一种图灵测试系统的设计与实现

目录TOC\o"1-3"\h\u18002第1章绪论 1288311研究背景 1203492图灵测试技术的国内外研究现状 139722.1国内研究现状 160742.2国外研究现状 1193693论文结构 26619第2章关键技术介绍 3169501验证码技术 3239362验证码的种类 399852.1纯数字或字母组合字符型验证码 3120512.2简易字符型图片验证码 312902.3加模字符型图片验证码 49422第3章系统可行性和需求分析 5235461可行性分析 5165761.1技术可行性 5190751.2操作可行性 5164271.3经济可行性 5135202需求分析原则 5273203功能性需求 639454非功能性需求 621244.1数据安全 6312814.2运行状态 66790第4章图灵测试系统设计与实现 8298061设计目标与原则 879812系统总体设计 8312273功能模块设计 928434系统实现 1069294.1登录界面 10269774.2验证码框界面 10274644.3验证码框内背景 10104324.4验证码生成界面 1018883第5章绪论 11127111测试原则 11214162测试方法和环境 11290073验证码框内背景 1269844验证码生成测试 1210941结论 1320909参考文献 149379致谢 16摘要随着互联网在中国乃至全球以爆炸式的方式发展，网络生活已经融入了人们的日常和工作生活当中，然而，网络信息安全成为目前面临的主要问题。为了构建一个安全、稳定的网络环境，本文设计与实现了图灵测试系统。本文从系统的研究背景、开发所用的相关技术、系统的具体设计框架和实现过程、系统的整体调试等方面进行说明。主要目的是让读者了解此系统的主要结构、框架，是此系统发挥出应有的作用。文中对图灵测试系统的登录界面、验证码生成界面、验证码框内背景和验证码框进行了详细的设计和优化。对系统的流程、实现图以及相关代码对进行了详细的介绍。在数据库方面，本文采用了Python语言进行系统的开发，能够实现图灵测试系统的各项基本功能。开发的图灵测试系统界面友好、操作简单快捷，满足用户的各方面的需求，对维护网络信息安全具有重要的意义。关键词图灵测试验证码Python第1章绪论1研究背景计算机技术在信息科学领域中高速的发展着，并且随着时间的越来越长，计算机技术也变得越来越成熟，已经被各行各业广泛的使用。其为各个领域都带来了巨大的便捷，融入到这些领域的骨髓中[1-3]。目前，各个行业广泛应用了图灵测试技术，图灵测试指测试者与被测试者在隔开的情况下，通过一些装置向被测试者随意提问，进行多次测试后，如果有超过30%的测试者不能确定出被测试者是人还是机器，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有人类智能[4-6]。图灵测试发展的过程是在一些领域用机器取代人的过程，例如智能机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理系统等。智能机器人是一种具有感知能力、思维能力和行为能力的新一代机器人，这种机器人能够主动适应外界环境变化，并能够通过学习丰富自己的知识，提高自己的工作能力[7-8]。本篇论文设计的图灵测试系统，一方面可以完美的实现对验证码的生成，另一方面也可以提高工作效率和准确性，同时达到信息的实时更新。2图灵测试技术的国内外研究现状2.1国内研究现状图灵测试对于用来衡量人工智能有着同寻常的意义，并且可以用来防范网络攻击[9]。目前，应用最多的场景就是验证码应用，网站采用验证码技术增强安全性。验证码是全自动区分计算机和人类的图灵测试的简称[10]。在当前实际应用的验证码技术中，主要分为问答式验证码、语音式验证码和图片式验证码等，其中以图片式验证码最为流行[11]。随着验证码的普及与发展，验证码是当前每一个网站不可回避的设计，最初设计的传统验证码演变出一些新的形式，较为本土化且相对较难的是汉字类型验证码，目前主要出现在国内，由于中国人的母语是汉语，且汉字的可识别率不是很高，这使得汉字被应用到验证码中，然而由于汉字的局限性，面向全球互通的互联网网站，大多数可以采用的素材还是字母和数字的验证码[12-14]。2.2国外研究现状全球通用的字母、数字验证码也是目前最为广泛使用的一种设计，相对访客而言比较人性化的简单设计之一[15]。除此之外，利用多媒体技术展现验证码的方式也越来越多，比如图片验证就可以利用一张图片，以形象、直观的方式传递大量有用信息[16]。目前，一些注重用户信息安全重要性的网站开始将图片信息作为验证码验证的图灵测试选材。这种图片信息的验证码在验证环节中可以衍生出很多附加价值，如显示一个小型广告图片，验证问题就是广告中的某个产品特性或者是直观的广告语，这种基于图片信息的验证码界面，信息传导直观，同时还可能带来一些商业附加回报，也逐渐被第三方运营公司所挖掘，提供给网站使用[17-18]。3论文结构本文对图灵测试系统做了简单的描述，论文比较具体的工作内容以及图灵测试系统的功能，各方面的实现的情况也将会在接下来的各个章节中予以介绍：第1章绪论。绪论部分主要介绍的是课题的研究背景，并从国内外的研究现状说明了课题的可行性和必要性。第2章关键技术的介绍。首先分析系统在技术、操作、经济方面的可行性，然后介绍系统使用的相关技术如验证码技术及验证码种类，让读者了解系统的相关技术。第3章主要是系统的需求分析。包括系统的总体需求以及功能需求和非功能的需求，帮助读者了解系统的整体框架。第4章是图灵测试系统的详细设计，包括总体的设计思想、功能模块设计、数据库设计等等，全面的向读者介绍整个系统；第5章是系统的系统的实现与测试。包括登录界面、验证码生成界面的实现结果以及相关功能的测试，验证系统的可行性；第6章是结束语。第2章关键技术介绍1验证码技术所谓验证码就是将一串随机产生的数字或符号，生成一幅图片，图片里加上一些干扰象素，由用户肉眼识别其中的字符信息，输入表单提交网站验证，验证成功后才能使用某项功能。如图2-1是几种验证码的样式图。图2-1验证码样式图2验证码的种类2.1纯数字或字母组合字符型验证码这种验证码一般为4位，可能都是字母，也可能都是数字，随机的4位字符串，最原始的验证码，验证作用几乎为零，随着人们信息化水平的不断提高，此类验证码已经不再使用。如图2-2所示。图2-2纯数字验证码2.2简易字符型图片验证码目前比较常用的验证码，可能是字母或者数字，或者字母和数字的组合，验证作用比前一类好许多，但图片上的字符比较中规中矩，对于有图形图像知识基础的人来说也会被识破。在安全性要求较高的场合下此类验证码不会被使用。如图2-3所示。图2-3数字字母组合验证码2.3加模字符型图片验证码此类验证码复杂度比较高，字符可以是字母、数字、汉字，甚至一些特殊符号，另外可以是随机颜色、随机字体、随机扭曲，并带有随机性的背景干扰，所生成的验证码即便是对有图像识别功底的技术人员来说要想攻破都相当困难，这种验证码在安全性要求比较高的场合中使用频繁，如QQ申诉页面、百度注册页面等等。如图2-4所示。图2-4随机扭曲验证码第3章系统可行性和需求分析需求分析是介绍我们对于一件事情是如何解决的，我们需要对这件事情进行详细的分析。首先，我们应该清楚这件事情的的目标是什么，它主要是包括我们解决这件事情想要得到一种什么样的结果以及我们需要付出多少的努力，然后，我们需要弄清楚我们该怎样的去解决这件事情，最后，我们需要整体的对这件事情做一个完整的计划，这个计划是可以完成这个系统的。1可行性分析本篇论文主要是分别从技术可行性、经济行性、操作行性三个方面对图灵测试系统进行整体的分析和研究。1.1技术可行性图灵测试系统主要采用的是基于Python语言进行开发的，到目前为止，Python技术的发展已经非常的成熟了。同时，它也受到了许多开发者的青睐。并且，在技术的层面上Windows平台是决定可以完成该图灵测试系统的开发任务的。因此，系统开发在技术上是可行的。1.2操作可行性自从我们开发出图灵测试系统之后，该系统的操作难度、受益程度以及复杂程度就完全的决定了该系统是不是能够受到推广，这同时也是开发人员必须要考虑的关键问题，图灵测试系统易于操作，方便快捷。在操作上，不需要任何的指导就可以自己学会如何去使用，在操作层面上来看，该系统是完全没有任何复杂性的。因此，图灵测试系统操作非常简单，易于上手。1.3经济可行性图灵测试系统在经济上花销很少，它的设计内容非常的简单，设计过程也是比较简单，一般的设计人员都可以完成，复杂性不高。其次，系统具有可观的价值，方便消费者的操作，提高管理的效率。另外，管理系统的设计成本相对较低，但其带来的收益却远高于设计的成本。因此，本课题具有经济可行性。2需求分析原则在实际需求分析工作中．每一种需求分析方法部有独特的思路和表示法，基本都适用下面的需求分析的基本原则[19-20]。（1）侧重表达理解问题的数据域和功能域。对新系统程序处理的数据，其数据域包括数据流、数据内容和数据结构。而功能域则反映它们关系的控制处理信息。（2）需求问题应分解细化，建立问题层次结构。可将复杂问题按具体功能、性能等分解并逐层细化、逐一分析。（3）建立分析模型。模型包括各种图表，是对研究对象特征的一种重要表达形式。3功能性需求众所周知，系统的功能性需求是一个非常重要的组成成分，是整个系统分析过程中的一个相对比较关键的环节。下面介绍的几点内容是本系统的主要分析情况：（1）登录界面：不同人员可以登录系统；（2）验证码框界面：数字、字母或点击的验证码；（3）验证码框内背景：背景是不同的静态图案，针对破解验证码的方法生成验证码。（4）验证码生成界面：由人类进行识别验证码，避免机器识别。4非功能性需求4.1数据安全系统用户在进行数据相关操作时（如新增、删除、修改、审核等），系统为了保证数据的安全可靠性，必须具备以下功能特点:（1）征求询问确认操作：特别是在删除数据的操作上要再次向用户确认，避免不小心失误操作造成的数据损失。（2）数据准确性校验：在填写信息时，特别重要的必填信息确保无误、无漏、合法操作等。避免不合法数据存入数据库。（3）重复数据的冗余性和缺省赋值性：对于一些公用的人员基本信息数据，在是数据库设计上不应该出现数据重复保存的现象。一些常用而且必须显示和输入的数据能够自动附带显示就不必要用户每次都填写，提高数据的缺省赋值性。4.2运行状态为了保证系统能够可靠的服务于各个行业工作。必须做到系统能够承受长期运行、稳定操作、高效完成的系统性能需求，因此，必须满足以下要求:（1）系统结构设计合理。其采用了松耦合开发模式，各个模块之间不相互依赖，可满足不断更新的需求，具备了良好的系统扩展性和维护性。（2）系统具备良好的维护性、开放性。考虑到实际工作的需求会更新，系统也做好了这方面的准备，会提供对外开放的规范接口，以便日后进行完善系统功能。（3）系统的安全性高，系统在商业范围内使用，其中的数据涉及到许多销售行业人员的重要信息，如身份证号、手机号、家庭地址等私密信息。因此，在数据库设计上必须考虑到其重要性，建立起一套安全级别较高的机制是不可或缺的。（4）系统的信息提示及时、处理准确性高。本系统中的任务提示信息，在一定时间内提醒用户有任务可处理，做到了消息及时提醒。系统考虑到以后会出现的数据量超大的问题，在数据的加载上使用了懒加载方式，减轻系统的压力，提高系统的响应速度，以更好的满足用户体验效果。（5）系统的可升级性系统也会考虑到未来的功能会发生某种改变、内容可能更加丰富多彩，所以系统具备可扩展性、升级性才能保证系统的不断发展。第4章图灵测试系统设计与实现1设计目标与原则本系统的设计目标设计与实现一个图灵测试系统，设计出的系统应该要求系统安全性高、可靠性高、运行相对稳定、性能相对平稳。同时，图灵测试系统需要具备一定的可扩展性，这样才能够适应各种各样的行业的进一步发展需要。在设计方面的主要原则如下：（1）系统稳定性：开发时能够保证系统具有良好的稳定性，同时，采用的数据库也能够长期有效的进行运行；（2）易操作性：系统操作界面友好，用户易使用；（3）数据安全性：系统要求保证数据的完整性和一致性。同时，系统也需要分配给不同用户的系统权限，这样才能够限制用户对数据库的一些相关的操作，保证系统的安全性；（4）实用性：系统需要预留可扩展的接口，这样才能方便软、硬件的扩充。2系统总体设计本系统总体设计图4-1。当用户打开图灵测试系统之后，能够成功的看到系统的登录界面，能够成功的显示系统的验证码框、验证码背景等，可以对验证码进行生成操作。图4-1系统总体设计图3功能模块设计通过分析系统需求的功能、系统运行过程中的各类数据结构。本课题设计了一种管理系统的软件结构。设计的思想为自顶向下的方式，顶层模块根据需求给不同的下层模块发送不同的指令，各个模块相互协作，完成程序的所有功能，即将整体功能划分为几大功能模块，每个功能模块向下细分为若干子模块，每一个子模块完成一个对应的子功能，如果功能仍复杂则可继续向下划分，通过这种方式把模块组织成良好的层次系统。下面分别给予详细的分析，并结合分析的情况给出合理的功能模块设计。如图4-2所示是系统的功能模块图。图4-2系统功能模块图根据图4-2可以看出系统主要划分为登录模块、验证码框、验证码框内背景、验证码生成四大模块，而每一模块的具体功能如下:（1）登录模块：该模块主要是功能是能够让不同的用户成功的登录到图灵测试系统，并进行相关操作；（2）验证码框模块：该模块实现的验证码框能够显示以数字、字母等样式的验证码，并具有用户点击验证码功能；（3）验证码框内背景模块：该模块的验证码框内具有不同样式的静态图案，图案可以生产不同样式的验证码；（4）验证码生成模块：该模块可以提供人类识别验证码功能。4系统实现4.1登录界面如图4-3所示是系统的登录模块实现图，我们可以看出登录模块界面简单、快捷，方便，用户快速操作图灵测试系统的相关功能，如验证码生成、验证码框内背景等等。图4-3登录界面4.2验证码框界面如图4-4是验证码框的实现图。在图中可以观察到，每个验证码框包含着验证码背景、各种不同样式的验证码等，让整个系统看起来简洁、整齐。图4-4验证码框实现图4.3验证码框内背景如图4-5所示是验证码框内背景实现图。观察图会发现，每个验证码框内的背景都是不相同的，并且当用户刷新验证码时，框内的背景也会有所变化。图4-5验证码框内背景实现图4.4验证码生成界面如图4-5是验证码生成实现图。观察该图会发现，图中有三个验证码，当用户每刷新依次验证码时，系统就会重新生成新的验证码，保证系统的安全性。图4-6验证码生成界面第5章绪论据研究者报道，一个完整的模型是需要进行详细的测试的，同时，一个友好的软件开发是伴随着测试这道程序的。因此，测试的重要性也就显而易见了，模型测试是检验我们设计这款软件是否合理，是否满足大部分人的需求的一个非常重要要的流程。1测试原则（1）在测试的过程中，测试程序员需要注意的是，应该时刻避免检测自己所编写的程序，这样，才能正确合格的检测出此程序的合格性。同时，还需要测试工作邀请比较独立的专业的测试机构人员来完成相应测测试工作。（2）当测试人员在设计测试用例的时候，测试人员需要时刻应该考虑设计的测试用例是否合法，如果不合法要及时做到修正，同时，测试人员也需要考虑一些软件的边界条件。（3）测试人员在测试的过程中不仅需要检验程序是否做的合理，还需要检验这个程序在哪些部分做的不合理，以及不合理在什么地方，最好测试人员提出相应的修改建议，这样可以方便编写者进行合理的修改。（4）测试人员在测试完相应的软件程序之后，一定要妥善的保存好在测试的过程中的一些相应的文档，这些文档编写者在后续的修改过程中需要查阅，同时这些文档也是软件文档的一个重要的组成部分。2测试方法和环境本篇论文采用的是黑盒测试法进行模型的测试。黑盒测试也被相关人士称为功能测试。据调查，黑盒测试和白盒测试相比较，两者有一些不同之处，黑盒测试是不需要测试人员拥有相关的专业的测试知识的，它也可以要求测试人员不需要了解被测试软件的系统内部的详细运行的细节。测试人员在测试的过程中只需要找到所有的输出的功能以及输入的集合就可以完成相应的测试，测试人员需要对对每个模块分别进行详细的测试分析。于此不同的是，白盒测试就需要比较专业的测试人员进行详细的测试，同时，测试人员在测试的工作中还需要对系统的内部工作过程了解的比较清楚。测试之前，给数据库中装入有效的数据，以便可以更真实地反应该系统的情况。由于该系统所涉及的功能模块比较多，在此我们只给出验证码框内背景和验证码生成功能进行测试。3验证码框内背景验证码框内背景测试如图表5-1所示。表5-1验证码框内背景测试测试用例1功能模块验证码框内背景模块测试类型测试单元测试目的：用户能够成功的打开图灵测试系统，启动登录界面，并查看验证码框内背景。步骤：用户首先启动图灵测试系统，待系统运行成功之后，观察验证码框是否有不同的背景，刷新验证码是否背景会发生变化。期望：用户成功的打开图灵测试系统，启动登录界面，验证码框内背景能够成功的显示。4验证码生成测试验证码生成测试如表5-2所示。表5-2验证码生成测试测试用例2功能模块验证码生成模块测试类型测试单元测试目的：用户能够成功的打开图灵测试系统，启动登录界面，点击验证码之后，能够成功的进行刷新。步骤：用户首先启动图灵测试系统，待系统运行成功之后，观察验证码中是否有验证码，刷新验证码是否验证码会发生变化期望：用户成功的打开图灵测试系统，启动登录界面，框内验证码能够成功的显示。结论计算机的逐渐推广开始之后，人类的信息时代正式来临，计算机通过对于资源的共享以及快速的传递，提高了各个领域人员的工作效率，深入到国防、科技、文化等方面。但是也正是因为这样，网络信息安全越来越受到了威胁，世界范围内不断出现信息被盗、机器替代等信息安全事故，网络人民对于信息安全越来越担忧，国家也开始逐渐加强相关问题的防范。因此，为了保证网络信息的安全，构建和谐的网络环境，本文设计和开发了图灵测试系统。在一个学期的毕业设计中，我收获良多，受益匪浅。本次毕设主要借助Python语言，完成了系统的设计。最后，通过系统调试结果最终显示是本系统基本能够满足功能需求。系统的开发对我大学期间学习的提高具有非常大的帮助作用，他让我学到了个方面的计算机知识，让我认识到无论做什么事情都需要坚持不懈，不断克服困难，就能收获成功。参考文献[1]胡宝洁，赵忠文，曾峦，etal.图灵机和图灵测试[J].电脑知识与技术，2006(23):132-133.[2]万赟.从图灵测试到深度学习:人工智能60年[J].科技导报，2016，34(7):26-33.[3]陆汝钤，韦梓楚，张松懋，等.图灵测试——机器是否有智能[J].创新科技，2008(12):52-53.[4]郭睿，常桂然，孙宝京，等.基于图灵测试的HTTPDDoS防范技术研究[J].计算机研究与发展，2006，43(s2):349-353.[5]李宝安，李行善.自动测试系统(ATS)软件的发展及关键技术[J].测控技术，2003，22(1):1-4.[6]SukumaranJ，HolderMT.DendroPy:aPythonlibraryforphylogeneticcomputing.[J].Bioinformatics，2010，26(12):1569.[7]LesleyhR，