基于图形密码验证的应用研究
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摘 要： 为了保证系统的安全，传统登录系统的方法一般采用用户名和密码进行身份认证，这种方法安全性差且密码容易忘记。本文依据基于识别型和基于记忆型的设计思想，提出图形密码身份认证的方案并加以应用。
传统的身份认证方式是登录用户输入用户名和相应的文本密码，这种文本密码一般由字母和数字组成。但传统身份认证模式存在诸多缺点，如容易被攻击、篡改及容易忘记等问题。安全的密码必须具有很强的随机性，并且经常更换，但这样的密码又不利于记忆，为解决这一安全性和易记忆性的矛盾，特提出基于图形的键盘密码的验证模式。
基于图形的键盘密码是利用人们对图形记忆要优于对文本记忆的特点而设计的一种新型密码。它基于密码的形状和关键笔画数，不管所输入键盘按键的顺序及位置。这项技术的基本思想是在键盘上映射密码作为连接的形状，用户可自由按指定笔画数按下一个特定的键甚至所有的键来增加密码的安全目的。这种形状映射将有助于用户记忆，只要记住每一个关键的形状和笔画数就可使其更安全，之后用户可以按键盘上的任何地方。
一、基于图形密码验证系统的功能描述
任意位置键盘密码是为计算机应用程序的验证提出的技术，它基于密码的形状和关键笔画数，而不管所输入键盘按键的具体字母。这项技术的基本思想是在键盘上映射密码作为连接的形状，用户可以在现有形状的情况下，在某些位置多按几下。以后验证时，只需在键盘的任意位置敲出同样形状，在同样的位置多按几下，即可以登录系统。
技术过程分成两步：第一步，密码生成或注册阶段和密码验证或登录过程如图1所示，显示用户在键盘上输入自己密码的过程：
图1 用户输入相同的 图2 用户输入相同的
图形和敲键次数 图形和敲键次数
第二步，用户只需要在键盘上的任意位置，映射设定的密码形状。系统将自动验证它的正确性。键盘上的任意位置都行，不一定要与设定的密码位置相同。从图2可以看出，我们注册时候设定的密码在一个位置，验证的时候是在另一个位置输入密码。
在分析任意位置键盘密码原理的基础上，系统实现“O”型、“L”型和“Z”型三种任意位置键盘密码算法。用户在注册时可自行选择其中一种。
二、基于图形密码验证系统的算法实现
任意位置键盘密码是基于键盘按键位置的，因此为了避免一些可能的bug，以及一些特殊的按键，对按键键盘区域做出限定。定义数组框定区域，private static String keyboard。用户只能在1～0；Q～P；A～：；Z～/；这一长为10宽为4的长方形区域内。private static boolean checkFirstNode（int unitlength，List nodesList）。由于限定了键盘的按键区域，因此对于输入的第一个数据要进行检测，查看是否超出节点限制。
任意位置键盘密码算法由类MatrixPaswdProcess封装，所有运算均在该类中完成，仅向外提供getMatrixPasswd一个方法。方法原型：Public static MatrixPasswd getMatrixPasswd（String type，int unitlength，String series）该方法的传入参数type和unitlength便是任意位置键盘密码的类型和单位边长，series是用户输入的原始字符串，方法内部会依据流程判断序列是否要求，不符合返回null，如果符合则返回一个封装好的任意位置键盘密码类MatrixPasswd。其属性与数据库中的密码存储字段设计完全对应，以便运用面向对象的模式操作数据库。
MatrixPaswdProcess类中还有一个内部类Node，属性为row，col，letter，表示行、列和字母，用于字符串和任意位置键盘密码转换时，字母在键盘中位置的。在MatrixPaswdProcess中还有一些私有方法，供getMatrixPasswd方法调用，完成对字符串的处理，主要包括：
String getNorepeatString（String oldString，Map letterCntMap）得到相邻无重复的字符串
List getEncodeSerise（String series）得到字符串转为键盘编码的数组
chekMPTYPE_L（int unitlength，List nodeslist）检查是否属于L型
chekMPTYPE_Z（int unitlength，List nodeslist）检查是否属于Z型
chekMPTYPE_O（int unitlength，List nodeslist）检查是否属于O型
分析任意文字键盘密码原理可知，键盘密码与具体按键并无关系，而是记录按键的形状及该形状安键的按键次数。
三、结语
任意图形的密码都是利用人们对图形记忆要优于对文本记忆的特点设计的一种新型密码，与传统文本密码相比，具有使用方便、成本低、保密性高等优点，任意位置键盘密码能够提供比文本密码更强的安全性。而且随着模糊识别和模糊控制技术图形密码方面的应用，传统文本密码被取代将是未来的一大趋势。