驗(yàn)證碼的前世今生

韓燕萍

視頻、出行、購物等網(wǎng)站的使用者，就一定是人類嗎？會不會是偽裝成“人類”的計(jì)算機(jī)呢？為了能夠識別人類和計(jì)算機(jī)，“驗(yàn)證碼”應(yīng)運(yùn)而生。

今天，讓我們了解一下驗(yàn)證碼的前世今生吧。

圖靈測試

從1946年世界上第一臺計(jì)算機(jī)出現(xiàn)開始，聰明的人類就已經(jīng)考慮計(jì)算機(jī)發(fā)展到替代人類的可能性。艾倫·麥席森·圖靈，被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父，專門設(shè)計(jì)了一個著名的“圖靈測試”，用來判定計(jì)算機(jī)能否在智力行為上表現(xiàn)得和人無法區(qū)分。

當(dāng)主持人問了一個問題，然后無法從2個解答中分辨出誰是人類、誰是計(jì)算機(jī)時，就表明計(jì)算機(jī)的智能水平已經(jīng)與人類沒有差異了。

“圖靈測試”是由人類來判斷：誰是計(jì)算機(jī)？

誰是人類？最重要的目的，是識別出計(jì)算機(jī)。

反過來的“圖靈測試”就是驗(yàn)證碼

驗(yàn)證碼是由計(jì)算機(jī)來判斷：誰是人類？

誰是計(jì)算機(jī)？最重要的目的，是識別出人類。

這一點(diǎn)，可以從驗(yàn)證碼的中英文全稱中看出來：全自動區(qū)分計(jì)算機(jī)和人類的公開圖靈測試（Completely Automated Public Turing Test to Tell Computers and Humans Apart，CAPTCHA），又名：人類交互行為證明（Human Interaction Proof，HIP）。

最典型的驗(yàn)證碼，如下圖所示。以目前的眼光來看，這個驗(yàn)證碼確實(shí)略顯簡陋。

但是在計(jì)算機(jī)技術(shù)還不發(fā)達(dá)的年代，這樣的驗(yàn)證碼，已經(jīng)足以識別出人類：

只有人類，才能識別出驗(yàn)證碼中被嚴(yán)重扭曲的字母或者數(shù)字，而計(jì)算機(jī)，則無法識別。

基于這樣的驗(yàn)證碼，各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（例如：網(wǎng)站、郵箱等）成功識別到真正的人類后，允許人類繼續(xù)操作，比如：登錄郵箱、投票等。

為“保護(hù)”而生的驗(yàn)證碼

當(dāng)各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法識別人類和計(jì)算機(jī)時，計(jì)算機(jī)技術(shù)也能給人類帶來麻煩，例如：

郵箱的泛濫注冊，導(dǎo)致垃圾郵件滿天飛；

投票的野蠻刷票，導(dǎo)致投票結(jié)果不公正；

車票的插件搶占，導(dǎo)致返鄉(xiāng)車票買不到。

1999年一個網(wǎng)站發(fā)起的在線投票，推選全美計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)最好的學(xué)校時，按理來說是一個人投一張票。但是投票網(wǎng)站在設(shè)計(jì)的時候，沒有考慮太多，只以投票者所在計(jì)算機(jī)的IP地址作為判斷依據(jù)。

于是有人編寫了計(jì)算機(jī)腳本進(jìn)行批量刷票：每次投票完后更改一個IP地址，然后繼續(xù)投票，有成千上萬個IP地址就代表了成千上萬個不同的人，就可以投成千上萬票。

這樣的計(jì)算機(jī)技術(shù)，無疑是影響到了整個投票的公平性。所以說，各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要一個堅(jiān)固的“盾”來保護(hù)自己。實(shí)際上，第一種驗(yàn)證碼（字符型）的出現(xiàn)，就是為了對抗“自動刷票”這種計(jì)算機(jī)技術(shù)的。

越來越堅(jiān)固的“盾”

字符型

字符型驗(yàn)證碼，是最經(jīng)常見到的驗(yàn)證碼。通常是一些字母、數(shù)字的組合，而且為了增加識別的難度，這些字符經(jīng)常會被變形、扭曲、翻轉(zhuǎn)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，字符型驗(yàn)證碼的安全程度在降低，逐漸被其他類型驗(yàn)證碼替代。

計(jì)算型

計(jì)算型驗(yàn)證碼，通常是一些數(shù)學(xué)公式，需要人類發(fā)動聰明的大腦進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，才能得出正確的結(jié)果。

很遺憾，這種可以提供較高安全性的驗(yàn)證碼，雖然計(jì)算機(jī)很難識別，但是大部分人類自己也覺得很難。所以計(jì)算型驗(yàn)證碼，并沒有廣泛應(yīng)用過。

點(diǎn)擊型

點(diǎn)擊型驗(yàn)證碼的最大特點(diǎn)是：使用者只需要通過鼠標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)擊，不需要輸入任何東西。通過這種人類專屬的行為動作，以及使用者在瀏覽器中的一些操作數(shù)據(jù)、瀏覽數(shù)據(jù)等，共同識別出真正的人類。

點(diǎn)擊型驗(yàn)證碼的安全性較高，而且用戶體驗(yàn)較好。在一些重要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如：動車售票網(wǎng)站、大型購物網(wǎng)站、大型視頻網(wǎng)站等用戶量較大、數(shù)據(jù)安全要求高的地方，采用點(diǎn)擊型驗(yàn)證碼，可以有效識別人類，避免其他計(jì)算機(jī)的攻擊。

滑動型

滑動型驗(yàn)證碼通過收集使用者的動作，判斷是否為人類。例如：人類拖動滑塊的軌跡會是一個先快后慢的過程：先快速拖動，后慢慢對齊，再瞬間釋放。

這種驗(yàn)證碼的用戶體驗(yàn)較好，雖然被計(jì)算機(jī)技術(shù)突破的成功率也有60 %以上，但是計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬人類行為的成本較大，得不償失。

短信型

短信型驗(yàn)證碼，是最常用的一種方式。各種App一般會采用這種方式，簡單直接，通過運(yùn)營商來發(fā)送短信，安全上有保障。

每個驗(yàn)證碼與手機(jī)號碼相對應(yīng)而且一般有效期僅為60～90 s，不留其他人鉆空子的機(jī)會。

掃碼型

掃碼型驗(yàn)證碼，實(shí)際上就是首先確保在手機(jī)上已經(jīng)成功登錄，然后通過掃描二維碼的方式在PC上繼續(xù)登錄。這是如今各大視頻網(wǎng)站、購物網(wǎng)站的常用方法。

生物特征型

各種人臉識別、指紋識別、聲紋識別甚至虹膜識別，都可以算作是生物特征型驗(yàn)證碼。使用起來更加簡單，而且因?yàn)檫@些生物特征在每個人類中的獨(dú)特性，猶如一把專屬鑰匙，具備較高的安全性。

越來越鋒利的“矛”

雖然“盾”很堅(jiān)固，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋒利的“矛”也層出不窮。為了突破驗(yàn)證碼的保護(hù)，發(fā)展出了以下的計(jì)算機(jī)技術(shù)。

光學(xué)字符識別技術(shù)

光學(xué)字符識別（Optical Character Recognition，OCR）技術(shù)可以將圖片、照片上的文字內(nèi)容，直接轉(zhuǎn)換為可編輯的文本。2003年有人通過圖像識別算法（Shape Context）對簡單字符型的驗(yàn)證碼進(jìn)行自動化識別，可以達(dá)到93 %的成功率。

OCR技術(shù)僅能攻破一些簡單的字符型驗(yàn)證碼，稍微復(fù)雜一些（比如扭曲、翻轉(zhuǎn)）的字符，就需要花費(fèi)更多時間，一般無法在字符型驗(yàn)證失效前識別成功。

機(jī)器學(xué)習(xí)模型

2005年有人利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型（CNN）對單個字符的驗(yàn)證碼進(jìn)行自動化識別，計(jì)算機(jī)的識別成功率竟然比人類的成功率還高。然而，要想使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型來識別字符型驗(yàn)證碼，需要先準(zhǔn)備好多臺高性能計(jì)算機(jī)和大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，因此模型識別的成本太高，一般人用不起。

偽裝的手機(jī)基站

要想破解短信型驗(yàn)證碼，偽裝的手機(jī)基站需要首先屏蔽目標(biāo)手機(jī)的信號，然后以這個手機(jī)號碼去嘗試登錄網(wǎng)站，還要能夠偽裝目標(biāo)手機(jī)去接收短信。

各個環(huán)節(jié)都要在短時間內(nèi)完成，簡直就是Mission Impossible，每一步都是違法違規(guī)，破解成本高到天際了。

終極的“偽裝”

能打敗人類的，終將是人類自己。

當(dāng)人類擁有走出宇宙文明的計(jì)算機(jī)技術(shù)時，可以通過克隆出一個人類，讓這個復(fù)制出來的人類去破解各種各樣的驗(yàn)證碼，豈不是手到擒來？當(dāng)然，這僅僅是小編的一丟丟幻想，可能會在科幻片里看到，各位粉絲不要當(dāng)真哦！

好的，今天的內(nèi)容就是這些啦，一起來回顧一下吧：

“圖靈測試”是為了分辨出誰才是計(jì)算機(jī)；

“驗(yàn)證碼”是為了分辨出誰才是人類；

千奇百怪的“驗(yàn)證碼”保護(hù)著各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

層出不窮的“計(jì)算機(jī)技術(shù)”不斷提高自己偽裝成人類的能力；

作為“盾”，驗(yàn)證碼如何才能更安全、更易用；

作為“矛”，計(jì)算機(jī)技術(shù)如何才能突破驗(yàn)證碼的嚴(yán)防死守。

這些問題，都需要交給聰明的人類、更加智能的計(jì)算機(jī)技術(shù)去解答。

可以預(yù)見，作為“人類與計(jì)算機(jī)的角斗場”的驗(yàn)證碼，將迎來更多的攻防機(jī)會，同時也會給我們的社會帶來更多的改變，讓我們拭目以待！