使用Lua GD库动态生成验证码图片
最近得闲，学习一下Lua。
Lua下有个gd图形库，通过简单的Lua语句就能控制、生成图片。
之前在某个项目中要用到验证码，当时对这方面不太了解，就采用最不专业的做法：预先准备好若干验证码图片，把对应的值存入到数据库；使用时随机取出一对“图片-验证码值”供用户验证。这样做的好处是减少编码复杂度和服务器负担，但是问题也显而易见：预先准备的验证码图片数量有限，要是有人恶意攻击的话，这种验证码恐怕只是个摆设。要是专业人士见到我的这种实现，只怕会笑掉大牙。
当时也考虑过动态生成图片，随机生成几个数字、字母组成的验证码，然后将此验证码生成图片，最后对验证码图片进行模糊处理（倾斜、模糊、加干扰等）。验证码的生成到不难，有比较成熟的随机函数可以做到；但是将验证码生成图片并做模糊处理，当时就没有什么好的办法了。考虑过Java下应该有图形库可以做到这一点，但是觉得代码量肯定不小，运行效率恐怕也难以保证，所以就没深究。
直到最近接触到Lua的gd库，才重新想起这事。关于该gd库的细节，请参看官方文档：http://lua-gd.luaforge.net/manual.html
不说废话，直接上代码：
2
3 --定义词典
4
5 dict={'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z','A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','1','2','3','4','5','6','7','8','9','0'}
6
7 --随机种子
8
9 math.randomseed(os.time())
10
11 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
12
13 white = im2:colorAllocate(255, 255, 255)
14
15 stringmark=""
16
17 for i=1,6 do
18
19 stringmark=stringmark..dict[math.random(62)]
20
21 end
22
23 im2:string(gd.FONT_GIANT, 18, 10, stringmark, white)
24
25 im2:png("./output/验证码.png",100)
26
27
这样总共用不到20行代码就实现了一个简单的验证码，效果如下：
虽然基本实现了验证码图片的生成，但还不太理想；要实现真正可用的验证码，大概还需要做如下处理：设置不同字体、字符要随机倾斜、要随机模糊字符、要增加干扰等。
因此在此基础上略作了改进：设置不同字体、字符随机倾斜；至于随机模糊字符、增加干扰暂时还没想好怎么处理。最后代码如下：
2
3 require("lfs")
4
5 --定义词典
6
7 dict={'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z','A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','1','2','3','4','5','6','7','8','9','0'}
8
9 --随机种子
10
11 math.randomseed(os.time())
12
13 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
14
15 white = im2:colorAllocate(255, 255, 255)
16
17 stringmark=""
18
19 fonts={}
20
21 --查找字体
22
23 function searchFont()
24
25 local i=1
26
27 for file in lfs.dir("./复件 output/") do
28
29 if file~="." and file~=".." then
30
31 fonts[i]=string.sub(file,1,string.find(file,"ttf")).."tf"
32
33 print(fonts[i])
34
35 i=i+1
36
37 end
38
39 end
40
41 end
42
43 --测试不同字体的效果
44
45 function testFont()
46
47 searchFont()
48
49 if table.getn(fonts)==0 then --没有指定字体路径，就搜索系统字体
50
51 for file in lfs.dir("C:/WINDOWS/Fonts/") do
52
53 if string.find(file,".ttf")and not string.find(file,"esri") then
54
55 makeStringWithRotate(file)
56
57 end
58
59 end
60
61 else--否则就使用指定字体
62
63 for i=1,table.getn(fonts) do
64
65 makeStringWithRotate(fonts[i])
66
67 end
68
69 end
70
71 end
72
73 --生成带角度字符串
74
75 function makeStringWithRotate(font)
76
77 for i=1,6 do
78
79 local s=dict[math.random(62)]
80
81 im2:stringFT(white,"C:/WINDOWS/Fonts/"..font,18,math.random()/math.pi,5+(i-1)*15, 25, s)
82
83 stringmark=stringmark..s
84
85 end
86
87 im2:png("./output/"..font..".png",100)
88
89 -- 清理工作，准备下次使用
90
91 stringmark=""
92
93 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
94
95 end
96
97 --生成普通字符串
98
99 function makeString()
100
101 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
102
103 white = im2:colorAllocate(255, 255, 255)
104
105 for i=1,6 do
106
107 stringmark=stringmark..dict[math.random(62)]
108
109 end
110
111 im2:string(gd.FONT_GIANT, 18, 10, stringmark, white)
112
113 stringmark=""
114
115 im2:png("./output/验证码.png",100)
116
117 end
118
119 testFont()
120
121 --makeString()
122
123
说明如下：
由于不同字体的显示效果不一样，在有些字体中0、o、O不分；i、I、1、l、L不分；有些字体无法显示；这样导致验证码无法识别，因此必须去掉不适合用来生成验证码的字体。但是由于系统字体太多，如果逐一由手工验证，将是一件繁复而无意义的工作，因此在这里我采用“循环验证”的方式来处理：
1.使用系统中每一种字体都生成一张验证码图片放到指定目录A中（"./output/"），图片名即字体名
2.依次对这些验证码图片进行验证，剔除不适合做验证码的字体
3.将剔除后合格的验证码图片拷到指定目录B下（C:/luaaio_2.0_windows/test/test_gd/复件 output/），删除原目录A（"./output/"）中的内容
4.重新运行本程序，将读取目录B中合格字体，然后使用这些字体创建验证码图片到目录A中
5.重复步骤2，继续剔除不合格的字体，直到得到所有合格的字体。
最后，在我自己系统上经过多次运行，最后从几百个字体中得到比较容易分辨、适合作验证码的字体如下：
courbd.ttf
courbi.ttf
DejaVuMonoSans.ttf
DejaVuMonoSansBold.ttf
DejaVuMonoSansBoldOblique.ttf
DejaVuMonoSansOblique.ttf
lucon.ttf
monosbi.ttf
nina.ttf
simhei.ttf
simkai.ttf
swissci.ttf
tahomabd.ttf
timesbd.ttf
timesbi.ttf
timesi.ttf
trebuc.ttf
trebucit.ttf
效果如下：
说明：上面代码中为了访问文件系统，使用了lua扩展“LuaFileSystem”，具体些请参看文档：http://keplerproject.github.com/luafilesystem/index.html。
现在找出合适的字体了，做进一步改进：每次生成使用随机字体。
加上背景颜色，代码如下：
2
3 require("lfs")
4
5 --定义词典
6
7 dict={'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z','A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','1','2','3','4','5','6','7','8','9','0'}
8
9 --随机种子
10
11 math.randomseed(os.time()*2-1023)
12
13 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
14
15 fg = im2:colorAllocate(129,32,28)
16
17 bg = im2:colorAllocate(216,235,238)
18
19 FONT_PATH="C:/WINDOWS/Fonts/"
20
21 fonts={"courbd.ttf","courbi.ttf","DejaVuMonoSans.ttf","DejaVuMonoSansBold.ttf","DejaVuMonoSansBoldOblique.ttf","DejaVuMonoSansOblique.ttf","lucon.ttf","monosbi.ttf","nina.ttf","simhei.ttf","simkai.ttf","swissci.ttf","tahomabd.ttf","timesbd.ttf","timesbi.ttf","timesi.ttf","trebuc.ttf","trebucit.ttf"}
22
23 --生成的随机码
24
25 stringmark=""
26
27 --初始化：创建图片、设置背景
28
29 function init()
30
31 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
32
33 im2:filledRectangle(0,0,100,40,bg)
34
35 stringmark=""
36
37 end
38
39 --查找字体
40
41 function searchFont()
42
43 local i=1
44
45 for file in lfs.dir("./复件 output/") do
46
47 if file~="." and file~=".." and file~="Thumbs.db" then
48
49 fonts[i]=string.sub(file,1,string.find(file,"ttf")).."tf"
50
51 print(fonts[i])
52
53 i=i+1
54
55 end
56
57 end
58
59 end
60
61 --测试不同字体的效果
62
63 function testFont()
64
65 searchFont()
66
67 if table.getn(fonts)==0 then --没有指定字体路径，就搜索系统字体
68
69 for file in lfs.dir(FONT_PATH) do
70
71 if string.find(file,".ttf")and not string.find(file,"esri") then
72
73 makeStringWithRotate(file)
74
75 end
76
77 end
78
79 else--否则就使用指定字体
80
81 for i=1,table.getn(fonts) do
82
83 makeStringWithRotate(fonts[i])
84
85 end
86
87 end
88
89 end
90
91 --生成带角度字符串
92
93 function makeStringWithRotate(font)
94
95 for i=1,6 do
96
97 local s=dict[math.random(62)]
98
99 im2:stringFT(white,FONT_PATH..font,18,math.random()/math.pi,5+(i-1)*15, 25, s)
100
101 stringmark=stringmark..s
102
103 end
104
105 im2:png("./output/"..font..".png",100)
106
107 -- 清理工作，准备下次使用
108
109 stringmark=""
110
111 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
112
113 end
114
115 --生成普通字符串
116
117 function makeString()
118
119 im2 = gd.createTrueColor(100, 40)
120
121 white = im2:colorAllocate(255, 255, 255)
122
123 for i=1,6 do
124
125 stringmark=stringmark..dict[math.random(62)]
126
127 end
128
129 im2:string(gd.FONT_GIANT, 18, 10, stringmark, white)
130
131 stringmark=""
132
133 im2:png("./output/验证码.png",100)
134
135 end
136
137 --使用随机字体生成带角度的字符串
138
139 function makeIt()
140
141 makeStringWithRotate(fonts[math.random(18)])
142
143 end
144
145 --调用接口：直接使用下面的三个函数（之一），即可得到不同类型的验证码
146
147 makeIt()
148
149 --testFont()
150
151 --makeString()
152
153
效果如下：
奇怪的是：在makeIt()中，math.random(18)在似乎在一定时间内返回固定值，可能是因为使用的是系统时间做随机种子。
这个程序还有如下不足：
（1）没有加“字符模糊”和“干扰”，还是比较容易被破解。这个目前还没什么好的思路，暂时就不考虑。
（2）由于验证码只是简单的采用系统时间作为随机数种子生成的，是一种伪随机数。如果通过某种方式得到这个随机数的种子（即系统时间），然后根据相同的随机数算法，是完全可以计算出验证码的：这样验证码就不攻自破了。因此在这里可以考虑对这个随机数种子做进一步处理，将系统时间按照某种算法进行处理，得到的结果作为随机数种子；这样即使得到了系统时间，如果不知道这个算法，同样得不到最后的随机数种子。据我估计：这个算法应该不需要很复杂，即使作简单的四则运算，再配合随机数算法，应该是不那么容易破解的。
（3）还可以对验证码图片的随机性作进一步改进：字符颜色、背景颜色都可以随机，不过这样可能搭配出来的颜色会看不清（但可以预定义一组颜色进行处理）。不过没什么价值，也就罢了。
关于验证码，我没有作专门研究：不知道在实际应用中的验证码是如何实现的，也不清楚到底需要考虑哪些问题。这里仅仅是我学习Lua的gd库时的一个练习，没有在实际生产系统中检验过，有什么问题欢迎指正。
--------
ps:关于增强验证码的随机性，觉得还可以改进:在这里预先定义的字典都是固定的，按照“小写字母-大写字母-数字”的顺序排列，攻击者如果得到随机种子和这个字典顺序，按照相同的随机算法，是可以计算出验证码的。要解决这个问题，就得从这三个因素下手：
（1）对随机算法保密，即使得到随机种子和词典，也无法计算出验证码。这是最理想的方法，但很难实现：大家用的都是lua库中的随机库，除非自己对随即算法做改进，并且保密起来。
（2）对随机种子保密，前面已经提到过。
（3）对词典保密。这里采用的是固定的词典，按字母顺序排列，很容易就被猜到。要改进的话，可以在每次调用时初始化词典，采用随机算法将词典顺序打乱；这样每次调用时采用的都是随机词典，也会增加破解难度。问题是这样一来，计算这个随机词典也需要额外开销，对整个系统来说是不是合算，也需要考虑；而且，如果生成随机词典的种子被人得到，随机词典也会被人破解。
最近想用php写个网站，想把这套验证码搬上去，不知是否可行。对php不是很了解，听说php有个扩展实现了lua解释器，不知能不能用？
