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  • .NET生成動態驗證碼的完整步驟

     更新時間:2019-09-08 20:01:33   作者:佚名   我要評論(0)

    前言
    驗證碼是圖片上寫上幾個字,然后對這幾個字做特殊處理,如扭曲、旋轉、修改文字位置,然后加入一些線條,或加入一些特殊效果,使這些在人類能正常識別的

    前言

    驗證碼是圖片上寫上幾個字,然后對這幾個字做特殊處理,如扭曲、旋轉、修改文字位置,然后加入一些線條,或加入一些特殊效果,使這些在人類能正常識別的同時,機器卻很難識別出來,以達到防爬蟲、防機器人的效果。

    驗證碼通常用于網站中,是防爬蟲、防機器人侵入的好方法。以往.NET中創建驗證碼,通常會使用System.Drawing創建“正常”的驗證碼。

    在前一往篇博客.NET中生成水印更好的方法中,提到了如何給圖片加水印。本文將基于上篇博客進一步探索,使用Direct2D創建驗證碼。

    傳統System.Drawing的做法

    前置條件:引用System.Drawing,或者安裝NuGet包:System.Drawing.Common

    <PackageReference Include="System.Drawing.Common" Version="4.5.1" />

    首先創建一個有幾個文字的圖片(基本操作):

    byte[] GetImage(int width, int height, string text)
    {
     using (var bitmap = new Bitmap(width, height))
     using (var g = Graphics.FromImage(bitmap))
     {
      var r = new Random();
    
      g.Clear(ColorFromHsl(r.NextDouble(), 1.0f, 0.8f, 0xff));
    
      var brush = new SolidBrush(Color.Black);
      var fontSize = width / text.Length;
      var font = new Font(FontFamily.GenericSerif, fontSize, FontStyle.Bold, GraphicsUnit.Pixel);
      for (var i = 0; i < text.Length; i++)
      {
       brush.Color = ColorFromHsl(r.NextDouble(), 1.0f, 0.3f, 0xff);
       float x = i * fontSize;
       float y = r.Next(0, height - fontSize);
    
       g.DrawString(text[i].ToString(), font, brush, x, y);
      }
    
      // 在這里面加入一些其它效果
    
      var ms = new MemoryStream();
      bitmap.Save(ms, ImageFormat.Png);
      return ms.ToArray();
     }
    }

    效果(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    然后再加入一些線條:

    using (var pen = new Pen(brush, 3))
    {
     for (var i = 0; i < 4; ++i)
     {
      pen.Color = ColorFromHsl(r.NextDouble(), 1.0f, 0.4f, 0xff);
      var p1 = new Point(r.Next(width), r.Next(height));
      var p2 = new Point(r.Next(width), r.Next(height));
      g.DrawLine(pen, p1, p2);
     }
    }

    效果(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    還能做什么?

    很遺憾,還有很多可以做,即使是加入線條,機器依然能輕而易舉地識別出來。

    不過Edi.Wang在他的博客中也發布了一個生成驗證碼的NuGet包:Edi.Captcha,截止目前最新版是1.3.1:

    <PackageReference Include="Edi.Captcha" Version="1.3.1" />

    這個包基于System.Drawing,加入了扭曲效果,加入了一些隨機的x坐標偏移,極大地增加了AI識別的難度。

    使用方式:

    CaptchaResult result = CaptchaImageGenerator.GetImage(200, 100, "HELLO");

    其中CaptchaResult的定義如下:

    public class CaptchaResult
    {
     public string CaptchaCode { get; set; }
    
     public byte[] CaptchaByteData { get; set; }
    
     public string CaptchBase64Data => Convert.ToBase64String(CaptchaByteData);
    
     public DateTime Timestamp { get; set; }
    }

    生成的效果如下(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    Direct2D

    在前一篇博客中,已經有了Direct2D的相關簡介。這里將不再介紹。

    首先從最簡單的圖片上寫文字開始:

    byte[] SaveD2DBitmap(int width, int height, string text)
    {
     using var wic = new WIC.ImagingFactory2();
     using var d2d = new D2D.Factory();
     using var wicBitmap = new WIC.Bitmap(wic, width, height, WIC.PixelFormat.Format32bppPBGRA, WIC.BitmapCreateCacheOption.CacheOnDemand);
     using var target = new D2D.WicRenderTarget(d2d, wicBitmap, new D2D.RenderTargetProperties());
     using var dwriteFactory = new SharpDX.DirectWrite.Factory();
     using var brush = new SolidColorBrush(target, Color.Yellow);
     
     var r = new Random();
     
     target.BeginDraw();
     target.Clear(ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.3f));
     var textFormat = new DWrite.TextFormat(dwriteFactory, "Times New Roman", 
      DWrite.FontWeight.Bold, 
      DWrite.FontStyle.Normal, 
      width / text.Length);
     for (int charIndex = 0; charIndex < text.Length; ++charIndex)
     {
      using var layout = new DWrite.TextLayout(dwriteFactory, text[charIndex].ToString(), textFormat, float.MaxValue, float.MaxValue);
      var layoutSize = new Vector2(layout.Metrics.Width, layout.Metrics.Height);
      using var b2 = new LinearGradientBrush(target, new D2D.LinearGradientBrushProperties
      {
       StartPoint = Vector2.Zero, 
       EndPoint = layoutSize, 
      }, new GradientStopCollection(target, new[]
      {
       new GradientStop{ Position = 0.0f, Color = ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.8f) },
       new GradientStop{ Position = 1.0f, Color = ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.8f) },
      }));
    
      var position = new Vector2(charIndex * width / text.Length, r.NextFloat(0, height - layout.Metrics.Height));
      target.Transform = 
       Matrix3x2.Translation(-layoutSize / 2) * 
       // 文字旋轉和扭曲效果,取消注釋以下兩行代碼
       // Matrix3x2.Skew(r.NextFloat(0, 0.5f), r.NextFloat(0, 0.5f)) *
       // Matrix3x2.Rotation(r.NextFloat(0, MathF.PI * 2)) * 
       Matrix3x2.Translation(position + layoutSize / 2);
      target.DrawTextLayout(Vector2.Zero, layout, b2);
     }
     // 其它效果在這里插入
    
     target.EndDraw();
    
     using (var encoder = new WIC.BitmapEncoder(wic, WIC.ContainerFormatGuids.Png))
     using (var ms = new MemoryStream())
     {
      encoder.Initialize(ms);
      using (var frame = new WIC.BitmapFrameEncode(encoder))
      {
       frame.Initialize();
       frame.SetSize(wicBitmap.Size.Width, wicBitmap.Size.Height);
    
       var pixelFormat = wicBitmap.PixelFormat;
       frame.SetPixelFormat(ref pixelFormat);
       frame.WriteSource(wicBitmap);
    
       frame.Commit();
      }
    
      encoder.Commit();
      return ms.ToArray();
     }
    }

    使用方式:

    byte[] captchaBytes = SaveD2DBitmap(200, 100, "Hello");

    效果(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    可以注意到,Direct2D生成的文字沒有System.Drawing那樣的鋸齒。

    如果取消里面的兩行注釋,可以得到更加扭曲和旋轉的效果(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    然后加入線條:

    for (var i = 0; i < 4; ++i)
    {
     target.Transform = Matrix3x2.Identity;
     brush.Color = ColorFromHsl(r.NextFloat(0,1), 1.0f, 0.3f);
     target.DrawLine(
      r.NextVector2(Vector2.Zero, new Vector2(width, height)),
      r.NextVector2(Vector2.Zero, new Vector2(width, height)),
      brush, 3.0f);
    }

    效果(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    Direct2D的騷操作

    Direct2D中內置了許多特效,如陰影(Shadow)等,這里我們需要用到的是位移特效(Displacement)和水流特效(Turbulence),為了實現特效,需要加入一個Bitmap層,整體代碼如下:

    byte[] SaveD2DBitmap(int width, int height, string text)
    {
     using var wic = new WIC.ImagingFactory2();
     using var d2d = new D2D.Factory();
     using var wicBitmap = new WIC.Bitmap(wic, width, height, WIC.PixelFormat.Format32bppPBGRA, WIC.BitmapCreateCacheOption.CacheOnDemand);
     using var target = new D2D.WicRenderTarget(d2d, wicBitmap, new D2D.RenderTargetProperties());
     using var dwriteFactory = new SharpDX.DirectWrite.Factory();
     using var brush = new D2D.SolidColorBrush(target, Color.Yellow);
     using var encoder = new WIC.PngBitmapEncoder(wic); // PngBitmapEncoder
     
     using var ms = new MemoryStream();
     using var dc = target.QueryInterface<D2D.DeviceContext>();
     using var bmpLayer = new D2D.Bitmap1(dc, target.PixelSize,
      new D2D.BitmapProperties1(new D2D.PixelFormat(SharpDX.DXGI.Format.B8G8R8A8_UNorm, D2D.AlphaMode.Premultiplied),
      d2d.DesktopDpi.Width, d2d.DesktopDpi.Height,
      D2D.BitmapOptions.Target));
    
     var r = new Random();
     encoder.Initialize(ms);
    
     D2D.Image oldTarget = dc.Target;
     {
      dc.Target = bmpLayer;
      dc.BeginDraw();
      var textFormat = new DWrite.TextFormat(dwriteFactory, "Times New Roman",
       DWrite.FontWeight.Bold,
       DWrite.FontStyle.Normal,
       width / text.Length);
      for (int charIndex = 0; charIndex < text.Length; ++charIndex)
      {
       using var layout = new DWrite.TextLayout(dwriteFactory, text[charIndex].ToString(), textFormat, float.MaxValue, float.MaxValue);
       var layoutSize = new Vector2(layout.Metrics.Width, layout.Metrics.Height);
       using var b2 = new D2D.LinearGradientBrush(dc, new D2D.LinearGradientBrushProperties
       {
        StartPoint = Vector2.Zero,
        EndPoint = layoutSize,
       }, new D2D.GradientStopCollection(dc, new[]
       {
        new D2D.GradientStop{ Position = 0.0f, Color = ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.8f) },
        new D2D.GradientStop{ Position = 1.0f, Color = ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.8f) },
       }));
    
       var position = new Vector2(charIndex * width / text.Length, r.NextFloat(0, height - layout.Metrics.Height));
       dc.Transform =
        Matrix3x2.Translation(-layoutSize / 2) *
        Matrix3x2.Skew(r.NextFloat(0, 0.5f), r.NextFloat(0, 0.5f)) *
        //Matrix3x2.Rotation(r.NextFloat(0, MathF.PI * 2)) *
        Matrix3x2.Translation(position + layoutSize / 2);
       dc.DrawTextLayout(Vector2.Zero, layout, b2);
      }
      for (var i = 0; i < 4; ++i)
      {
       target.Transform = Matrix3x2.Identity;
       brush.Color = ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.3f);
       target.DrawLine(
        r.NextVector2(Vector2.Zero, new Vector2(width, height)),
        r.NextVector2(Vector2.Zero, new Vector2(width, height)),
        brush, 3.0f);
      }
      target.EndDraw();
     }
     
     Color background = ColorFromHsl(r.NextFloat(0, 1), 1.0f, 0.3f);
     // for (var frameId = -10; frameId < 10; ++frameId)
     {
      dc.Target = null;
      using var displacement = new D2D.Effects.DisplacementMap(dc);
      displacement.SetInput(0, bmpLayer, true);
      displacement.Scale = 100.0f; // Math.Abs(frameId) * 10.0f;
      
      var turbulence = new D2D.Effects.Turbulence(dc);
      displacement.SetInputEffect(1, turbulence);
    
      dc.Target = oldTarget;
      dc.BeginDraw();
      dc.Clear(background);
      dc.DrawImage(displacement);
      dc.EndDraw();
    
      using (var frame = new WIC.BitmapFrameEncode(encoder))
      {
       frame.Initialize();
       frame.SetSize(wicBitmap.Size.Width, wicBitmap.Size.Height);
    
       var pixelFormat = wicBitmap.PixelFormat;
       frame.SetPixelFormat(ref pixelFormat);
       frame.WriteSource(wicBitmap);
    
       frame.Commit();
      }
     }
    
     encoder.Commit();
     return ms.ToArray();
    }

    注意此代碼使用了using var語句,是C# 8.0的using declaration功能,可以用using (var )語句代替。

    效果如下(Gif是由LINQPad生成多次截圖而來,實際為靜態圖):

    在此基礎上,(感謝Direct2D/WIC)經過較小的改動,即可生成一個動態的Gif圖片。

    只要略微修改以上代碼:

    • PngBitmapEncoder改成GifBitmapEncoder*
    • 然后將下面的for循環取消注釋
    • displacement.Scale = 100.0f;改成displacement.Scale = Math.Abs(frameId) * 10.0f;

    即可看到以下效果(直接生成,非截圖):



    結語

    最終的代碼生成效果,可以從這里下載,用LINQPad 6打開。

    本文使用的是SharpDX,是C#到DirectX的轉換層。一個壞消息是,上圖中使用的SharpDX已經停止維護了,但目前還沒找到可以用于替換的庫(可能由于它太好用了)。

    以前我經常將Direct2D用于游戲,但最近越來越多的時候Direct2D已經用于解決實際問題。由于Direct2D的高顏值、高性能,實際上,Direct2D已經無處不在,瀏覽器/Word/Excel等日常軟件都是深度集成Direct2D的應用。相信Direct2D可以用于更多的場景中。

    總結

    以上就是這篇文章的全部內容了,希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,謝謝大家對腳本之家的支持。

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