在Python web中實現驗證碼圖片

• 系統版本： CentOS 7.4
• Python版本： Python 3.6.1

  在現在的WEB中，為了防止爬蟲類程序提交表單，圖片驗證碼是最常見也是最簡單的應對方法之一。

1.驗證碼圖片的生成

  在python中，圖片驗證碼一般用PIL或者Pillow庫實現，下面就是利用Pillow生成圖片驗證碼的代碼：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*- 
# @Author : Yang
# @Time   : 2017/11/06 1:04 

import random
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont, ImageFilter

_letter_cases = "abcdefghjkmnpqrstuvwxy"  # 小寫字母，去除可能干擾的i，l，o，z
_upper_cases = _letter_cases.upper()  # 大寫字母
_numbers = ''.join(map(str, range(10)))  # 數字
init_chars = ''.join((_letter_cases, _upper_cases, _numbers))


def create_validate_code(size=(120, 30),
                         chars=init_chars,
                         img_type="GIF",
                         mode="RGB",
                         bg_color=(230, 230, 230),
                         fg_color=(18, 18, 18),
                         font_size=20,
                         font_type=‘/usr/share/fonts/dejavu/DejaVuSans-Bold.ttf’,
                         length=4,
                         draw_lines=True,
                         n_line=(1, 2),
                         draw_points=True,
                         point_chance=1):
    '''
    @todo: 生成驗證碼圖片
    @param size: 圖片的大小，格式（寬，高），默認為(120, 30)
    @param chars: 允許的字符集合，格式字符串
    @param img_type: 圖片保存的格式，默認為GIF，可選的為GIF，JPEG，TIFF，PNG
    @param mode: 圖片模式，默認為RGB
    @param bg_color: 背景顏色，默認為白色
    @param fg_color: 前景色，驗證碼字符顏色，默認為藍色#0000FF
    @param font_size: 驗證碼字體大小
    @param font_type: 驗證碼字體的詳細路徑，默認為 ae_AlArabiya.ttf
    @param length: 驗證碼字符個數
    @param draw_lines: 是否划干擾線
    @param n_lines: 干擾線的條數范圍，格式元組，默認為(1, 2)，只有draw_lines為True時有效
    @param draw_points: 是否畫干擾點
    @param point_chance: 干擾點出現的概率，大小范圍[0, 100]
    @return: [0]: PIL Image實例
    @return: [1]: 驗證碼圖片中的字符串
    '''

    width, height = size  # 寬， 高
    img = Image.new(mode, size, bg_color)  # 創建圖形
    draw = ImageDraw.Draw(img)  # 創建畫筆

    def get_chars():
        '''生成給定長度的字符串，返回列表格式'''
        return random.sample(chars, length)

    def create_lines():
        '''繪制干擾線'''
        line_num = random.randint(*n_line)  # 干擾線條數

        for i in range(line_num):
            # 起始點
            begin = (random.randint(0, size[0]), random.randint(0, size[1]))
            # 結束點
            end = (random.randint(0, size[0]), random.randint(0, size[1]))
            draw.line([begin, end], fill=(0, 0, 0))

    def create_points():
        '''繪制干擾點'''
        chance = min(100, max(0, int(point_chance)))  # 大小限制在[0, 100]

        for w in range(width):
            for h in range(height):
                tmp = random.randint(0, 100)
                if tmp > 100 - chance:
                    draw.point((w, h), fill=(0, 0, 0))

    def create_strs():
        '''繪制驗證碼字符'''
        c_chars = get_chars()
        strs = ' %s ' % ' '.join(c_chars)  # 每個字符前后以空格隔開

        font = ImageFont.truetype(font_type, font_size)
        font_width, font_height = font.getsize(strs)

        draw.text(((width - font_width) / 3, (height - font_height) / 3),
                  strs, font=font, fill=fg_color)

        return ''.join(c_chars)

    if draw_lines:
        create_lines()
    if draw_points:
        create_points()
    strs = create_strs()

    # 圖形扭曲參數
    params = [1 - float(random.randint(1, 2)) / 100,
              0,
              0,
              0,
              1 - float(random.randint(1, 10)) / 100,
              float(random.randint(1, 2)) / 500,
              0.001,
              float(random.randint(1, 2)) / 500
              ]
    img = img.transform(size, Image.PERSPECTIVE, params)  # 創建扭曲

    img = img.filter(ImageFilter.EDGE_ENHANCE_MORE)  # 濾鏡，邊界加強（閾值更大）
    return img, strs


if __name__ == '__main__':
    img, str = create_validate_code()
    img.save('./test.gif', 'gif')

  最后的結果會返回一個元組，第一個返回值為一個Image類的實例，第二個返回值為驗證碼圖片中的字符串，可以用於比對驗證碼是否正確。
生成的驗證碼圖片效果：

  但是需要注意一點，以上代碼需要依賴於系統字體，如果 font_type設置不正確，就會拋出 OSError 異常。

   對於CenOS系統，字體文件一般在 /usr/share/fonts/dejavu/ 下， 如CentOS 7.4:

   從中隨意選取一個即可。windows 下同理，只需將 font_type 設置成正確的字體路徑即可， 如 font_type=r"C:\Windows\Fonts\Arial.ttf"

2.如何在網頁中顯示驗證碼

  在上述代碼中，驗證碼都是以文件的方式保存。如果要在web中使用驗證碼，不可能每次都先生成驗證碼圖片，先保存到磁盤，再返回給前端 web。這樣會增加磁盤的開銷，另外頻繁產生的驗證碼也會占用大量的磁盤空間。這時，可以使用 BytesIO 模塊，使驗證碼圖片的讀寫直接在內存中進行，並直接返回給前端。同時將正確驗證碼字符串存在session中，當用戶提交表單時，就可以和session中的正確字符串作比較了。

  以Flask為例，以下為在Flask中使用驗證碼的完整 Demo:

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*- 
# @Author : Yang
# @Time   : 2017/11/08 15:35 


import random
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont, ImageFilter
from io import BytesIO
from flask import Flask, session, request

_letter_cases = "abcdefghjkmnpqrstuvwxy"  # 小寫字母，去除可能干擾的i，l，o，z
_upper_cases = _letter_cases.upper()  # 大寫字母
_numbers = ''.join(map(str, range(10)))  # 數字
init_chars = ''.join((_letter_cases, _upper_cases, _numbers))


def create_validate_code(size=(120, 30),
                         chars=init_chars,
                         img_type="GIF",
                         mode="RGB",
                         bg_color=(230, 230, 230),
                         fg_color=(18, 18, 18),
                         font_size=20,
                         font_type='/usr/share/fonts/dejavu/DejaVuSans-Bold.ttf',
                         length=4,
                         draw_lines=True,
                         n_line=(1, 2),
                         draw_points=True,
                         point_chance=1):
    '''
    @todo: 生成驗證碼圖片
    @param size: 圖片的大小，格式（寬，高），默認為(120, 30)
    @param chars: 允許的字符集合，格式字符串
    @param img_type: 圖片保存的格式，默認為GIF，可選的為GIF，JPEG，TIFF，PNG
    @param mode: 圖片模式，默認為RGB
    @param bg_color: 背景顏色，默認為白色
    @param fg_color: 前景色，驗證碼字符顏色，默認為藍色#0000FF
    @param font_size: 驗證碼字體大小
    @param font_type: 驗證碼字體的詳細路徑，默認為 ae_AlArabiya.ttf
    @param length: 驗證碼字符個數
    @param draw_lines: 是否划干擾線
    @param n_lines: 干擾線的條數范圍，格式元組，默認為(1, 2)，只有draw_lines為True時有效
    @param draw_points: 是否畫干擾點
    @param point_chance: 干擾點出現的概率，大小范圍[0, 100]
    @return: [0]: PIL Image實例
    @return: [1]: 驗證碼圖片中的字符串
    '''

    width, height = size  # 寬， 高
    img = Image.new(mode, size, bg_color)  # 創建圖形
    draw = ImageDraw.Draw(img)  # 創建畫筆

    def get_chars():
        '''生成給定長度的字符串，返回列表格式'''
        return random.sample(chars, length)

    def create_lines():
        '''繪制干擾線'''
        line_num = random.randint(*n_line)  # 干擾線條數

        for i in range(line_num):
            # 起始點
            begin = (random.randint(0, size[0]), random.randint(0, size[1]))
            # 結束點
            end = (random.randint(0, size[0]), random.randint(0, size[1]))
            draw.line([begin, end], fill=(0, 0, 0))

    def create_points():
        '''繪制干擾點'''
        chance = min(100, max(0, int(point_chance)))  # 大小限制在[0, 100]

        for w in range(width):
            for h in range(height):
                tmp = random.randint(0, 100)
                if tmp > 100 - chance:
                    draw.point((w, h), fill=(0, 0, 0))

    def create_strs():
        '''繪制驗證碼字符'''
        c_chars = get_chars()
        strs = ' %s ' % ' '.join(c_chars)  # 每個字符前后以空格隔開

        font = ImageFont.truetype(font_type, font_size)
        font_width, font_height = font.getsize(strs)

        draw.text(((width - font_width) / 3, (height - font_height) / 3),
                  strs, font=font, fill=fg_color)

        return ''.join(c_chars)

    if draw_lines:
        create_lines()
    if draw_points:
        create_points()
    strs = create_strs()

    # 圖形扭曲參數
    params = [1 - float(random.randint(1, 2)) / 100,
              0,
              0,
              0,
              1 - float(random.randint(1, 10)) / 100,
              float(random.randint(1, 2)) / 500,
              0.001,
              float(random.randint(1, 2)) / 500
              ]
    img = img.transform(size, Image.PERSPECTIVE, params)  # 創建扭曲
    img = img.filter(ImageFilter.EDGE_ENHANCE_MORE)  # 濾鏡，邊界加強（閾值更大）
    return img, strs


app = Flask(__name__)
app.config.update(
    DEBUG=True,
    SECRET_KEY='...'
)


@app.route('/')
def index():
    return 'test'


@app.route('/code')
def get_code():
    # 把strs發給前端,或者在后台使用session保存
    code_img, strs = create_validate_code()
    buf = BytesIO()
    code_img.save(buf, 'jpeg')

    buf_str = buf.getvalue()
    response = app.make_response(buf_str)
    response.headers['Content-Type'] = 'image/gif'
    session['img'] = strs.upper()
    return response


@app.route("/login", methods=["POST", "GET"])
def login():
    if request.method == 'POST':
        if session.get('img') == request.form.get('img').upper():
            return 'OK'
        return 'Error'

    return """
    <form action="" method="post">
        <p>Name:<input type=text name=username>
        <p>Password:<input type=text name=password>
        <p>CAPTCHA:<input type=text name=img>
        <img id="verficode" src="./code" onclick="this.src='./code?'+Math.random()">        # onclick事件用於每次點擊時獲取一個新的驗證碼
        <p><input type=submit value=Login>
    </form>
    """


if __name__ == "__main__":
    app.run(host="0.0.0.0", port=18888, debug=True)

  最終效果：