实现动态验证码的思路

示例

背景

验证码主要是防止机器暴力破解。之前的验证码都是以静态为主，现在一些产品开始使用动态方式，增加破解的难度。动态方式以 gif 最为简单可靠。gif 兼容性好，尺寸小。这里分享的就是一种：用 JS 实现 gif 动态验证码的思路。感谢关注。

任务分解

绘制旋转的文字
计算每个字符出现位置和角度
生成 gif 图片

逐步求精

如何绘制旋转的文字？

了解能用的 API

context.rotate(angle) 使当前坐标系旋转 angle，单位弧度
context.translate(x, y) 使当前坐标系偏移 x, y，单位像素
context.font 设置字体
context.strokeText(text, x, y [, maxWidth ]) 给文本描边
context.fillText(text, x, y [, maxWidth ]) 给文本填充

怎么以文字的中心位置旋转？

void function() {// ...var x = 100;var y = 100;var angle = 1 / 8 * Math.PI;context.translate(x, y);context.rotate(angle);context.strokeText('A', 0, 0);// ...
}()

以文字的左下角为圆心旋转，不符合预期，见下图效果

本打算做一下偏移的计算，一想到要计算文本中心位置貌似还挺复杂。还是看看其他人怎么做的，通过关键词 canvas rotate text center 找到一点线索。

context.save();
context.translate(newx, newy);
context.rotate(-Math.PI / 2);
context.textAlign = "center";
context.fillText("Your Label Here", labelXposition, 0);
context.restore();

textAlign 是横向对齐，再根据标准找到了一个纵向对齐 textBaseline

void function() {// ...context.textAlign = 'center'; // <<<<<<< insertcontext.textBaseline = 'middle'; // <<<<<<< insertvar x = 100;var y = 100;var angle = 1 / 8 * Math.PI;context.translate(x, y);context.rotate(angle);context.strokeText('A', 0, 0);// ...
}()

修改以后，效果符合预期，见下图：

按我的习惯就这种 “常用” 功能就封装成独立函数，方便以后使用。

/*** 绘制旋转的文字* @param {CanvasRenderingContext2D} context 上下文* @param {String} text 文本* @param {Number} x 中心坐标 x* @param {Number} y 中心坐标 y* @param {Number} angle 角度，单位弧度*/
function rotateText(context, text, x, y, angle) {if (!context) {return;}context.save(); // 保存上次的风格设置context.textAlign = 'center'; // 横向居中context.textBaseline = 'middle'; // 纵向居中context.translate(x, y); // 修改坐标系原点context.rotate(angle); // 旋转context.strokeText(text, 0, 0); // 绘制文本context.restore(); // 恢复上次的风格设置
}

如何计算每个字符出现位置和角度？

背景文字左右平移 + 旋转，生成随机的字符串计算中心坐标就好了

前景文字基本相似，只要上下来回移动和稍微摇摆，这里用的 cos 曲线控制摇摆。

如何生成 gif 图片

生成 gif 有第三方库可以使用 gifjs。这里要注意的是，gifjs 用到 worker 技术，所以得在 http:// 环境里调试，不能用 file:// 环境

注意：由于添加的是同一个 canvas 对象，所以的是使用 copy 模式，将图像数据保留给每一帧。

gif.addFrame(canvasTemp, { delay: 100, copy: true });

完整代码

线上演示
代码地址

<!doctype html>
<html>
<head><meta charset="utf-8" /><style>
canvas {border: black 1px solid;
}</style><script src="../library/gif.js"></script>
</head>
<body><div>Key: <input type="text" maxlength="8" /> <input type="button" value="build" /></div><canvas width="300" height="70"></canvas><img width="300" height="70" /><a download="captcha.gif">download...</a><script>/*** 绘制旋转的文字* @param {CanvasRenderingContext2D} context 上下文* @param {String} text 文本* @param {Number} x 中心坐标 x* @param {Number} y 中心坐标 y* @param {Number} angle 角度，单位弧度*/
function rotateText(context, text, x, y, angle) {if (!context) {return;}context.save(); // 保存上次的风格设置context.textAlign = 'center'; // 横向居中context.textBaseline = 'middle'; // 纵向居中context.translate(x, y); // 修改坐标系原点context.rotate(angle); // 旋转context.strokeText(text, 0, 0); // 绘制文本context.restore(); // 恢复上次的风格设置
}/*** 随机字符串* @param{String} chars 字符串* @param{Number} len 长度*/
function randomText(chars, len) {var result = '';for (var i = 0; i < len; i++) {result += chars.charAt(parseInt(chars.length * Math.random()));}return result;
}void function() {// @see http://www.w3.org/TR/2dcontext/var canvas = document.querySelector('canvas');var context = canvas.getContext('2d');context.font = '30px Verdana'; // 字体大小和字体名var lineHeight = 15; // 行高var backLength = 3;var backTexts = {};var backXOffsets = {};var keyYOffsets = {};var keyAOffsets = {};var backSpeed = 10000 + parseInt(100 * Math.random());var keySpeed = 12000 + parseInt(100 * Math.random());var key = '';function init(value) {key = String(value).toUpperCase();// 随机备件for (var i = 0; i < canvas.height / lineHeight; i++) {backTexts[i] = randomText('ABCDEFGHIJKLMNOPQRST0123456789', backLength);backXOffsets[i] = Math.random() * canvas.width;}for (var i = 0; i < key.length; i++) {keyYOffsets[i] = Math.random() * lineHeight / 2;keyAOffsets[i] = 0.05 - Math.random() * 0.1;}}function renderBack(now, context, text, y, xOffset) {var tick = now % backSpeed;for (var i = 0; i < backLength; i++) {var t = (xOffset + (tick / backSpeed) * canvas.width + (canvas.width / backLength) * i) % canvas.width;rotateText(context, text[i], t, y,i / backLength * Math.PI * 2 + (tick / backSpeed) * Math.PI * 2);}}function render(now, context) {context.fillStyle = '#FFFFFF';context.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);context.fillStyle = '#000000';// 绘制背景文字for (var i = 0; i < canvas.height / lineHeight; i++) {renderBack(now, context, backTexts[i], lineHeight * i, backXOffsets[i]);}// 绘制 keyvar tick = now % keySpeed;var keyCharWidth = canvas.width / key.length;for (var i = 0; i < key.length; i++) {var tx = keyCharWidth + (((canvas.width - keyCharWidth) / key.length) * i) % canvas.width;var ty = Math.cos(now / 1000) * Math.PI * keyYOffsets[i];rotateText(context, key[i], tx,canvas.height / 2 - ty, Math.cos(now / 1000) * Math.PI * 0.1 + keyAOffsets[i]);}}init('zswang');setInterval(function() {render(Number(new Date), context);}, 100);document.querySelector('input[type=text]').addEventListener('input', function() {init(this.value);});document.querySelector('input[type=button]').addEventListener('click', function() {var self = this;self.disabled = true;var gif = new GIF({repeat: 0,workers: 2,quality: 10,workerScript: '../library/gif.worker.js'});// 生成 gif 图片var canvasTemp = document.createElement('canvas');canvasTemp.width = canvas.width;canvasTemp.height = canvas.height;var context = canvasTemp.getContext('2d');context.font = '30px Verdana'; // 字体大小和字体名context.textAlign = 'center';for (var i = 0; i < 5000; i += 100) {render(i, context);gif.addFrame(canvasTemp, { delay: 100, copy: true });}gif.on('finished', function(blob) {var url = URL.createObjectURL(blob);document.querySelector('img').src = url;document.querySelector('a').href = url;self.disabled = false;});gif.render();});
}();</script>
</body>
</html>

后记

功能比较简单，也写得比较简单，仅供参考。如果要应用到实战，还有很多细节要考虑

gif 创建的过程必然得放到后端完成，否则兼容性、性能、安全性都是问题（这块和传统的验证过程并无区别）。
缓存（背景效果可以重复利用一段时间）。
图片大小需要优化，目前是 200K（通过调整帧率和压缩比）。
提供方便的调用接口（模块化）。

参考资料

HTML Canvas 2D Context
JavaScript GIF encoding library
Drawing rotated text on a HTML5 canvas

作者：zswang (http://weibo.com/zswang) - 站在巨人的肩上也要成为巨人的一部分