旋转拼图验证码，所述图片一次性使用，由服务端进行生成和验证。

另一方面，本发明还提供一种动态生成验证码背景图的装置，用于实现本发明的动态生成验证码背景图的方法，所述装置包括采集单元、调整单元、计算单元、和图片生成单元；所述采集单元从背景图数据库内随机选取三维模型和素材；所述调整单元用于调整各个模型在三维空间内的位置和姿态；所述计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合；所述图片生成单元根据三维虚拟模型的拍摄或截图生成验证码背景图。

本发明的方法及装置生成三维空间视觉的模型、纹理、颜色的有限集合，结合三维空间坐标系的位置、光照强度和角度以及摄像机视角的无限组合，生成的验证码背景图具有动态性、随机性、不可预测性。由此，每次生成的验证码背景图不会重复，并且仅一次性使用，防止验证码背景图信息被采集并被破解。

附图说明

图1为现有技术中的验证码工作流程示意图；

图2为根据本发明的动态生成验证码背景图的方法及装置的构造示意图；

图3为根据本发明的动态生成验证码背景图的示意图；

图4为根据本发明的动态生成验证码背景图的拼图式示意图；

图5为根据本发明的动态生成验证码背景图的旋转式示意图；

图6为根据本发明的动态生成验证码背景图的碰撞检测算法示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据附图2-5，本发明的动态生成验证码背景图的方法及装置，主要用于解决现有技术采用点字或拼图方案实现验证码的方案，需要大量资料库且容易被机器识别技术破解的技术问题。

乱序拼图和旋转验证的安全性很高，但容易被恶意采集图片后人工破解。解决这个问题的最有效方法是更换验证码背景图，最好是不可预测的无限图片集合。

本方案采用的方法是选取有限集合的三维模型、纹理或颜色，并在无限集合的三维空间坐标系中随机设置光照亮度和角度、摄像机角度和模型坐标位置，并判断模型是否有遮挡和重合，动态生成验证码背景图。虽然模型数量是有限的，但是通过随机的模型位置、模型组合、灯光、摄像角度等， 理论上可以生产无限数量的易理解的3D图片。

本发明的动态生成验证码背景图的方法流程如下。

第一步S1：采集单元从背景图数据库内随机选取模型和素材。其中，背景图数据库包括模型库和素材库，所述模型库内设有若干常见物体的三维模型文件，所述素材库内设有若干种图片纹理作为模型和背景素材，其中素材选取包括选取背景图片或背景颜色以及选取模型纹理或模型颜色。采集单元随机选取出设定范围内数量和种类的模型（如圆柱体、球体、齿轮、花朵等），随机从素材库选择背景素材，并选择纹理贴图如木质纹理图片作为模型的纹理，或者通过算法生成随机的RGB值作为各个模型颜色。

其中，模型的格式不是固定的，可以是obj、vtk或者其他三维模型格式。图片纹理的格式不是固定的，可以是png、jpg或者其他的图片格式。

具体地，在如图3所示的实施例中，采集单元从模型库中随机选取了两个多棱体、一个正方体、一个实心圆柱体、一个空心圆柱体；在素材库内选取了灰色作为背景素材，并随机选取了N种颜色，随机分配到每个模型，如在本实施例中，可以生成绿色的正方体、红色的实心圆柱体，紫色的空心圆柱体和黄色的多棱体，不限于本实施例中的形状和颜色，还可以生成木纹的正方体或波浪条纹图案的圆柱体等。

第二步S2：调整单元用于设定模型的位置和亮度，并选择摄像机视角。具体地调整单元随机选择多个坐标点放置各个模型，并调整各个模型的位置和姿态，所述位置指代在三维空间中的坐标点，所述姿态指代模型的放置方向和角度等，以及设置亮度值作为模型的光照，然后随机选择一个三维坐标点和角度作为程序摄像机视角。模型的分布可以是随机的，也可以指定算法生成满足要求的，如最远、最近等。

第三步S3：计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合，如果没有遮挡和重合进入下一步，否则重新生成模型在三维坐标系中的坐标点。检测重合的碰撞检测算法如图6所示：因为各个三维模型分布在一个平面上，所以在Y轴方向坐标恒为0，计算两个模型在X、Z轴上的距离D，当距离D大于等于两个模型半径R1、R2之和表明模型不重合，否则判断为出现重合。

检测遮挡的算法如下：根据模型的坐标和摄像机的角度通过矩阵计算得到模型在二维平面的X、Y坐标和半径R，通过两个模型的X、Y坐标计算得到两个模型的中心点距离D，当距离D小于两个半径中的最大值R1，说明当半径小的模型在大模型后面时会被遮挡，或者模型重合导致视觉效果较差。

第四步S4：图片生成单元生成验证码背景图，保存为jpg、png或webp格式。上述验证码背景图可以是根据获取到的多个三维虚拟模型，对模型进行拍摄或截图得到的图片。生成验证码背景图的技术实现不是固定的，可以采用OpenGL,也可以采用vulkan或者其他的图形接口API。

本实施例中生成的验证码背景图如图3所示，根据获得的验证码背景图，进行后续验证码的设计，应用样例如图4所示的乱序拼图验证码或图5所示的旋转拼图验证码形式。

出于安全，该验证码背景图最好是一次性使用，服务端进行生成和验证。

同样出于安全，客户端进行采集用户点选或滑动轨迹的过程，代码需要进行保护，进行加固或者混淆，上传的数据要使用加密算法进行加密。

该程序通过，生成的三维空间视觉的模型、纹理、颜色的有限集合，结合三维空间坐标系的位置、光照强度和角度以及摄像机视角的无限组合，生成的验证码背景图具有动态性、随机性、不可预测性。应用在乱序拼图验证、旋转验证等依赖验证码背景图切图和镂空的验证码类型中，可以提供不可预测性的、无限集合的验证码背景图，使黑灰产的打靶平台无法通过采集图片，人工验证的方法来产生默认正确验证码背景图。

此外，根据本发明实施例的动态生成验证码背景图的装置，包括采集单元、调整单元、计算单元、和图片生成单元。

其中采集单元用于从背景图数据库内随机选取模型和素材；

调整单元用于调整各个模型在三维空间内的位置和姿态；

计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合；

图片生成单元根据三维虚拟模型的拍摄或截图生成验证码背景图。

调整单元进一步包括检测重合子单元和检测遮挡子单元，检测重合子单元用于检测各个模型之间是否存在位置重合，遮挡子单元检测各个模型之间相对于摄像机视角是否存在遮挡。

其中检测重合子单元的碰撞检测算法如下：因为绘制模型分布在一个平面上，所以在Y轴方向坐标恒为0，仅计算两个模型在X、Z轴上的距离D，当距离D大于等于两个模型半径R1、R2之和表明模型不重合，否则判断为出现重合。其中，对于形状不规则的模型半径的计算方式按照模型中心至模型在X、Z轴上最远端的距离进行计算。算法示例如图6。

检测遮挡的算法如下：根据模型的坐标和摄像机的角度通过矩阵计算得到模型在二维平面的X、Y坐标和半径R，通过两个模型的X、Y坐标计算得到两个模型的中心点距离D，当距离D小于两个半径中的最大值R2，说明当半径小的模型在大模型后面时会被遮挡，或者小模型挡在大模型前面导致视觉效果较差。本方案采用“距离D大于等于两个模型半径之和”的判断条件保证模型不会产生重合，呈现更好的视觉效果。其中，对于形状不规则的模型半径的计算方式按照模型中心至模型在X、Z轴上最远端的距离进行计算。检测遮挡和检测碰撞的核心算法一致，区别在于检测碰撞算法使用X、Z轴坐标计算，检测重合算法使用映射在图片上的X、Y轴进行计算，因此图6所示算法也适用于检测重合，只需将Z轴替换为Y轴即可。

由此，每次生成的验证码背景图不会重复，并且仅一次性使用，防止验证码背景图信息被采集并被破解。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明主要针对验证码的使用场景。在使用乱序拼图验证、滑动验证等依赖验证码背景图的场景中，存在采集图片并人工验证生成正确的验证码背景图，为机器破解提供素材的风险，本发明主要针对这个风险。

2.有限的模型、图片纹理集合，结合随机的颜色、环境光照的亮度和角度、摄像机视角、三维模型在坐标系中的坐标，产生无限集合的验证码背景图，为依赖验证码背景图的乱序拼图验证、旋转验证等验证码服务提供几乎不可重复的验证码背景图。

3.该发明可以适用依赖验证码背景图进行切图和镂空的所有验证码类型，包括乱序拼图验证、滑动验证和刮刮卡验证等。

上述的装置可以包括处理器和存储器，上述单元均可以作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

上述本申请实施例的顺序不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。

其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

S1.采集单元从背景图数据库内随机选取三维模型和素材；

S2.调整单元对于各个模型在三维空间内的位置和姿态进行调整；

S3.计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合；

S4.图片生成单元根据三维模型的拍摄或截图生成验证码背景图。

2.根据权利要求1所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，

步骤S1中，背景图数据库包括模型库和素材库，所述模型库内设有若干常见物体的三维模型文件，所述素材库内设有若干种图片和纹理图案作为模型素材和背景素材。

3.根据权利要求2所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，选取三维模型包括选取出设定范围内数量和种类的模型，选取素材包括选取背景图片或背景颜色以及选取模型纹理或模型颜色。

4.根据权利要求3所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，模型的格式包括obj或vtk格式；图片和纹理图案的格式包括png或jpg图片格式。

5.根据权利要求4所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，步骤S2中：调整单元随机选择多个三维坐标点放置各个模型，并调整各个模型的位置和姿态，所述位置指代在三维空间中的坐标点，所述姿态指代模型的放置方向和角度等，以及设置亮度值作为模型的光照，然后随机选择一个三维坐标点和角度作为程序摄像机视角。

6.根据权利要求5所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，步骤S3中：若检测到各个模型之间没有遮挡和重合进入下一步，若存在遮挡或重合则重新生成模型在三维坐标系中的坐标点。

7.根据权利要求6所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，步骤S4中：图片生成单元生成验证码背景图，保存为jpg、png或webp格式；所述验证码背景图是根据获取到的多个三维模型，并对三维模型进行拍摄或截图得到的图片。

8.根据权利要求7所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，生成验证码背景图采用OpenGL或vulkan的图形接口API。

9.根据权利要求8所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，

图片生成单元还根据获得的验证码背景图，进行后续验证码的设计，所述验证码的设计包括点选、滑动轨迹、乱序拼图验证码或旋转拼图验证码，所述验证码背景图一次性使用，由服务端进行生成和验证。

10.一种动态生成验证码背景图的装置，用于实现权利要求1-9任一项所述的动态生成验证码背景图的方法，其特征在于，所述装置包括采集单元、调整单元、计算单元、和图片生成单元；所述采集单元从背景图数据库内随机选取三维模型和素材；所述调整单元用于调整各个模型在三维空间内的位置和姿态；所述计算单元调用算法检测各个模型之间是否存在遮挡和重合；所述图片生成单元根据三维虚拟模型的拍摄或截图生成验证码背景图；其中，调整单元进一步包括检测重合子单元和检测遮挡子单元，检测重合子单元用于检测各个模型之间是否存在位置重合，遮挡子单元检测各个模型之间相对于摄像机视角是否存在遮挡。

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