文档名：用于文本验证码生成的随机扰动优化网络
摘要：文本验证码具有友好和易于理解的特点,被广泛应用于众多互联网应用的安全防御机制中.传统的文本验证码通过将字符扭曲变形或者增加背景噪声来提高安全性,但随着深度学习技术的发展,其安全性难以为继且过度变形的字符会对人类用户识别带来新的难题.为了解决上述问题,本文提出了一种带有随机化策略的扰动优化框架(PerturbationOptimizationNetworkwithRandomizationforText-basedCAPTCHAsGeneration,PORG),用于生成对人类友好但机器难以破解的文本验证码图像.该框架基于先进的扰动方法设计出扰动生成网络(PerturbationGenerationNetwork,PGN),构建丰富的图像扰动因子并应用随机化策略生成多样化的验证码图像.现有方法所生成的扰动因子容易破坏验证码图像传递的视觉信息,对人类用户的识别造成负面影响,违背了验证码设计的初衷,因此本文提出了一种扰动优化网络(PerturbationOptimizationNetwork,PON)对生成的扰动因子进行优化,通过在图像特征层面上扩展距离并在全局层面上缩小差距,使得所生成的验证码在保持人类友好性的同时有效地对抗攻击者模型.本研究在8个真实世界数据集上进行的大量实验,证明了所提出框架模型的优越性,例如在CNKI数据集上,攻击模型的准确率从90.03%降至0.12%.
Abstract：Text-basedCAPTCHAsarefriendlyandeasytounderstand,whichhavebeenwidelyusedinthesecuritydefensemechanismofmanyInternetapplications.Traditionaltext-basedCAPTCHAsimprovesecuritybydistortingcharactersoraddingbackgroundnoise.Withthedevelopmentofdeeplearning,itssecurityisthreatenedandover-deformedcharacterswillbringnewproblemstohuman.Toaddressthis,thispaperdesignsaperturbationoptimizationframeworkwithrandomizationstrategyfortext-basedCAPTCHAsgeneration(denotedasPORG),whichisfriendlyforhumanbutdifficultformachines.Specifically,theproposedPORGdevisesaperturbationgenerationnetwork(PGN)basedoncurrentadvancedandstableperturbationmethodstoconstructmultipleperturbationfactorsandappliesarandomizationstrategytogeneratediverseperturbedimages.Inparticular,theperturbationfactorsgeneratedbyexistingmethodsdestroythevisualinformationconveyedbytheCAPTCHAimages.Tothisend,aperturbationoptimizationnetwork(PON)isdesignedtocontroltheintroducedperturbationfactorsbyextendingthedistanceatfeature-levelandnarrowingthegapatglobal-level,whichmakesthegeneratedCAPTCHAsremainhuman-friendlywhileeffectivelytreatingtheattackermodel.Extensiveexperimentsconductedoneightreal-worlddatasetsshowtheoutperformanceoftheproposedPORG(e.g.,attackaccuracyisdroppedfrom90.03%to0.12%ontheCNKIdataset).
作者：曾嘉琪 吴焯婷 吴泽楷 杨振国 刘文印Author：ZengJia-qi WuZhuo-ting WuZe-kai YangZhen-guo LiuWen-yin
作者单位：广东工业大学计算机学院,广东广州510006
刊名：广东工业大学学报
Journal：JournalofGuangdongUniversityofTechnology
年，卷(期)：2024, 41(3)
分类号：TP391.2
关键词：文本类验证码 验证码生成 扰动优化 信息安全 图像加密
Keywords：text-basedCAPTCHAs CAPTCHAsgeneration perturbationoptimization informationsecurity imageencryption
机标分类号：TP311O211.6TP273
在线出版日期：2024年6月19日
基金项目：国家自然科学基金，国家自然科学基金，广东省引进创新科研团队计划项目，广东省基础与应用基础研究基金资助项目，广东省科技创新战略专项资金资助项目，广州市科技计划项目用于文本验证码生成的随机扰动优化网络[
期刊论文] 广东工业大学学报--2024, 41(3)曾嘉琪 吴焯婷 吴泽楷 杨振国 刘文印文本验证码具有友好和易于理解的特点,被广泛应用于众多互联网应用的安全防御机制中.传统的文本验证码通过将字符扭曲变形或者增加背景噪声来提高安全性,但随着深度学习技术的发展,其安全性难以为继且过度变形的字符会对...参考文献和引证文献
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