這個(gè)專題深入淺出地探討了各類驗(yàn)證碼的生成和在Springboot3.x中的實(shí)踐，從基礎(chǔ)的滑動(dòng)、點(diǎn)選、算術(shù)運(yùn)算驗(yàn)證碼到創(chuàng)新的藝術(shù)風(fēng)格、水印、二維碼驗(yàn)證碼，適合所有Java開發(fā)者閱讀。在這個(gè)專題中，不僅可以學(xué)習(xí)到技術(shù)實(shí)踐，更能領(lǐng)略到驗(yàn)證碼的美學(xué)魅力。讓我們一起探索驗(yàn)證碼的無盡可能性。

什么是混淆字體驗(yàn)證碼

混淆字體驗(yàn)證碼，又叫做CAPTCHA（Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart），字面意思是“完全自動(dòng)化的區(qū)分計(jì)算機(jī)和人類的公開圖靈測試”。它是一種設(shè)計(jì)精巧的安全防護(hù)機(jī)制，穿越在用戶與服務(wù)之間，阻擋各種自動(dòng)化的惡意攻擊與批量注冊等行為。

混淆字體驗(yàn)證碼會(huì)生成一組混淆的字符集，并以圖像的形式呈現(xiàn)給，比如我們在各種服務(wù)網(wǎng)站上常見的一種驗(yàn)證碼形式：形如扭曲的、幾何圖形重疊的、包含線條與噪點(diǎn)干擾的一組字符。

這種技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)是利用人類視覺識(shí)別在復(fù)雜環(huán)境下的優(yōu)勢——即，人眼可以通過復(fù)雜的混淆環(huán)境識(shí)別出主要字符，而機(jī)器的OCR技術(shù)在這方面可能表現(xiàn)得并不足夠強(qiáng)大。因此，混淆字體驗(yàn)證碼可以有效的避免惡意的自動(dòng)化程序，只允許真實(shí)用戶通過驗(yàn)證得到服務(wù)。

混淆字體驗(yàn)證碼的設(shè)計(jì)可以非常靈活和富有創(chuàng)造性。為了提高驗(yàn)證碼的安全等級，驗(yàn)證碼背景的色彩空間、字符的形狀、大小、顏色、布局甚至投影、傾斜角度等都可以成為設(shè)計(jì)的元素。同時(shí)，也會(huì)在別的方面判斷用戶的輸入，比如輸入時(shí)間的長短、輸入錯(cuò)誤的次數(shù)等等。

混淆字體驗(yàn)證碼的運(yùn)行機(jī)制

混淆字體驗(yàn)證碼的運(yùn)行機(jī)制主要包含四個(gè)環(huán)節(jié)：驗(yàn)證碼生成、驗(yàn)證碼渲染、驗(yàn)證碼展示和驗(yàn)證碼驗(yàn)證。

第一步：驗(yàn)證碼生成。 這是驗(yàn)證碼運(yùn)行機(jī)制的第一步，系統(tǒng)會(huì)生成一串隨機(jī)的字符串或數(shù)字。這串字符的長度和組合方式都可能因應(yīng)用場景的安全需求而有所不同。有的系統(tǒng)為了增加驗(yàn)證碼的復(fù)雜程度，可能還會(huì)在生成的驗(yàn)證碼中混入大小寫字母。

第二步：驗(yàn)證碼渲染。 生成的隨機(jī)字符串會(huì)被渲染到一個(gè)圖片上。這一步通常采用特殊的字體，并且應(yīng)用各種圖形特效，比如扭曲、切割、旋轉(zhuǎn)等，甚至有的還會(huì)在背景中加入不同的干擾元素，如線條、點(diǎn)狀、圖形等，以增加其被機(jī)器識(shí)別的難度。

第三步：驗(yàn)證碼展示。 渲染好的驗(yàn)證碼將會(huì)被展示給用戶。用戶需要根據(jù)展示出的圖像，輸入對應(yīng)的字符。

第四步：驗(yàn)證碼驗(yàn)證。 用戶輸入的字符將會(huì)被系統(tǒng)接收并進(jìn)行驗(yàn)證。只有當(dāng)用戶輸入的字符與系統(tǒng)在第一步生成的字符相同時(shí)，驗(yàn)證碼才算驗(yàn)證通過。如果用戶輸入錯(cuò)誤，或者超過了規(guī)定的輸入時(shí)間限制，那么驗(yàn)證碼就會(huì)驗(yàn)證失敗。

在整個(gè)流程中，混淆字體驗(yàn)證碼利用了復(fù)雜的視覺處理能力和模式識(shí)別能力，這些都是目前大多數(shù)OCR技術(shù)難以模仿的。因此，混淆字體驗(yàn)證碼可以有效的阻止惡意軟件和機(jī)器人的自動(dòng)操作，提高網(wǎng)站的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：在Springboot 3.x中如何生成混淆字體驗(yàn)證碼

com.github.axet 的 kaptcha 是一個(gè)方便且強(qiáng)大的驗(yàn)證碼工具包，可以幫助我們在 Springboot 中生成各種復(fù)雜的驗(yàn)證碼。以下是一段具體的代碼示例，這段代碼將指導(dǎo)你如何使用 kaptcha 生成混淆字體的驗(yàn)證碼。

請?jiān)?nbsp;pom.xml 中添加相關(guān)依賴：

<dependency>
    <groupId>com.github.axet</groupId>
    <artifactId>kaptcha</artifactId>
    <version>0.0.9</version>
</dependency>

創(chuàng)建驗(yàn)證碼生成配置：

@Configuration
public class KaptchaConfig {

    @Bean
    public Producer kaptchaProducer(){
        Properties properties = new Properties();
        properties.put("kaptcha.textproducer.font.names", "宋體,楷體,微軟雅黑"); // 使用何種字體進(jìn)行圖片的驗(yàn)證碼
        properties.put("kaptcha.textproducer.char.string", "0123456789QAZXSWEDCVFRTGBNHYUJMKLIOPasdfghjklzxcvbnmqwertyuiop"); // 圖片驗(yàn)證碼中包含的字符
        properties.put("kaptcha.textproducer.char.length", "4"); // 圖片驗(yàn)證碼的字符數(shù)量
        properties.put("kaptcha.textproducer.font.size", "28"); // 圖片驗(yàn)證碼的字符大小
        
        Config config = new Config(properties);
        DefaultKaptcha defaultKaptcha = new DefaultKaptcha();
        defaultKaptcha.setConfig(config);
        
        return defaultKaptcha;
    }
}

創(chuàng)建驗(yàn)證碼接口：

@RestController
public class KaptchaController {

    @Autowired
    private Producer kaptchaProducer;

    @GetMapping("/getKaptcha")
    public void getKaptcha(HttpServletResponse response) throws IOException {
        // 生成驗(yàn)證碼并設(shè)置到 session 中
        String text = kaptchaProducer.createText();
        HttpSession session = request.getSession();
        // 這里把真實(shí)驗(yàn)證碼存儲(chǔ)到 session 中，以備后續(xù)驗(yàn)證使用
        session.setAttribute("kaptcha", text); 

        try(InputStream in = new ByteArrayInputStream(kaptchaProducer.createImage(text))){
            IOUtils.copy(in,response.getOutputStream());
        }
    }
  
  @PostMapping("/verifyKaptcha")
	public ResponseEntity<String> verifyKaptcha(HttpServletRequest request, String userInputCaptcha) {
      HttpSession session = request.getSession();
      String kaptcha = (String) session.getAttribute("kaptcha");
      session.removeAttribute("kaptcha"); //移除session中的驗(yàn)證碼，保證驗(yàn)證碼只能被校驗(yàn)一次
      if (kaptcha != null && kaptcha.equals(userInputCaptcha)) {
          return new ResponseEntity<>("驗(yàn)證碼正確", HttpStatus.OK);
      } else {
          return new ResponseEntity<>("驗(yàn)證碼錯(cuò)誤", HttpStatus.BAD_REQUEST);
      }
  }
  
}

在以上代碼中，首先創(chuàng)建了一個(gè) kaptchaProducer bean 用于生成驗(yàn)證碼。然后創(chuàng)建了一個(gè)控制器方法 /getKaptcha，當(dāng)用戶訪問這個(gè) URL 時(shí)生成驗(yàn)證碼并返回給用戶。

在這個(gè)方法 verifyKaptcha 中，我們首先從用戶的會(huì)話中獲取之前創(chuàng)建的驗(yàn)證碼，然后與用戶提供的驗(yàn)證碼進(jìn)行比較。如果兩者相符，那么我們返回一個(gè)“驗(yàn)證碼正確”的響應(yīng)；如果它們不匹配或者會(huì)話中沒有驗(yàn)證碼，那么我們返回一個(gè)“驗(yàn)證碼錯(cuò)誤”的錯(cuò)誤消息。

實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用：混淆字體驗(yàn)證碼的應(yīng)用示例

混淆字體驗(yàn)證碼通常應(yīng)用在防止惡意的機(jī)器人行為或者自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)攻擊中，例如在登陸、注冊、提交敏感信息等場景下。以下為你提供一些實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用示例。

1. 登錄頁面

在很多的登錄頁面，我們會(huì)看到一個(gè)需要用戶解讀并輸入的圖像驗(yàn)證碼。這個(gè)圖像驗(yàn)證碼通常會(huì)盡量的設(shè)計(jì)為機(jī)器難以識(shí)別，但人類可以快速解讀的樣子。例如，我們可以設(shè)置一組隨機(jī)字符，通過動(dòng)態(tài)改變字符間的距離，字符大小、字符方向，或者在字符上添加隨機(jī)噪點(diǎn)、線條等方式，增加機(jī)器人的識(shí)別難度。這樣，即使有人試圖用惡意的程序來進(jìn)行對抗，他也會(huì)因?yàn)榻馕鲞@個(gè)驗(yàn)證碼的困難而無法繼續(xù)。

2. 注冊頁面

在用戶提交注冊信息時(shí)，我們也會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的驗(yàn)證碼驗(yàn)證機(jī)制，增加惡意注冊的成本。比如，我們可以采用多種字體和顏色進(jìn)行混淆，并引入復(fù)雜的背景圖像作為噪音，這需要用戶更細(xì)致的注意力來解讀，對機(jī)器而言，幾乎無法識(shí)別。

3. 敏感操作

在進(jìn)行些敏感操作時(shí)，例如重要信息的修改、刪除等，我們也會(huì)用到驗(yàn)證碼。同時(shí)，驗(yàn)證碼系統(tǒng)還需要有一個(gè)過期機(jī)制，超過一定時(shí)間沒有輸入驗(yàn)證碼的，驗(yàn)證碼自動(dòng)失效，用戶需重新獲取。

所有這些都強(qiáng)調(diào)了一個(gè)核心思想，就是確保只有實(shí)際的用戶才能進(jìn)行一些特定的操作，而不是由機(jī)器自動(dòng)完成。

本文為大家深入介紹了如何在 Springboot 3.x 中使用 com.github.axet 的 kaptcha 包生成混淆字體驗(yàn)證碼，并驗(yàn)證用戶輸入的驗(yàn)證碼。在實(shí)現(xiàn)過程中，我們首先在 pom.xml 中添加了 kaptcha 的依賴，然后創(chuàng)建了驗(yàn)證碼生成的配置和接口。最后，我們在 KaptchaController類中實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證碼的驗(yàn)證方法。實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用部分，我們探討了混淆字體驗(yàn)證碼在登錄、注冊和敏感操作等場景的應(yīng)用?？偟膩碚f，混淆字體驗(yàn)證碼是一個(gè)非常有效的工具，以保護(hù)我們的應(yīng)用免受自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)攻擊。