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用C#生成隨機中文漢字驗證碼的基本原理

編輯:.NET實例教程

前幾天去申請免費QQ號碼,突然發現申請表單中的驗證碼內容換成了中文,這叫真叫我大跌眼鏡感到好笑,Moper上的貓兒們都大罵騰訊采用中文驗證碼。^_^
我不得不佩服騰訊為了防止目前網絡上橫行的QQ號碼自動注冊機而采取中文驗證碼的手段。仔細想了想感覺用程序生成隨機的中文驗證碼並不是很難,下面就來介紹一下使用C#生成隨機的中文漢字的原理。


1、漢字編碼原理
到底怎麼辦到隨機生成漢字的呢?漢字從哪裡來的呢?是不是有個後台數據表,其中存放了所需要的所有漢字,使用程序隨機取出幾個漢字組合就行了呢?使用後台數據庫先將所有漢字存起來使用時隨機取出,這也是一種辦法,但是中文漢字有這麼多,怎麼來制作呢?其實可以不使用任何後台數據庫,使用程序就能做到這一切。要知道如何生成漢字,就得先了解中文漢字的編碼原理。
1980年,為了使每一個漢字有一個全國統一的代碼,我國頒布了第一個漢字編碼的國家標准: GB2312-80《信息交換用漢字編碼字符集》基本集,簡稱GB2312,這個字符集是我國中文信息處理技術的發展基礎,也是國內所有漢字系統的統一標准。到了後來又公布了國家標准GB18030-2000《信息交換用漢字編碼字符集基本集的擴充》,簡稱GB18030,編程時如果涉及到編碼和本地化的朋友應該對GB18030很熟悉。這是是我國繼GB2312-1980和GB13000-1993之後最重要的漢字編碼標准,同時也是未來我國計算機系統必須遵循的基礎性標准之一。
目前在中文Windows操作系統中,.Net編程中默認的的代碼頁就是GB18030簡體中文。但是事實上如果生成中文漢字驗證碼只須要使用GB2312字符集就已經足夠了。字符集中除了我們平時大家都認識的漢字外,也包含了很多我們不認識平時也很少見到的漢字。如果生成中文漢字驗證碼中有很多我們不認識的漢字讓我們輸入,對於使用拼音輸入法的朋友來說可不是好事,五筆使用者還能勉強根據漢字的長相打出來,呵呵!所以對於GB2312字符集中的漢字我們也不是全都要用。
中文漢字字符可以使用區位碼來表示,見

漢字區位碼表            http://navicy2005.home4u.china.com/resource/gb2312tbl.htm
漢字區位碼代碼表    http://navicy2005.home4u.china.com/resource/gb2312tbm.htm

其實這兩個表是同一回事,只不過一個使用十六進制分區表示,一個使用區位所在的數字位置表示。 例如“好”字的十六進制區位碼是ba c3,前兩位是區域,後兩位代表位置,ba處在第26區,“好”處在此區漢字的第35位也就是c3位置,所以數字代碼就是2635。這就是GB2312漢字區位原理。根據《漢字區位碼表 》我們可以發現第15區也就是AF區以前都沒有漢字,只有少量符號,漢字都從第16區B0開始,這就是為什麼GB2312字符集都是從16區開始的。

2、.Net程序處理漢字編碼原理分析
在.Net中可以使用System.Text來處理所有語言的編碼。在System.Text命名空間中包含眾多編碼的類,可供進行操作及轉換。其中的Encoding類就是重點處理漢字編碼的類。通過在.Net文檔中查詢Encoding類的方法我們可以發現所有和文字編碼有關的都是字節數組,其中有兩個很好用的方法:

Encoding.GetBytes ()方法將指定的 String 或字符數組的全部或部分內容編碼為字節數組
Encoding.GetString ()方法將指定字節數組解碼為字符串。


沒錯我們可以通過這兩個方法將漢字字符編碼為字節數組,同樣知道了漢字GB2312的字節數組編碼也就可以將字節數組解碼為漢字字符。通過對“好”字進行編碼為字節數組後

Encoding gb=System.Text.Encoding.GetEncoding("gb2312");
object[] bytes=gb.Encoding.GetBytes ("好");


發現得到了一個長度為2的字節數組bytes,使用

string lowCode = System.Convert.ToString(bytes[0], 16); //取出元素1編碼內容(兩位16進制)
string hightCode = System.Convert.ToString(bytes[1], 16);//取出元素2編碼內容(兩位16進制)


之後發現字節數組bytes16進制變碼後內容竟然是{ba,c3},剛好是“好”字的十六進制區位碼(見區位碼表)。
因此我們就可以隨機生成一個長度為2的十六進制字節數組,使用GetString ()方法對其進行解碼就可以得到漢字字符了。不過對於生成中文漢字驗證碼來說,因為第15區也就是AF區以前都沒有漢字,只有少量符號,漢字都從第16區B0開始,並且從區位D7開始以後的漢字都是和很難見到的繁雜漢字,所以這些都要排出掉。所以隨機生成的漢字十六進制區位碼第1位范圍在B、C、D之間,如果第1位是D的話,第2位區位碼就不能是7以後的十六進制數。在來看看區位碼表發現每區的第一個位置和最後一個位置都是空的,沒有漢字,因此隨機生成的區位碼第3位如果是A的話,第4位就不能是0;第3位如果是F的話,第4位就不能是F。
好了,知道了原理,隨機生成中文漢字的程序也就出來了,以下就是生成4個隨機漢字的C#控制台代碼:


3、程序代碼:

using System;
using System.Text;

namespace ConsoleApplication
    class ChineseCode
  {
        public static void Main()
        {
            //獲取GB2312編碼頁(表)
            Encoding gb=Encoding.GetEncoding("gb2312");
            //調用函數產生4個隨機中文漢字編碼
            object[] bytes=CreateRegionCode(4); 

            //根據漢字編碼的字節數組解碼出中文漢字
            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[])));

            //輸出的控制台
          Console.WriteLine(str1 + str2 +str3 +str4);
      }


        /**//*
        此函數在漢字編碼范圍內隨機創建含兩個元素的十六進制字節數組,每個字節數組代表一個漢字,並將
        四個字節數組存儲在object數組中。
        參數:strlength,代表需要產生的漢字個數
        */
     &nb  public static object[] CreateRegionCode(int strlength)
        {
            //定義一個字符串數組儲存漢字編碼的組成元素
            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();
        
            //定義一個object數組用來
            object[] bytes=new object[strlength]; 
            /**//*每循環一次產生一個含兩個元素的十六進制字節數組,並將其放入bject數組中
             每個漢字有四個區位碼組成
             區位碼第1位和區位碼第2位作為字節數組第一個元素
             區位碼第3位和區位碼第4位作為字節數組第二個元素
            */
            for(int i=0;i<strlength;i++)
            

{
                //區位碼第1位
                int r1=rnd.Next(11,14);
                string str_r1=rBase[r1].Trim();

                //區位碼第2位
                rnd=new Random(r1*unchecked((int)DateTime.Now.Ticks)+i);//更換隨機數發生器的

種子避免產生重復值

                int r2;
                if (r1==13)
                {
                    r2=rnd.Next(0,7);
               }
                else
    &nbsp;          

 {
                    r2=rnd.Next(0,16);
                }
                string str_r2=rBase[r2].Trim();

                //區位碼第3位
                rnd=new Random(r2*unchecked((int)DateTime.Now.Ticks)+i);
                int r3=rnd.Next(10,16);
                string str_r3=rBase[r3].Trim();

                //區位碼第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();

                //定義兩個字節變量存儲產生的隨機漢字區位碼
                byte byte1=Convert.ToByte(str_r1 + str_r2,16);
                byte byte2=Convert.ToByte(str_r3 + str_r4,16);
          &n   //將兩個字節變量存儲在字節數組中
                byte[] str_r=new byte
                //將產生的一個漢字的字節數組放入object數組中
                bytes.SetValue(str_r,i);
                
            }

            return bytes;

            }
  }

}


實現了隨機生成漢字後,就可以使用.Net GDI來繪制自己需要的驗證碼圖形了。具體的怎樣生成驗證碼圖片,以及改變其中字符的長和寬等效果網上已經有很多相關的文章,這裡由於篇幅就不再介紹了。不過有一點要說明的是以上代碼在中文版的Windows下才能運行,因為它帶有GB的字符集,如果你是其他語言的操作系統,就需要安裝GB字符集了。

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