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Java滑动验证码的原理与实现
内容导读
互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java滑动验证码的原理与实现，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含17636字，纯文字阅读大概需要26分钟。
内容图文
本文将讲解滑动验证码由来、原理及功能实现。文章，只贴出主要的逻辑代码，相关的实现代码和资源文件可以在项目中获取。
项目地址：https://gitee.com/gester/captcha.git
同时，推一下字符运算码和运算验证码文章。文章地址：https://blog.csdn.net/YTenderness/article/details/99946144
原创不易！如果有帮到您，可以给作者一个小星星鼓励下 ^ _ ^
滑动验证码产生
传统的字符验证码、运算验证码已经存在很长一段时间，可以称得上老古董了，相信每个人都见多。
易用性：在新生滑动验证码、点选验证码等面前简直弱爆了。用户还需要动手、动脑去操作，想想都烦，并且大家都懒嘛，还要照顾近视的同时，和老年用户，那岂不是有点弱。
安全性：现在已经过度到大数据时代，特别是机器学的冲击。机器通过模板训练，两天的时间都可以攻破你的传统验证码。当然滑动验证码，点选验证码也是可以破解的，相对传统验证码而言，肯定要费力些。
滑动验证码原理
- 服务器存有原始图片、抠图模板、抠图边框等图片
- 请求获取验证码，服务器随机获取一张图片，根据抠图模板图片在原图中随机生成x, y轴的矩形感兴趣区域
- 再通过抠图模板在感兴趣的区域图片中抠图，这里会产生一张小块的验证滑块图
- 验证滑块图再通过抠图边框进行颜色处理，生成带有描边的新的验证滑块图
- 原图再根据抠图模板做颜色处理，这里会产生一张遮罩图（缺少小块的目标图）
- 到这里可以得到三张图，一张原图，一张遮罩图。将这三张图和抠图的y轴坐标通过base64加密，返回给前端，并将验证的抠图位置的x轴、y轴存放在session、db、nosql中
- 前端在移动方块验证时，将移动后的x轴和y轴坐标传递到后台与原来的x坐标和y轴坐标作比较，如果在阈值内则验证通过，验证通过后可以是给提示或者显示原图
- 后端可以通过token、session、redis等方式取出存放的x轴和y轴坐标数据，与用户滑动的x轴和y轴进行对比验证
滑动验证码实现
功能
- 滑动验证码
- 字符验证码(扩展，参见上篇文章)
- 运算验证码(扩展，参见上篇文章）
依赖
- 无
实现代码
获取验证码方法:
/**
* 获取滑动验证码
* @param imageVerificationDto 验证码参数
* @return 滑动验证码
* @throws ServiceException 获取滑动验证码异常
*/
public ImageVerificationVo selectSlideVerificationCode(ImageVerificationDto imageVerificationDto) throws ServiceException {
ImageVerificationVo imageVerificationVo = null;
try {
// // 原图路径，这种方式不推荐。当运行jar文件的时候，路径是找不到的，我的路径是写到配置文件中的。
// String verifyImagePath = URLDecoder.decode(this.getClass().getResource("/").getPath() + "static/targets", "UTF-8");
// 获取模板文件，。推荐文件通过流读取， 因为文件在开发中的路径和打成jar中的路径是不一致的
// InputStream resourceAsStream = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("static/template/1.png");
File verifyImageImport = new File(verificationImagePathPrefix);
File[] verifyImages = verifyImageImport.listFiles();
Random random = new Random(System.currentTimeMillis());
// 随机取得原图文件夹中一张图片
File originImageFile = verifyImages[random.nextInt(verifyImages.length)];
// 获取模板图片文件
File templateImageFile = new File(templateImagePathPrefix + "/template.png");
// 获取描边图片文件
File borderImageFile = new File(templateImagePathPrefix + "/border.png");
// 获取描边图片类型
String borderImageFileType = borderImageFile.getName().substring(borderImageFile.getName().lastIndexOf(".") + 1);
// 获取原图文件类型
String originImageFileType = originImageFile.getName().substring(originImageFile.getName().lastIndexOf(".") + 1);
// 获取模板图文件类型
String templateImageFileType = templateImageFile.getName().substring(templateImageFile.getName().lastIndexOf(".") + 1);
// 读取原图
BufferedImage verificationImage = ImageIO.read(originImageFile);
// 读取模板图
BufferedImage readTemplateImage = ImageIO.read(templateImageFile);
// 读取描边图片
BufferedImage borderImage = ImageIO.read(borderImageFile);
// 获取原图感兴趣区域坐标
imageVerificationVo = ImageVerificationUtil.generateCutoutCoordinates(verificationImage, readTemplateImage);
int Y = imageVerificationVo.getY();
// 在分布式应用中，可将session改为redis存储
getRequest().getSession().setAttribute("imageVerificationVo", imageVerificationVo);
// 根据原图生成遮罩图和切块图
imageVerificationVo = ImageVerificationUtil.pictureTemplateCutout(originImageFile, originImageFileType, templateImageFile, templateImageFileType, imageVerificationVo.getX(), imageVerificationVo.getY());
// 剪切图描边
imageVerificationVo = ImageVerificationUtil.cutoutImageEdge(imageVerificationVo, borderImage, borderImageFileType);
imageVerificationVo.setY(Y);
imageVerificationVo.setType(imageVerificationDto.getType());
// =============================================
// 输出图片
// HttpServletResponse response = getResponse();
// response.setContentType("image/jpeg");
// ServletOutputStream outputStream = response.getOutputStream();
// outputStream.write(oriCopyImages);
// BufferedImage bufferedImage = ImageIO.read(originImageFile);
// ImageIO.write(bufferedImage, originImageType, outputStream);
// outputStream.flush();
// =================================================
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
throw new ServiceException(ServiceExceptionCode.URL_DECODER_ERROR);
} catch (IOException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
throw new ServiceException(ServiceExceptionCode.IO_EXCEPTON);
}
return imageVerificationVo;
}
生成滑动验证码调用工具类：
package com.selfimpr.captcha.utils;
import com.selfimpr.captcha.exception.ServiceException;
import com.selfimpr.captcha.exception.code.ServiceExceptionCode;
import com.selfimpr.captcha.model.vo.ImageVerificationVo;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.Base64Utils;
import org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder;
import org.springframework.web.context.request.ServletRequestAttributes;
import javax.imageio.ImageIO;
import javax.imageio.ImageReadParam;
import javax.imageio.ImageReader;
import javax.imageio.stream.ImageInputStream;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.awt.*;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
/**
* @Description: 图片验证工具
* -------------------
* @Author: YangXingfu
* @Date: 2019/07/24 18:40
*/
public class ImageVerificationUtil {
private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(ImageVerificationUtil.class);
// 默认图片宽度
private static final int DEFAULT_IMAGE_WIDTH = 280;
// 默认图片高度
private static final int DEFAULT_IMAGE_HEIGHT = 171;
// 获取request对象
protected static HttpServletRequest getRequest() {
return ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getRequest();
}
// 获取response对象
protected static HttpServletResponse getResponse() {
return ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getResponse();
}
/**
* 生成感兴趣区域坐标
* @param verificationImage 源图
* @param templateImage 模板图
* @return 裁剪坐标
*/
public static ImageVerificationVo generateCutoutCoordinates(BufferedImage verificationImage, BufferedImage templateImage) {
int X, Y;
ImageVerificationVo imageVerificationVo = null;
// int VERIFICATION_IMAGE_WIDTH = verificationImage.getWidth(); // 原图宽度
// int VERIFICATION_IMAGE_HEIGHT = verificationImage.getHeight(); // 原图高度
int TEMPLATE_IMAGE_WIDTH = templateImage.getWidth(); // 抠图模板宽度
int TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT = templateImage.getHeight(); // 抠图模板高度
Random random = new Random(System.currentTimeMillis());
// 取范围内坐标数据，坐标抠图一定要落在原图中，否则会导致程序错误
X = random.nextInt(DEFAULT_IMAGE_WIDTH - TEMPLATE_IMAGE_WIDTH) % (DEFAULT_IMAGE_WIDTH - TEMPLATE_IMAGE_WIDTH - TEMPLATE_IMAGE_WIDTH + 1) + TEMPLATE_IMAGE_WIDTH;
Y = random.nextInt(DEFAULT_IMAGE_HEIGHT - TEMPLATE_IMAGE_WIDTH) % (DEFAULT_IMAGE_HEIGHT - TEMPLATE_IMAGE_WIDTH - TEMPLATE_IMAGE_WIDTH + 1) + TEMPLATE_IMAGE_WIDTH;
if (TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT - DEFAULT_IMAGE_HEIGHT >= 0) {
Y = random.nextInt(10);
}
imageVerificationVo = new ImageVerificationVo();
imageVerificationVo.setX(X);
imageVerificationVo.setY(Y);
return imageVerificationVo;
}
/**
* 根据模板图裁剪图片，生成源图遮罩图和裁剪图
* @param originImageFile 源图文件
* @param originImageFileType 源图文件扩展名
* @param templateImageFile 模板图文件
* @param templateImageFileType 模板图文件扩展名
* @param X 感兴趣区域X轴
* @param Y 感兴趣区域Y轴
* @return
* @throws ServiceException
*/
public static ImageVerificationVo pictureTemplateCutout(File originImageFile, String originImageFileType, File templateImageFile, String templateImageFileType, int X, int Y) throws ServiceException {
ImageVerificationVo imageVerificationVo = null;
try {
// 读取模板图
BufferedImage templateImage = ImageIO.read(templateImageFile);
// 读取原图
BufferedImage originImage = ImageIO.read(originImageFile);
int TEMPLATE_IMAGE_WIDTH = templateImage.getWidth();
int TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT = templateImage.getHeight();
// 切块图 根据模板图尺寸创建一张透明图片
BufferedImage cutoutImage = new BufferedImage(TEMPLATE_IMAGE_WIDTH, TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT, templateImage.getType());
// 根据坐标获取感兴趣区域
BufferedImage interestArea = getInterestArea(X, Y, TEMPLATE_IMAGE_WIDTH, TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT, originImageFile, originImageFileType);
// 根据模板图片切图
cutoutImage = cutoutImageByTemplateImage(interestArea, templateImage, cutoutImage);
// 图片绘图
int bold = 5;
Graphics2D graphics2D = cutoutImage.createGraphics();
graphics2D.setBackground(Color.white);
// 设置抗锯齿属性
graphics2D.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
graphics2D.setStroke(new BasicStroke(bold, BasicStroke.CAP_BUTT, BasicStroke.JOIN_BEVEL));
graphics2D.drawImage(cutoutImage, 0, 0, null);
graphics2D.dispose();
// 原图生成遮罩
BufferedImage shadeImage = generateShadeByTemplateImage(originImage, templateImage, X, Y);
imageVerificationVo = new ImageVerificationVo();
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
// 图片转为二进制字符串
ImageIO.write(originImage, originImageFileType, byteArrayOutputStream);
byte[] originImageBytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();
byteArrayOutputStream.flush();
byteArrayOutputStream.reset();
// 图片加密成base64字符串
String originImageString = Base64Utils.encodeToString(originImageBytes);
imageVerificationVo.setOriginImage(originImageString);
ImageIO.write(shadeImage, templateImageFileType, byteArrayOutputStream);
// 图片转为二进制字符串
byte[] shadeImageBytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();
byteArrayOutputStream.flush();
byteArrayOutputStream.reset();
// 图片加密成base64字符串
String shadeImageString = Base64Utils.encodeToString(shadeImageBytes);
imageVerificationVo.setShadeImage(shadeImageString);
ImageIO.write(cutoutImage, templateImageFileType, byteArrayOutputStream);
// 图片转为二进制字符串
byte[] cutoutImageBytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();
byteArrayOutputStream.reset();
// 图片加密成base64字符串
String cutoutImageString = Base64Utils.encodeToString(cutoutImageBytes);
imageVerificationVo.setCutoutImage(cutoutImageString);
} catch (IOException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
throw new ServiceException(ServiceExceptionCode.IO_EXCEPTON);
}
return imageVerificationVo;
}
/**
* 根据模板图生成遮罩图
* @param originImage 源图
* @param templateImage 模板图
* @param x 感兴趣区域X轴
* @param y 感兴趣区域Y轴
* @return 遮罩图
* @throws IOException 数据转换异常
*/
private static BufferedImage generateShadeByTemplateImage(BufferedImage originImage, BufferedImage templateImage, int x, int y) throws IOException {
// 根据原图，创建支持alpha通道的rgb图片
// BufferedImage shadeImage = new BufferedImage(originImage.getWidth(), originImage.getHeight(), BufferedImage.TYPE_4BYTE_ABGR);
BufferedImage shadeImage = new BufferedImage(originImage.getWidth(), originImage.getHeight(), BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
// 原图片矩阵
int[][] originImageMatrix = getMatrix(originImage);
// 模板图片矩阵
int[][] templateImageMatrix = getMatrix(templateImage);
// 将原图的像素拷贝到遮罩图
for (int i = 0; i < originImageMatrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < originImageMatrix[0].length; j++) {
int rgb = originImage.getRGB(i, j);
// 获取rgb色度
int r = (0xff & rgb);
int g = (0xff & (rgb >> 8));
int b = (0xff & (rgb >> 16));
// 无透明处理
rgb = r + (g << 8) + (b << 16) + (255 << 24);
shadeImage.setRGB(i, j, rgb);
}
}
// 对遮罩图根据模板像素进行处理
for (int i = 0; i < templateImageMatrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < templateImageMatrix[0].length; j++) {
int rgb = templateImage.getRGB(i, j);
//对源文件备份图像(x+i,y+j)坐标点进行透明处理
if (rgb != 16777215 && rgb < 0) {
int rgb_ori = shadeImage.getRGB(x + i, y + j);
int r = (0xff & rgb_ori);
int g = (0xff & (rgb_ori >> 8));
int b = (0xff & (rgb_ori >> 16));
rgb_ori = r + (g << 8) + (b << 16) + (140 << 24);
// 对遮罩透明处理
shadeImage.setRGB(x + i, y + j, rgb_ori);
// 设置遮罩颜色
// shadeImage.setRGB(x + i, y + j, rgb_ori);
}
}
}
return shadeImage;
}
/**
* 根据模板图抠图
* @param interestArea 感兴趣区域图
* @param templateImage 模板图
* @param cutoutImage 裁剪图
* @return 裁剪图
*/
private static BufferedImage cutoutImageByTemplateImage(BufferedImage interestArea, BufferedImage templateImage, BufferedImage cutoutImage) {
// 获取兴趣区域图片矩阵
int[][] interestAreaMatrix = getMatrix(interestArea);
// 获取模板图片矩阵
int[][] templateImageMatrix = getMatrix(templateImage);
// 将模板图非透明像素设置到剪切图中
for (int i = 0; i < templateImageMatrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < templateImageMatrix[0].length; j++) {
int rgb = templateImageMatrix[i][j];
if (rgb != 16777215 && rgb < 0) {
cutoutImage.setRGB(i, j, interestArea.getRGB(i, j));
}
}
}
return cutoutImage;
}
/**
* 图片生成图像矩阵
* @param bufferedImage 图片源
* @return 图片矩阵
*/
private static int[][] getMatrix(BufferedImage bufferedImage) {
int[][] matrix = new int[bufferedImage.getWidth()][bufferedImage.getHeight()];
for (int i = 0; i < bufferedImage.getWidth(); i++) {
for (int j = 0; j < bufferedImage.getHeight(); j++) {
matrix[i][j] = bufferedImage.getRGB(i, j);
}
}
return matrix;
}
/**
* 获取感兴趣区域
* @param x 感兴趣区域X轴
* @param y 感兴趣区域Y轴
* @param TEMPLATE_IMAGE_WIDTH 模板图宽度
* @param TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT 模板图高度
* @param originImage 源图
* @param originImageType 源图扩展名
* @return
* @throws ServiceException
*/
private static BufferedImage getInterestArea(int x, int y, int TEMPLATE_IMAGE_WIDTH, int TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT, File originImage, String originImageType) throws ServiceException {
try {
Iterator<ImageReader> imageReaderIterator = ImageIO.getImageReadersByFormatName(originImageType);
ImageReader imageReader = imageReaderIterator.next();
// 获取图片流
ImageInputStream imageInputStream = ImageIO.createImageInputStream(originImage);
// 图片输入流顺序读写
imageReader.setInput(imageInputStream, true);
ImageReadParam imageReadParam = imageReader.getDefaultReadParam();
// 根据坐标生成矩形
Rectangle rectangle = new Rectangle(x, y, TEMPLATE_IMAGE_WIDTH, TEMPLATE_IMAGE_HEIGHT);
imageReadParam.setSourceRegion(rectangle);
BufferedImage interestImage = imageReader.read(0, imageReadParam);
return interestImage;
} catch (IOException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
throw new ServiceException(ServiceExceptionCode.IO_EXCEPTON);
}
}
/**
* 切块图描边
* @param imageVerificationVo 图片容器
* @param borderImage 描边图
* @param borderImageFileType 描边图类型
* @return 图片容器
* @throws ServiceException 图片描边异常
*/
public static ImageVerificationVo cutoutImageEdge(ImageVerificationVo imageVerificationVo, BufferedImage borderImage, String borderImageFileType) throws ServiceException{
try {
String cutoutImageString = imageVerificationVo.getCutoutImage();
// 图片解密成二进制字符创
byte[] bytes = Base64Utils.decodeFromString(cutoutImageString);
ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
// 读取图片
BufferedImage cutoutImage = ImageIO.read(byteArrayInputStream);
// 获取模板边框矩阵， 并进行颜色处理
int[][] borderImageMatrix = getMatrix(borderImage);
for (int i = 0; i < borderImageMatrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < borderImageMatrix[0].length; j++) {
int rgb = borderImage.getRGB(i, j);
if (rgb < 0) {
cutoutImage.setRGB(i, j , -7237488);
}
}
}
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
ImageIO.write(cutoutImage, borderImageFileType, byteArrayOutputStream);
// 新模板图描边处理后转成二进制字符串
byte[] cutoutImageBytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();
// 二进制字符串加密成base64字符串
String cutoutImageStr = Base64Utils.encodeToString(cutoutImageBytes);
imageVerificationVo.setCutoutImage(cutoutImageStr);
} catch (IOException e) {
log.error(e.getMessage(), e);
throw new ServiceException(ServiceExceptionCode.IO_EXCEPTON);
}
return imageVerificationVo;
}
}
滑动验证码验证方法:
/**
* 滑动验证码验证方法
* @param X x轴坐标
* @param Y y轴坐标
* @return 滑动验证码验证状态
* @throws ServiceException 验证滑动验证码异常
*/
@Override
public boolean checkVerificationResult(String X, String Y) throws ServiceException {
try {
HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes()).getRequest();
ImageVerificationVo imageVerificationVo = (ImageVerificationVo) request.getSession().getAttribute("imageVerificationVo");
if (imageVerificationVo != null) {
if ((Math.abs(Integer.parseInt(X) - imageVerificationVo.getX()) <= 5) && Y.equals(String.valueOf(imageVerificationVo.getY()))) {
System.out.println("验证成功");
return true;
} else {
System.out.println("验证失败");
return false;
}
} else {
return false;
}
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage(), e);
throw new ServiceException(ServiceExceptionCode.IO_EXCEPTON);
}
}
预览图
后话
以上部分为主要业务逻辑代码，你需要创建一个类和简单的调试一下就能正常运行使用。相关的图片资源文件和模板文件参见项目地址：https://gitee.com/gester/captcha.git
同时，推荐一波字符验证码和运算验证码文章。文章地址：https://blog.csdn.net/YTenderness/article/details/99946144
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内容总结
以上是互联网集市为您收集整理的Java滑动验证码的原理与实现全部内容，希望文章能够帮你解决Java滑动验证码的原理与实现所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。
内容备注
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来源：【匿名】