网上输入关键词“破解验证码”，会出现1740万个搜索结果。“验证码识别、轻松破解、暴力破解、逻辑漏洞破解、简单破解”等等各类关键词的内容，不一而足，关于“如何用破解某某验证码”的帖子更是多如牛毛。
2017年，绍兴警方成功破获了全国首例利用AI（人工智能）犯罪、侵犯公民个人信息案。犯罪嫌疑人杨某通过运用人工智能机器深度学习技术，可以让程序软件如ALPHAGO一样自主操作识别，有效识别图片验证码，又快又准，很短时间就能识别出上千上万个验证码，而且能够识别出98%以上的验证码，轻松绕过互联网公司设置的验证码安全策略。
验证码作为人机交互界面经常出现的关键要素，是身份核验、防范风险、数据反爬的重要组成部分，广泛应用网站、App上，在注册、登录、交易、交互等各类场景中发挥着巨大作用，具有真人识别、身份核验的功能，在保障账户安全方面也具有重要作用，由此也成为黑灰产攻克破解的重要目标。为了破解验证码，黑灰产利用各种技术和手段快速批量快速破解，以满足批量注册、批量登录、恶意盗取等不法操作的需要。
验证码的运行流程
黑灰产破解验证码的常见方式
黑灰产破解验证码的手段多样化，但主要是机器破解和人工打码两种。
机器破解主要是通过识别图片中的相关验证要素来进行破解，例如识别滑动验证码的缺口，点选验证码中的文字要素和数字要素，其主要技术手段是图像处理，图像二值化，模拟滑动轨迹等相关技术。
第一步，首先制作网络爬虫工具，到各个验证码平台爬取验证码的图片素材。
第二步，生成验证码图片素材的模型库：例如旋转类验证码，生成图片旋转模型库；滑动类验证码，生成图片滑动模型库；拼图类验证码，生成图片拼接模型库等等，以此类推。
第三步，遇到需要破解的验证码，程序迅速识别是哪类验证码：滑动？拼接？点选？旋转？计算等等。
第四步，使用相似度算法，检索此前验证码模型库，并快速定位到相近的图片；
第五步，模拟人类操作，旋转/滑动/选择/计算/拼接图片至目标角度；
第六步，骗过验证码的核验，获得通过凭证。
机器破解的前期爬取图片、建模的的工作量很大，技术门槛高。因此，黑灰产另一种门槛较低的破解方式“人工打码”就应运而生。
第一步，建立或寻找一个任务平台；
第二步，任务发布者（一般是黑灰产），将获取到的验证码信息封装成任务提交到打码平台；
第三步，打码平台作为中间的任务调度者，将发布的任务调度给领取任务的平台用户（专门做验证码验证标注的人）；
第四步，任务领取者，完成验证码的标注，然后将标注结果返回给任务平台；
第五步，任务发布者（黑灰产）模拟人类用户，拿着标注的验证码进行验证；
第六步，骗过验证码的核验，获得通过凭证。
人工打码有一个很明显的缺点是单次请求耗时高，因为其破解的速度效率严重依赖于标注者的破解速度。
人机识别的攻与防
综合来看，黑灰产破解验证码主要是基于验证资源的穷举以及识别，具有自动化攻击、手段多、破解速度快、破解验证码形式多等特点。
第一、自动化攻击。黑灰产使用自动化程序进行验证码破解，这种程序可以模拟人类操作，不断尝试多种可能性，并通过机器学习等技术对验证码进行分析和识别。
第二、攻击手段多。黑灰产使用多种攻击方式，如字典攻击、暴力破解、文本识别、人工智能攻击等，以提高攻击的成功率。
第三、破解速度快。黑灰产使用高速攻击技术，使其得以在短时间内尝试大量的可能性，以达到破解验证码的目的。
第四、破解形式广。黑灰产可以攻击各种类型的验证码，包括文字、数字、图片、语音等多种形式，甚至是复杂的混合验证码。
验证码要做好防守，必须针对黑灰产破解的时效性和高效性特点展开。
1、加快验证码图库更新。高频率的生产图片保证新的验证图片实时更新，从根源上杜绝打码平台拖库。这样就导致黑灰产的标注者，需要源源不断地对新验证图片进行验证，极大增加了黑灰产的识别与破解成本。
2、提升验证要素识别难度。基于深度学习和神经网络，生成一些难以被预测和重复的图片、元素，并在验证过程中加入时间戳或者随机数等动态变化的因素，增加破解的难度，有效抵御机器破解。
3、基于验证环境信息进行防御。在验证码的验证环节采集有辨识度的环境信息，配置规则和策略来，筛选出可能是黑灰产的请求进行二次验证或拦截。例如，判断完成验证时的验证环境信息和token上报时的验证环境信息是否一致，对多次恶意攻击的IP地址进行拦截，限制验证码输入的次数等。
AIGC加持，给验证码带来革命性变化
AIGC，全名“AI generated content”，又称生成式AI，意为人工智能生成内容，具有文本续写，文字转图像、数字主持人等应用。其原理是利用人工智能技术中的自然语言处理、机器学习、深度学习等技术，对大量的语言数据进行分析、学习和模拟，从而实现对自然语言的理解和生成。AIGC起源于20世纪90年代，直到2022年OpenAI推出ChatGPT3.5后，才被广为所知。
AIGC技术给验证码的研发和应用带来了很多新的价值，不仅提升用户体验，带来新的验证方式，更增强验证码的安全性，当然也给验证安全带来新的安全挑战。
1、无限生产验证图片。通过AIGC能够文本描述快速生成对应图像，减少时间成本和工作量。无限量的图像素材，使得基于遍历图库的破解方式失效，大大增强验证码的破解难度。而且AIGC能够根据企业业务场景，生成个性化定制验证码图片。在拼图、旋转、滑动等验证方式下，如果黑灰产不知道验证图片，就无法完成破解。
2、创造新型验证方式。利用AIGC，可以优化已有的验证方式，甚至创造出一些对用户友好、但机器识别难度较高的新型验证码。比如，常见的滑块验证码，由于为了保证有足够识别度，目标缺口的像素与周围的像素需要有一些差异，因而往往非常容易识别，进而轻易判断出滑块的目标位置，因而安全性并不高。利用AIGC，可以设计出没有缺口的滑块验证码，要判断出目标位置需要理解图像的语义，由此增加黑灰产的破解难度。
传统的带有缺口的验证码图片
AIGC生成的无缺口的验证码图片
再比如，谷歌的reCAPTCHA，实际上可以视为一个目标检测的问题，对于机器视觉来说并不困难。但若改为给定一句文字描述，“找出九宫格中符合该描述的图片”，就可以将目标检测升级为语义匹配，对于机器而言，难度提升了多个数量级。
图片谷歌的reCAPTCHA示例：点选包含道路的图片
图片AIGC生成的图文语义匹配验证码图片
3、增加黑灰产破解成本。基于AIGC技术生产图片或文字相对容易，但要匹配文字和图片是相对困难的。AIGC规模化的生成海量图片有一定随机性且不可逆，黑灰产要破解验证码，就需要理解图像的语义，这就需要使用到大语言模型和超大算力，成本非常高，而且大语言模型并不能开箱即用，需要二次配置定义，大部分的黑灰产并不具备利用大模型做破解模型的能力。
4、良好改善用户体验。基于AIGC生成的图像具有高度的精准度，进一步提升验证码的用户体验。例如，空间语义验证方式中，基于AIGC生成的图片3D效果更为逼真，更便于用户识别空间信息。同时，也会让验证码提供商摒弃艺术字、数字字母变体等影响用户体验的验证方式，在不影响用户体验的同时，增加机器识别的难度。
AIGC生成3D效果图示例
AIGC生成3D效果图示例
5、推动企业提升验证码的安全对抗性。此外，黑产也可以利用AIGC增强破解能力。基于AIGC，黑灰产不再需要采集验证码厂商的图库并打标，就能训练模型识别各种艺术字。具体来说，黑灰产可以利用AIGC自动生成大量汉字对应的各种样式的艺术字，作为数据集训练模型，使该模型能够非常鲁棒地识别任何风格的艺术字。也许在不久的将来，艺术字验证码这种验证方式将完全失效。由此，进一步推动验证码企业提升验证方式的安全性和对抗性。
为防范黑灰产，顶象构建了专属AIGC平台
顶象构建了一个基于Stable Diffusion模型专属AGIC平台，由百余个GPU的小型计算集群组成。该模型基于Latent Diffusion Models（潜在扩散模型，LDMs）的文图生成（text-to-image），根据文本描述，自动快速海量地生成相应图片。
具体来说，Stable Diffusion模型使用LDMs来从文本描述中提取相应的语义信息，然后将其投入到扩散过程中，由此产生随机的潜在向量，这些向量接着通过逆变换网络（inverse transformation network）转换为图像。扩散过程基于连续时间的马尔可夫链（Markov chain），采用随机漫步的方式进行迭代，并且每一次迭代都会增加一定的噪声。噪声的引入能够使得生成的图像具有更多的随机性和多样性，增加模型的创造力。同时，该模型还使用了自适应步长的方法，以在较短的时间内快速生成高分辨率的图像。
图片Stable Diffusion模型应用原理
Stable Diffusion良好解决时间成本和经济成本问题。如果要生成一张1024*1024尺寸的图像，Latent Diffusion通过在一个潜在表示空间（Latent Space）中迭代“去噪”，然后将表示结果解码为完整的图像，让文图生成能够在消费级GPU上以10秒级别的时间生成图片，大大降低了业务落地门槛。
AGIC+无感验证，让安全与体验兼得
顶象无感验证集成的就是Stable Diffusion文本到图像生成开源模型。作为首个使用AIGC技术的业务安全产品，顶象无感验证在五个方面有显著提升。
1、风险拦截率提升19%。使用静态图库作为验证码图片时，图库更新一周以后，爬虫的拦截防御能力会出现明显的效果衰减，一个月左右，恶意爬虫通过率会达到20%。使用AIGC生成图片后，爬虫通过验证通过率立即下降至0.8%以下，且长时间维持在1%以内。相比之前静态图库的情况下，AIGC大幅提高了验证难度和防御能力。
使用静态图库时，恶意爬虫的通过率
使用AIGC图库时，恶意爬虫的通过率
2、管理员配置效率提升50%。原先使用静态图片时，需要管理人员进行手动调整配置的图集、图标库等要素，现在AIGC自动生成的图集直接减少多个配置环节，效率提升50%。
图片AIGC可自动生成
3、用户辨识度提升70%。在我们组织的AIGC和静态图片的对比实验中，85%的参与者认为使用AIGC生成的主题图片更加生动和丰富；在与视觉设计师调查中，92%的人表示喜欢使用AIGC生成的图片；在我们的另外一个对比实验中，100名非深度验证码使用者，观看使用AIGC生成的主题图片和使用传统3D模型生成的静态主题图片，结果显示，AIGC生成的主题图片辨识度提升了70%。
85%人认为AIGC图片更加生动和丰富
92%的人喜欢使用AIGC生成的图片
4、黑灰产破解成本增加10倍。使用静态图库时，因为验证码图集有限，攻击者只需定期爬取主题图片，然后针对性地打标训练新的识别模型，就可快速破解。AIGC技术能够生成海量图片，且有一定随机性且不可逆，使攻击者打标训练成本可增加10倍以上，大幅增加机器破解的难度。
6、图片的生产数量提升8640倍。使用静态图库时，验证码企业需要一个月更新一次图库，每次更新图片几百到几千张，平均每天只能设计几十张图。使用AIGC后，以单个GPU计算机为例，利用AIGC技术20秒就可以生成一张图片。使用100个GPU的小型计算集群，一天就可以生成43万2000张新的图片，一个月可以生成超过1000万张新图片。AIGC的生产能力是人工制图的8640倍。
图片AIGC与人工单日生产图片的数量对比
顶象无感验证集成13种验证方式，多种防控策略，汇集了4380条风险策略、112类风险情报、覆盖24个行业、118种风险类型，防控精准度>99.9%，1天内便可实现从风险到情报的转化，行业风险感知能力实力加强，同时支持安全用户无感通过，实时对抗处置能力更是缩减至60s内。帮助企业在登录、注册、支付等场景中实现快速验证身份，大大提高了服务体验的便捷性和效率。
后续，AIGC能力将集成到顶象防御云各个模块，应用到各个行业和场景中。作为国内首个使用AIGC的业务安全企业，顶象展示了AIGC技术在业务安全领域的广泛应用和巨大潜力，促进整个行业的技术创新和发展。通过AIGC技术在验证码等业务安全产品上的落地，顶象将为客户提供更加安全和可靠的服务，将帮助企业更好地抵御各类风险与威胁，助力业务健康发展。
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