用C#生成随机中文汉字验证码的基本原理

  
  
  
  

   
   
   
   
 
    
 
     
前几天去申请免费QQ号码，突然发现申请表单中的验证码内容换成了中文，这叫真叫我大跌眼镜感到好笑，Moper上的猫儿们都大骂腾讯采用中文验证码。^_^ 
我不得不佩服腾讯为了防止目前网络上横行的QQ号码自动注册机而采取中文验证码的手段。仔细想了想感觉用程序生成随机的中文验证码并不是很难，下面就来介绍一下使用C#生成随机的中文汉字的原理。
 
    
 
   
  
  
  
  

  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   
 
    
 
     
1、汉字编码原理 
到底怎么办到随机生成汉字的呢？汉字从哪里来的呢？是不是有个后台数据表，其中存放了所需要的所有汉字，使用程序随机取出几个汉字组合就行了呢？使用后台数据库先将所有汉字存起来使用时随机取出，这也是一种办法，但是中文汉字有这么多，怎么来制作呢？其实可以不使用任何后台数据库，使用程序就能做到这一切。要知道如何生成汉字，就得先了解中文汉字的编码原理。 
1980年，为了使每一个汉字有一个全国统一的代码，我国颁布了第一个汉字编码的国家标准： GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集》基本集，简称GB2312，这个字符集是我国中文信息处理技术的发展基础，也是国内所有汉字系统的统一标准。到了后来又公布了国家标准GB18030-2000《信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充》，简称GB18030，编程时如果涉及到编码和本地化的朋友应该对GB18030很熟悉。这是是我国继GB2312-1980和GB13000-1993之后最重要的汉字编码标准，同时也是未来我国计算机系统必须遵循的基础性标准之一。 
目前在中文WINDOWS操作系统中，.NET编程中默认的的代码页就是GB18030简体中文。但是事实上如果生成中文汉字验证码只须要使用GB2312字符集就已经足够了。字符集中除了我们平时大家都认识的汉字外，也包含了很多我们不认识平时也很少见到的汉字。如果生成中文汉字验证码中有很多我们不认识的汉字让我们输入，对于使用拼音输入法的朋友来说可不是好事，五笔使用者还能勉强根据汉字的长相打出来，呵呵！所以对于GB2312字符集中的汉字我们也不是全都要用。 
中文汉字字符可以使用区位码来表示，见 

汉字区位码表            http://navicy2005.home4u.china.com/resource/gb2312tbl.htm 
汉字区位码代码表    http://navicy2005.home4u.china.com/resource/gb2312tbm.htm 

其实这两个表是同一回事，只不过一个使用十六进制分区表示，一个使用区位所在的数字位置表示。 例如“好”字的十六进制区位码是ba c3，前两位是区域，后两位代表位置，ba处在第26区，“好”处在此区汉字的第35位也就是c3位置，所以数字代码就是2635。这就是GB2312汉字区位原理。根据《汉字区位码表 》我们可以发现第15区也就是AF区以前都没有汉字，只有少量符号，汉字都从第16区B0开始，这就是为什么GB2312字符集都是从16区开始的。 

2、.Net程序处理汉字编码原理分析 
在.Net中可以使用System.Text来处理所有语言的编码。在System.Text命名空间中包含众多编码的类，可供进行操作及转换。其中的Encoding类就是重点处理汉字编码的类。通过在.NET文档中查询Encoding类的方法我们可以发现所有和文字编码有关的都是字节数组，其中有两个很好用的方法： 
 
 
      
 
       
 
         
        Encoding.GetBytes ()方法将指定的 String 或字符数组的全部或部分内容编码为字节数组 
Encoding.GetString ()方法将指定字节数组解码为字符串。 
       
 
      
 

没错我们可以通过这两个方法将汉字字符编码为字节数组，同样知道了汉字GB2312的字节数组编码也就可以将字节数组解码为汉字字符。通过对“好”字进行编码为字节数组后 
 
 
      
 
       
 
         
        Encoding gb 
        = 
        System.Text.Encoding.GetEncoding( 
        " 
        gb2312 
        " 
        ); 
 
        object 
        [] bytes 
        = 
        gb.Encoding.GetBytes ( 
        " 
        好 
        " 
        )； 
       
 
      
 

发现得到了一个长度为2的字节数组bytes，使用 
 
 
      
 
       
 
         
        string 
         lowCode  
        = 
         System.Convert.ToString(bytes[ 
        0 
        ],  
        16 
        );  
        // 
        取出元素1编码内容（两位16进制） 
         
 
        string 
         hightCode  
        = 
         System.Convert.ToString(bytes[ 
        1 
        ],  
        16 
        ); 
        // 
        取出元素2编码内容（两位16进制） 
       
 
      
 

之后发现字节数组bytes16进制变码后内容竟然是{ba,c3}，刚好是“好”字的十六进制区位码（见区位码表）。 
因此我们就可以随机生成一个长度为2的十六进制字节数组，使用GetString ()方法对其进行解码就可以得到汉字字符了。不过对于生成中文汉字验证码来说，因为第15区也就是AF区以前都没有汉字，只有少量符号，汉字都从第16区B0开始，并且从区位D7开始以后的汉字都是和很难见到的繁杂汉字，所以这些都要排出掉。所以随机生成的汉字十六进制区位码第1位范围在B、C、D之间，如果第1位是D的话，第2位区位码就不能是7以后的十六进制数。在来看看区位码表发现每区的第一个位置和最后一个位置都是空的，没有汉字，因此随机生成的区位码第3位如果是A的话，第4位就不能是0；第3位如果是F的话，第4位就不能是F。 
好了，知道了原理，随机生成中文汉字的程序也就出来了，以下就是生成4个随机汉字的C#控制台代码： 

3、程序代码： 
 
 
 
 
 
using System; 
using System.Text; 
 
namespace ConsoleApplication 
{ 
 class ChineseCode 
　　{ 
  public static void Main() 
  { 
   //获取GB2312编码页（表） 
   Encoding gb=Encoding.GetEncoding("gb2312"); 
 
   //调用函数产生4个随机中文汉字编码 
   object[] bytes=CreateRegionCode(4);  
 
   //根据汉字编码的字节数组解码出中文汉字 
   string str1=gb.GetString((byte[])Convert.ChangeType(bytes[0], typeof(byte[]))); 
   string str2=gb.GetString((byte[])Convert.ChangeType(bytes[1], typeof(byte[]))); 
   string str3=gb.GetString((byte[])Convert.ChangeType(bytes[2], typeof(byte[]))); 
   string str4=gb.GetString((byte[])Convert.ChangeType(bytes[3], typeof(byte[]))); 
 
   //输出的控制台 
　　        Console.WriteLine(str1 + str2 +str3 +str4); 
　　    } 
 
 
  /**//* 
        此函数在汉字编码范围内随机创建含两个元素的十六进制字节数组，每个字节数组代表一个汉字，并将 
        四个字节数组存储在object数组中。 
        参数：strlength，代表需要产生的汉字个数 
        */ 
  public static object[] CreateRegionCode(int strlength) 
  { 
   //定义一个字符串数组储存汉字编码的组成元素 
   string[] rBase=new String [16]{"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","a","b","c","d","e","f"}; 
             
   Random rnd=new Random(); 
         
   //定义一个object数组用来 
   object[] bytes=new object[strlength]; 
 
   /**//*每循环一次产生一个含两个元素的十六进制字节数组，并将其放入bject数组中 
             每个汉字有四个区位码组成 
             区位码第1位和区位码第2位作为字节数组第一个元素 
             区位码第3位和区位码第4位作为字节数组第二个元素 
            */ 
   for(int i=0;i<strlength;i++) 
   { 
    //区位码第1位 
    int r1=rnd.Next(11,14); 
    string str_r1=rBase[r1].Trim(); 
 
    //区位码第2位 
    rnd=new Random(r1*unchecked((int)DateTime.Now.Ticks)+i);//更换随机数发生器的种子避免产生重复值 
     int r2; 
    if (r1==13) 
    { 
     r2=rnd.Next(0,7); 
    } 
    else 
    { 
     r2=rnd.Next(0,16); 
    } 
    string str_r2=rBase[r2].Trim(); 
 
    //区位码第3位 
    rnd=new Random(r2*unchecked((int)DateTime.Now.Ticks)+i); 
    int r3=rnd.Next(10,16); 
    string str_r3=rBase[r3].Trim(); 
 
    //区位码第4位 
    rnd=new Random(r3*unchecked((int)DateTime.Now.Ticks)+i); 
    int r4; 
    if (r3==10) 
    { 
     r4=rnd.Next(1,16); 
    } 
    else if (r3==15) 
    { 
     r4=rnd.Next(0,15); 
    } 
    else 
    { 
     r4=rnd.Next(0,16); 
    } 
    string str_r4=rBase[r4].Trim(); 
 
    //定义两个字节变量存储产生的随机汉字区位码 
    byte byte1=Convert.ToByte(str_r1 + str_r2,16); 
    byte byte2=Convert.ToByte(str_r3 + str_r4,16); 
    //将两个字节变量存储在字节数组中 
    byte[] str_r=new byte[]{byte1,byte2}; 
 
    //将产生的一个汉字的字节数组放入object数组中 
    bytes.SetValue(str_r,i); 
                 
   } 
 
   return bytes; 
 
  } 
　　} 
 
} 
实现了随机生成汉字后，就可以使用.NET GDI来绘制自己需要的验证码图形了。具体的怎样生成验证码图片，以及改变其中字符的长和宽等效果网上已经有很多相关的文章，这里由于篇幅就不再介绍了。不过有一点要说明的是以上代码在中文版的Windows下才能运行，因为它带有GB的字符集，如果你是其他语言的操作系统，就需要安装GB字符集了。