实现动态验证码的思路

示例

示例1

示例2

背景

验证码主要是防止机器暴力破解。之前的验证码都是以静态为主,现在一些产品开始使用动态方式,增加破解的难度。动态方式以 gif 最为简单可靠。gif 兼容性好,尺寸小。这里分享的就是一种:用 JS 实现 gif 动态验证码的思路。感谢关注。

任务分解

  1. 绘制旋转的文字
  2. 计算每个字符出现位置和角度
  3. 生成 gif 图片

逐步求精

如何绘制旋转的文字?

 

了解能用的 API

  • context.rotate(angle) 使当前坐标系旋转 angle,单位弧度
  • context.translate(x, y) 使当前坐标系偏移 x, y,单位像素
  • context.font 设置字体
  • context.strokeText(text, x, y [, maxWidth ]) 给文本描边
  • context.fillText(text, x, y [, maxWidth ]) 给文本填充

怎么以文字的中心位置旋转?

void function() {
  // ...
  var x = 100;
  var y = 100;
  var angle = 1 / 8 * Math.PI;
  context.translate(x, y);
  context.rotate(angle);
  context.strokeText('A', 0, 0);
  // ...
}()

以文字的左下角为圆心旋转,不符合预期,见下图效果

示例1

本打算做一下偏移的计算,一想到要计算文本中心位置貌似还挺复杂。 还是看看其他人怎么做的,通过关键词canvas rotate text center 找到一点线索。

context.save();
context.translate(newx, newy);
context.rotate(-Math.PI / 2);
context.textAlign = "center";
context.fillText("Your Label Here", labelXposition, 0);
context.restore();

textAlign 是横向对齐,再根据标准找到了一个纵向对齐 textBaseline

void function() {
  // ...
  context.textAlign = 'center'; // <<<<<<< insert
  context.textBaseline = 'middle'; // <<<<<<< insert
  var x = 100;
  var y = 100;
  var angle = 1 / 8 * Math.PI;
  context.translate(x, y);
  context.rotate(angle);
  context.strokeText('A', 0, 0);
  // ...
}()

修改以后,效果符合预期,见下图:

示例2

按我的习惯就这种 “常用” 功能就封装成独立函数,方便以后使用。

/**
 * 绘制旋转的文字
 * @param {CanvasRenderingContext2D} context 上下文
 * @param {String} text 文本
 * @param {Number} x 中心坐标 x
 * @param {Number} y 中心坐标 y
 * @param {Number} angle 角度,单位弧度
 */
function rotateText(context, text, x, y, angle) {
  if (!context) {
    return;
  }

  context.save(); // 保存上次的风格设置
  context.textAlign = 'center'; // 横向居中
  context.textBaseline = 'middle'; // 纵向居中
  context.translate(x, y); // 修改坐标系原点
  context.rotate(angle); // 旋转
  context.strokeText(text, 0, 0); // 绘制文本
  context.restore(); // 恢复上次的风格设置
}

如何计算每个字符出现位置和角度?

背景文字左右平移 + 旋转,生成随机的字符串计算中心坐标就好了

前景文字基本相似,只要上下来回移动和稍微摇摆,这里用的 cos 曲线控制摇摆。

如何生成 gif 图片

生成 gif 有第三方库可以使用 gifjs。 这里要注意的是,gifjs 用到 worker 技术,所以得在 http:// 环境里调试,不能用 file:// 环境

 

注意:由于添加的是同一个 canvas 对象,所以的是使用 copy 模式,将图像数据保留给每一帧。

gif.addFrame(canvasTemp, { delay: 100, copy: true });

完整代码

  • 线上演示
  • 代码地址
    <!doctype html>
    <html>
    <head>
      <meta charset="utf-8" />
      <style>
    canvas {
      border: black 1px solid;
    }
      </style>
      <script src="../library/gif.js"></script>
    </head>
    <body>
      <div>
        Key: <input type="text" maxlength="8" /> <input type="button" value="build" />
      </div>
      <canvas width="300" height="70"></canvas>
      <img width="300" height="70" /><a download="captcha.gif">download...</a>
      <script>
    
    /**
     * 绘制旋转的文字
     * @param {CanvasRenderingContext2D} context 上下文
     * @param {String} text 文本
     * @param {Number} x 中心坐标 x
     * @param {Number} y 中心坐标 y
     * @param {Number} angle 角度,单位弧度
     */
    function rotateText(context, text, x, y, angle) {
      if (!context) {
        return;
      }
    
      context.save(); // 保存上次的风格设置
      context.textAlign = 'center'; // 横向居中
      context.textBaseline = 'middle'; // 纵向居中
      context.translate(x, y); // 修改坐标系原点
      context.rotate(angle); // 旋转
      context.strokeText(text, 0, 0); // 绘制文本
      context.restore(); // 恢复上次的风格设置
    }
    
    /**
     * 随机字符串
     * @param{String} chars 字符串
     * @param{Number} len 长度
     */
    function randomText(chars, len) {
      var result = '';
      for (var i = 0; i < len; i++) {
        result += chars.charAt(parseInt(chars.length * Math.random()));
      }
      return result;
    }
    
    void function() {
      // @see http://www.w3.org/TR/2dcontext/
      var canvas = document.querySelector('canvas');
      var context = canvas.getContext('2d');
    
      context.font = '30px Verdana'; // 字体大小和字体名
    
      var lineHeight = 15; // 行高
      var backLength = 3;
      var backTexts = {};
      var backXOffsets = {};
      var keyYOffsets = {};
      var keyAOffsets = {};
      var backSpeed = 10000 + parseInt(100 * Math.random());
      var keySpeed = 12000 + parseInt(100 * Math.random());
      var key = '';
    
      function init(value) {
        key = String(value).toUpperCase();
        // 随机备件
        for (var i = 0; i < canvas.height / lineHeight; i++) {
          backTexts[i] = randomText('ABCDEFGHIJKLMNOPQRST0123456789', backLength);
          backXOffsets[i] = Math.random() * canvas.width;
        }
        for (var i = 0; i < key.length; i++) {
          keyYOffsets[i] = Math.random() * lineHeight / 2;
          keyAOffsets[i] = 0.05 - Math.random() * 0.1;
        }
      }
    
      function renderBack(now, context, text, y, xOffset) {
        var tick = now % backSpeed;
        for (var i = 0; i < backLength; i++) {
          var t = (xOffset + (tick / backSpeed) * canvas.width + 
            (canvas.width / backLength) * i) % canvas.width;
          rotateText(context, text[i], t, y,
              i / backLength * Math.PI * 2 + (tick / backSpeed) * Math.PI * 2);
        }
      }
    
      function render(now, context) {
        context.fillStyle = '#FFFFFF';
        context.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
        context.fillStyle = '#000000';
    
        // 绘制背景文字
        for (var i = 0; i < canvas.height / lineHeight; i++) {
          renderBack(now, context, backTexts[i], lineHeight * i, backXOffsets[i]);
        }
    
        // 绘制 key
        var tick = now % keySpeed;
        var keyCharWidth = canvas.width / key.length;
        for (var i = 0; i < key.length; i++) {
          var tx = keyCharWidth + (((canvas.width - keyCharWidth) / key.length) * i) % canvas.width;
          var ty = Math.cos(now / 1000) * Math.PI * keyYOffsets[i];
          rotateText(context, key[i], tx,
            canvas.height / 2 - ty, Math.cos(now / 1000) * Math.PI * 0.1 + keyAOffsets[i]);
        }
      }
      init('zswang');
      setInterval(function() {
        render(Number(new Date), context);
      }, 100);
    
    
      document.querySelector('input[type=text]').addEventListener('input', function() {
        init(this.value);
      });
    
      document.querySelector('input[type=button]').addEventListener('click', function() {
        var self = this;
        self.disabled = true;
        var gif = new GIF({
          repeat: 0,
          workers: 2,
          quality: 10,
          workerScript: '../library/gif.worker.js'
        });
    
        // 生成 gif 图片
        var canvasTemp = document.createElement('canvas');
        canvasTemp.width = canvas.width;
        canvasTemp.height = canvas.height;
        var context = canvasTemp.getContext('2d');
        context.font = '30px Verdana'; // 字体大小和字体名
        context.textAlign = 'center';
        for (var i = 0; i < 5000; i += 100) {
          render(i, context);
          gif.addFrame(canvasTemp, { delay: 100, copy: true });
        }
        gif.on('finished', function(blob) {
          var url = URL.createObjectURL(blob);
          document.querySelector('img').src = url;
          document.querySelector('a').href = url;
          self.disabled = false;
        });
        gif.render();
      });
    }();
      </script>
    </body>
    </html>
    

    后记

    功能比较简单,也写得比较简单,仅供参考。如果要应用到实战,还有很多细节要考虑

    • gif 创建的过程必然得放到后端完成,否则 兼容性、性能、安全性 都是问题(这块和传统的验证过程并无区别)。
    • 缓存(背景效果可以重复利用一段时间)。
    • 图片大小需要优化,目前是 200K(通过调整帧率和压缩比)。
    • 提供方便的调用接口(模块化)。

    参考资料

     

    作者:zswang (http://weibo.com/zswang) – 站在巨人的肩上也要成为巨人的一部分