JAVA 模板抠图生成滑块拼图验证码原理及实现
实现效果图：
滑块验证码原理
很多网站使用滑块验证码提高网站安全性，为了做到真正的验证，必须要走后台服务器。
下面是java实现滑块验证的核心步骤：
1.从服务器随机取一张底透明有形状的模板图，再随机取一张背景图
2.根据模板小图和背景大图得到宽高，计算可控区域，随机在背景大图找到坐标抠图
3.根据步骤二的坐标点，对背景大图的抠图区域的颜色进行处理，根据模板的像素RGB值（透明RGB颜色值是0，有颜色的部分<0）对新生成的模板小图颜色赋值，背景大图生成遮罩层。
4.完成以上步骤之后得到两张图(扣下来的方块图，带有抠图区域阴影的原图),将这两张图和抠图区域的y坐标传到前台，x坐标存入session或者redis。
5.请求验证的步骤：前端向后台发起请求，后台随机一张图片做处理将处理完的两张图片的base64，抠图y坐标返回给前端。
6.前端在移动拼图时将滑动距离x坐标参数请求后台验证，服务器根据redis取出x坐标与参数的x进行比较，如果在伐值内则验证通过，否则清除x记录，重新刷新。
滑块验证码实现
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.Base64Utils;
import javax.imageio.ImageIO;
import java.awt.*;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
/**
* 滑块验证工具类
* @author: zhoujin
* @Date: Created in 10:57 2019/7/04
* @Modified By:
*/
public class VerifyImageUtil {
private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(VerifyImageUtil.class);
private static int BOLD = 5;
private static final String IMG_FILE_TYPE = "jpg";
private static final String TEMP_IMG_FILE_TYPE = "png";
/**
* 根据模板切图
* @param templateFile
* @param targetFile
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map pictureTemplatesCut(File templateFile, File targetFile) throws Exception {
Map pictureMap = new HashMap<>();
// 模板图
BufferedImage imageTemplate = ImageIO.read(templateFile);
int templateWidth = imageTemplate.getWidth();
int templateHeight = imageTemplate.getHeight();
// 原图
BufferedImage oriImage = ImageIO.read(targetFile);
int oriImageWidth = oriImage.getWidth();
int oriImageHeight = oriImage.getHeight();
//随机生成抠图坐标X,Y
//X轴距离右端targetWidth Y轴距离底部targetHeight以上
Random random = new Random();
int widthRandom = random.nextInt(oriImageWidth - 2*templateWidth) + templateWidth;
int heightRandom = random.nextInt(oriImageHeight - templateHeight);
log.info("原图大小{} x {},随机生成的坐标 X,Y 为（{}，{}）", oriImageWidth,oriImageHeight,widthRandom,heightRandom);
// 新建一个和模板一样大小的图像，TYPE_4BYTE_ABGR表示具有8位RGBA颜色分量的图像，正常取imageTemplate.getType()
BufferedImage newImage = new BufferedImage(templateWidth, templateHeight, imageTemplate.getType());
//得到画笔对象
Graphics2D graphics = newImage.createGraphics();
//如果需要生成RGB格式，需要做如下配置,Transparency 设置透明
newImage = graphics.getDeviceConfiguration().createCompatibleImage(templateWidth, templateHeight, Transparency.TRANSLUCENT);
// 新建的图像根据模板颜色赋值,源图生成遮罩
cutByTemplate(oriImage,imageTemplate,newImage,widthRandom,heightRandom);
// 设置“抗锯齿”的属性
graphics.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
graphics.setStroke(new BasicStroke(BOLD, BasicStroke.CAP_BUTT, BasicStroke.JOIN_BEVEL));
graphics.drawImage(newImage, 0, 0, null);
graphics.dispose();
ByteArrayOutputStream newImageOs = new ByteArrayOutputStream();//新建流。
ImageIO.write(newImage, TEMP_IMG_FILE_TYPE, newImageOs);//利用ImageIO类提供的write方法，将bi以png图片的数据模式写入流。
byte[] newImagebyte = newImageOs.toByteArray();
ByteArrayOutputStream oriImagesOs = new ByteArrayOutputStream();//新建流。
ImageIO.write(oriImage, IMG_FILE_TYPE, oriImagesOs);//利用ImageIO类提供的write方法，将bi以jpg图片的数据模式写入流。
byte[] oriImageByte = oriImagesOs.toByteArray();
pictureMap.put("smallImage", Base64Utils.encodeToString(newImagebyte));
pictureMap.put("bigImage", Base64Utils.encodeToString(oriImageByte));
pictureMap.put("xWidth",widthRandom);
pictureMap.put("yHeight",heightRandom);
return pictureMap;
}
/**
* 添加水印
* @param oriImage
*/
/*private static BufferedImage addWatermark(BufferedImage oriImage) throws IOException {
Graphics2D graphics2D = oriImage.createGraphics();
graphics2D.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_INTERPOLATION,RenderingHints.VALUE_INTERPOLATION_BILINEAR);
// 设置水印文字颜色
graphics2D.setColor(Color.BLUE);
// 设置水印文字Font
graphics2D.setFont(new java.awt.Font("宋体", java.awt.Font.BOLD, 50));
// 设置水印文字透明度
graphics2D.setComposite(AlphaComposite.getInstance(AlphaComposite.SRC_ATOP, 0.5f));
// 第一参数->设置的内容，后面两个参数->文字在图片上的坐标位置(x,y)
graphics2D.drawString("[email protected]", 400,300);
graphics2D.dispose(); //释放
return oriImage;
}*/
/**
* @param oriImage 原图
* @param templateImage 模板图
* @param newImage 新抠出的小图
* @param x 随机扣取坐标X
* @param y 随机扣取坐标y
* @throws Exception
*/
private static void cutByTemplate(BufferedImage oriImage, BufferedImage templateImage,BufferedImage newImage, int x, int y){
//临时数组遍历用于高斯模糊存周边像素值
int[][] martrix = new int[3][3];
int[] values = new int[9];
int xLength = templateImage.getWidth();
int yLength = templateImage.getHeight();
// 模板图像宽度
for (int i = 0; i < xLength; i++) {
// 模板图片高度
for (int j = 0; j < yLength; j++) {
// 如果模板图像当前像素点不是透明色 copy源文件信息到目标图片中
int rgb = templateImage.getRGB(i, j);
if (rgb < 0) {
newImage.setRGB(i, j,oriImage.getRGB(x + i, y + j));
//抠图区域高斯模糊
readPixel(oriImage, x + i, y + j, values);
fillMatrix(martrix, values);
oriImage.setRGB(x + i, y + j, avgMatrix(martrix));
}
//防止数组越界判断
if(i == (xLength-1) || j == (yLength-1)){
continue;
}
int rightRgb = templateImage.getRGB(i + 1, j);
int downRgb = templateImage.getRGB(i, j + 1);
//描边处理，,取带像素和无像素的界点，判断该点是不是临界轮廓点,如果是设置该坐标像素是白色
if((rgb >= 0 && rightRgb < 0) || (rgb < 0 && rightRgb >= 0) || (rgb >= 0 && downRgb < 0) || (rgb < 0 && downRgb >= 0)){
newImage.setRGB(i, j, Color.white.getRGB());
oriImage.setRGB(x + i, y + j,Color.white.getRGB());
}
}
}
}
private static void readPixel(BufferedImage img, int x, int y, int[] pixels) {
int xStart = x - 1;
int yStart = y - 1;
int current = 0;
for (int i = xStart; i < 3 + xStart; i++)
for (int j = yStart; j < 3 + yStart; j++) {
int tx = i;
if (tx < 0) {
tx = -tx;
} else if (tx >= img.getWidth()) {
tx = x;
}
int ty = j;
if (ty < 0) {
ty = -ty;
} else if (ty >= img.getHeight()) {
ty = y;
}
pixels[current++] = img.getRGB(tx, ty);
}
}
private static void fillMatrix(int[][] matrix, int[] values) {
int filled = 0;
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
int[] x = matrix[i];
for (int j = 0; j < x.length; j++) {
x[j] = values[filled++];
}
}
}
private static int avgMatrix(int[][] matrix) {
int r = 0;
int g = 0;
int b = 0;
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
int[] x = matrix[i];
for (int j = 0; j < x.length; j++) {
if (j == 1) {
continue;
}
Color c = new Color(x[j]);
r += c.getRed();
g += c.getGreen();
b += c.getBlue();
}
}
return new Color(r / 8, g / 8, b / 8).getRGB();
}
}
控制层代码及校验实现
private static final String IMG_PATH = "/image";
private static final String TEMP_IMG_PATH = "/templateImg/template.png";
private static final Long IMG_CACHE_EX_TIME = 120L;
/**
* @param @return 参数说明
* @return BaseRestResult 返回类型
* @Description: 生成滑块拼图验证码
*/
@RequestMapping(value = "/getImageVerifyCode.do", method = RequestMethod.GET, produces = {"application/json;charset=UTF-8"})
public BaseRestResult getImageVerifyCode() throws Exception {
//读取图库目录
File imgCatalog = new File(getClass().getResource(IMG_PATH).getPath());
File[] files = imgCatalog.listFiles();
int randNum = new Random().nextInt(files.length);
File targetFile = files[randNum];
File tempImgFile = new File(getClass().getResource(TEMP_IMG_PATH).getPath());
//根据模板裁剪图片
Map resultMap = VerifyImageUtil.pictureTemplatesCut(tempImgFile,targetFile);
int xWidth = (int) resultMap.get("xWidth");
//sessionId 为key，value滑动距离X轴，缓存120秒
redisCacheHelper.set(session.getId(),xWidth,IMG_CACHE_EX_TIME);
//移除map的滑动距离，不返回给前端
resultMap.remove("xWidth");
resultMap.put(ApiConstants.ERR_CODE, ApiConstants.SUCCESS_CODE_0);
resultMap.put(ApiConstants.ERR_MSG,ApiConstants.SUCCESS_MSG);
return new BaseRestResult(resultMap);
}
/**
* 校验滑块拼图验证码
*
* @param moveLength 移动距离
* @return BaseRestResult 返回类型
* @Description: 生成图形验证码
*/
@RequestMapping(value = "/verifyImageCode.do", method = RequestMethod.GET, produces = {"application/json;charset=UTF-8"})
public BaseRestResult verifyImageCode(@RequestParam(value = "moveLength") String moveLength) {
Double dMoveLength = Double.valueOf(moveLength);
Map resultMap = new HashMap<>();
try {
Object xWidth = redisCacheHelper.get(session.getId());
if (xWidth == null) {
resultMap.put("errcode", 1);
resultMap.put("errmsg", "验证过期，请重试");
return new BaseRestResult(resultMap);
}
;
if (Math.abs((int) xWidth - dMoveLength) > 10) {
resultMap.put("errcode", 1);
resultMap.put("errmsg", "验证不通过");
} else {
resultMap.put("errcode", 0);
resultMap.put("errmsg", "验证通过");
}
} catch (Exception e) {
throw new EsServiceException(e.getMessage());
} finally {
redisCacheHelper.del("xWidth");
}
return new BaseRestResult(resultMap);
} 前端显示图片
至此，模板实现滑块拼图验证码完整代码已贴上，经测试，生成验证码请求时间78ms还算挺快！