使用Lua和OpenResty搭建驗證碼伺服器

雨客發表於2016-04-08

Lua下有個Lua-GD圖形庫,通過簡單的Lua語句就能控制、生成圖片。

環境說明:

  • 作業系統:RHEL6.4
  • RHEL系統預設已安裝RPM包的Lua-5.1.4,但其只具有Lua基本功能,不提供 lua.h 等,但 Lua-GD 編譯需要用到 lua.h,故 Lua 需要編譯安裝。
  • Lua-GD 版本號格式為X.Y.XrW,其中X.Y.Z代表gd版本,W代表效力版本,所以 lua-gd 版本:lua-gd-2.0.33r2 相對應 gd 版本為:gd-2.0.33,須注意保持一致。
  • 因生成gif的lua指令碼中用到md5加密,故需編譯安裝md5。
  • 因為生成圖片需要唯一命名,故依賴 UUID

另外:

以下操作均以root使用者執行,並且以下指令碼的當前目錄為/opt,即所有的下載的檔案都會儲存在/opt目錄下。

需要安裝的軟體如下:

  • OpenResty:WEB應用伺服器,部署lua程式碼,提供URL供使用者呼叫和訪問
  • LuaJIT:LUA程式碼直譯器,使用OpenResty中整合的版本
  • GD庫:C圖形庫
  • Lua-GD庫:Lua繫結的C圖形庫,使得lua可呼叫gd
  • Lua-Resty-UUID庫:用於生成UUID,保證圖片命名唯一性
  • LuaSocket:lua 的 socket 庫

安裝lua

安裝編譯所需軟體包:

$ yum install -y make gcc

下載並編譯安裝 lua-5.1:

$ yum install -y readline-devel
$ wget http://www.lua.org/ftp/lua-5.1.4.tar.gz
$ tar lua-5.1.4.tar.gz
$ cd lua-5.1.4
$ make linux
$ make linux install 

安裝 gd

GD版本:gd-2.0.33

下載地址: http://www.boutell.com/gd/http/gd-2.0.33.tar.gz

$ yum install -y libjpeg-devel libpng-devel freetype-devel fontconfig-devel libXpm-devel

$ wget http://www.boutell.com/gd/http/gd-2.0.33.tar.gz
$ tar zvxf gd-2.0.33.tar.gz
$ cd gd-2.0.33
$ ./configure
$ make && make install

安裝 Lua-gd 庫

Lua-GD版本:lua-gd-2.0.33r2

下載地址: http://jaist.dl.sourceforge.net/project/lua-gd/lua-gd/lua-gd-2.0.33r2%20%28for%20Lua%205.1%29/lua-gd-2.0.33r2.tar.gz

開發手冊可參考: http://ittner.github.io/lua-gd/manual.html

說明:

須先完成gd的安裝,且版本號必須為gd-2.0.33 呼叫Lua-GD庫的lua程式碼須由OpenResty中整合的LuaJIT解釋執行

$ wget http://sourceforge.net/projects/lua-gd/files/lua-gd/lua-gd-2.0.33r2%20(for%20Lua%205.1)/lua-gd-2.0.33r2.tar.gz/download?use_mirror=jaist
$ tar zvxf lua-gd-2.0.33r2.tar.gz
$ cd lua-gd-2.0.33r2

接寫來修改Makefile檔案:

  • 註釋第36~42行
  • 開啟第48~52行註釋,並做如下修改
OUTFILE=gd.so
CFLAGS=-Wall `gdlib-config --cflags` -I/usr/local/include/lua -O3    //第49行,修改 lua 的 C 庫標頭檔案所在路徑
GDFEATURES=`gdlib-config --features |sed -e "s/GD_/-DGD_/g"`
LFLAGS=-shared `gdlib-config --ldflags` `gdlib-config --libs` -llua -lgd  //第51行,取消lua庫版本號51
INSTALL_PATH=/usr/local/lib/lua/5.1    //第52行,設定 gd.so 的安裝路徑

$(CC) -fPIC -o ...  //第70行,gcc 編譯,新增 -fPIC 引數

然後編譯:

$ make && make install

安裝 md5

$ yum install unzip

$ wget https://github.com/keplerproject/md5/archive/master.zip -O md5-master.zip
$ unzip md5-master.zip
$ cd md5-master
$ make && make install

安裝 Lua-resty-UUID 庫

呼叫系統的UUID模組生成的由32位16進位制(0-f)陣列成的的串,本模組進一步壓縮為62進位制。正如你所想,生成的UUID越長,理論衝突率就越小,請根據業務需要自行斟酌。 基本思想為把系統生成的16位元組(128bit)的UUID轉換為62進位制(a-zA-Z0-9),同時根據業務需要進行截斷。

下載地址: https://github.com/dcshi/lua-resty-UUID/archive/master.zip

$ yum -y install libuuid-devel
$ wget https://github.com/dcshi/lua-resty-UUID/archive/master.zip -O lua-resty-UUID-master.zip
$ unzip lua-resty-UUID-master.zip
$ cd lua-resty-UUID-master/clib
$ make

下載nginx sysguard模組

如果nginx被攻擊或者訪問量突然變大,nginx會因為負載變高或者記憶體不夠用導致伺服器當機,最終導致站點無法訪問。 今天要談到的解決方法來自淘寶開發的模組nginx-http-sysguard,主要用於當負載和記憶體達到一定的閥值之時,會執行相應的動作,比如直接返回503,504或者其他的。一直等到記憶體或者負載回到閥值的範圍內,站點恢復可用。簡單的說,這幾個模組是讓nginx有個緩衝時間,緩緩。

$ wget https://github.com/alibaba/nginx-http-sysguard/archive/master.zip -O nginx-http-sysguard-master.zip
$ unzip nginx-http-sysguard-master.zip

安裝 OpenResty

OpenResty(也稱為 ngx_openresty)是一個全功能的 Web 應用伺服器。它打包了標準的 Nginx 核心,很多的常用的第三方模組,以及它們的大多數依賴項。 OpenResty 中的 LuaJIT 元件預設未啟用,需使用 --with-luajit 選項在編譯 OpenResty 時啟用,使用--add-module,新增上sysguard模組

安裝的版本:1.2.7.6

下載地址:

先安裝依賴軟體,然後在編譯程式碼,編譯時使用--perfix選項指定 OpenResty 的安裝目錄,--with-luajit 選項啟用 LuaJIT 元件。

$ yum -y install gcc make gmake openssl-devel pcre-devel readline-devel zlib-devel

$ wget http://openresty.org/download/ngx_openresty-1.2.7.6.tar.gz
$ tar zvxf ngx_openresty-1.2.7.6.tar.gz
$ cd ngx_openresty-1.2.7.6
$ ./configure --with-luajit --with-http_stub_status_module --add-module=/opt/nginx-http-sysguard-master/
$ gmake && gmake install

建立軟連線:

$ ln -s /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx /usr/sbin/nginx

安裝 Redis Server

Lua 指令碼功能是 Reids 2.6 版本的最大亮點, 通過內嵌對 Lua 環境的支援, Redis 解決了長久以來不能高效地處理 CAS (check-and-set)命令的缺點, 並且可以通過組合使用多個命令, 輕鬆實現以前很難實現或者不能高效實現的模式。

$ wget http://redis.googlecode.com/files/redis-2.6.14.tar.gz
$ tar zvxf redis-2.6.14.tar.gz
$ cd redis-2.6.14
$ make && make install

$ mkdir -p /usr/local/redis/conf
$ cp redis.conf /usr/local/redis/conf/

安裝 LuaSocket 庫

LuaSocket是一個Lua擴充套件庫,它能很方便地提供SMTP、HTTP、FTP等網路議訪問操作。

LuaSocket版本:luasocket-2.0-beta2

下載地址: http://files.luaforge.net/releases/luasocket/luasocket/luasocket-2.0-beta2/luasocket-2.0-beta2.tar.gz

$ wget http://files.luaforge.net/releases/luasocket/luasocket/luasocket-2.0.2/luasocket-2.0.2.tar.gz
$ tar zvxf luasocket-2.0.2.tar.gz
$ cd luasocket-2.0.2
$ make -f makefile.Linux

安裝 redis-lua 庫

Redis-Lua版本:2.0

下載地址: https://github.com/nrk/redis-lua/archive/version-2.0.zip

$ wget https://github.com/nrk/redis-lua/archive/version-2.0.zip
$ unzip redis-lua-version-2.0.zip
$ cd redis-lua-version-2.0

然後,拷貝redis.lua至所需目錄。

lua呼叫方式如下:

local redis = require(“redis”)

安裝 zklua

zklua 僅依賴 zookeeper c API 實現,一般存在於 zookeeper-X.Y.Z/src/c, 因此你需要首先安裝 zookeeper c API。

zookeeper c API 安裝:

$ wget http://mirrors.cnnic.cn/apache/zookeeper/zookeeper-3.4.5/
$ tar zvxf zookeeper-3.4.5
$ cd zookeeper-3.4.5/src/c
$ ./configure
$ make && make install

然後安裝zklua:

$ wget https://github.com/forhappy/zklua/archive/master.zip -O zklua-master.zip
$ unzip zklua-master.zip
$ cd zklua-master
$ make  && make install

修改配置檔案

配置openresty

openresty安裝在/usr/local/openresty目錄,在其目錄下建立lualib,用於存放上面安裝的一些動態連線庫

mkdir -p  /usr/local/openresty/lualib/captcha
cp lua-resty-UUID-master/clib/libuuidx.so /usr/local/openresty/lualib/captcha/  #拷貝uuid的庫檔案
cp -r lua-resty-UUID-master/lib/* /usr/local/openresty/lualib/captcha/

cp luasocket-2.0.2/luasocket.so.2.0 /usr/local/openresty/lualib/captcha/		#拷貝luasocket的庫檔案到/usr/local/openresty/lualib/captcha/
ln -s  /usr/local/openresty/lualib/captcha/luasocket.so.2.0 /usr/local/openresty/lualib/captcha/socket.so

cp redis-lua-version-2.0/src/redis.lua /usr/local/openresty/lualib/captcha/     #拷貝reis.lua到/usr/local/openresty/lualib/captcha/

mkdir -p /usr/local/openresty/lualib/zklua										#拷貝zklua檔案到/usr/local/openresty/lualib/captcha/
cp cd zklua-master/zklua.so /usr/local/openresty/lualib/zklua/

配置nginx

建立www使用者:

useradd -M -s /sbin/nologin www

編輯ngnix.conf,內容如下:

    user  www;
    worker_processes  31;
    error_log  logs/error.log;
    pid        logs/nginx.pid;
    worker_rlimit_nofile 65535;
    events {
    	worker_connections 1024;
    	use epoll;
	   }

    http {
	include       	mime.types;
	default_type 	application/octet-stream;
	log_format  	main  `$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" `
			      `$status $body_bytes_sent "$http_referer" `
	               	      `"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"`;
	access_log  	logs/access.log  main;
	sendfile        on;
	tcp_nopush      on;
	tcp_nodelay     on;
	keepalive_timeout  65;
	gzip  		on;
	gzip_min_length 1K;
	gzip_buffers 4 	8k;
	gzip_comp_level 2;
	gzip_types 	text/plain image/gif image/png image/jpg application/x-javascript text/css application/xml text/javascript;
	gzip_vary 	on;
	
	upstream redis-pool{
	        server 127.0.0.1:10005;
		keepalive 1024;
        }

    server {
        sysguard on;
        sysguard_load load=90 action=/50x.html;
        server_tokens off;
        listen       10002;
        server_name  localhost;
        charset utf-8;

        location / {
        root   html;
        index  index.html index.htm;
        }

	#-----------------------------------------------------------------------------------------
	
	# 驗證碼生成
	location /captcha {
		set $percent 0;
		set $modecount 1;
		content_by_lua_file /usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/captcha.lua;
	}

	#-----------------------------------------------------------------------------------------
	
	# 驗證碼校驗	
	location /captcha-check {
	        content_by_lua_file /usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/captcha-check.lua;
        }

        # 驗證碼刪除	
	location /captcha-delete {
		content_by_lua_file /usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/captcha-delete.lua;
	}
	
	#-----------------------------------------------------------------------------------------

	# 樣式1-靜態圖片
	location /mode1 {
		content_by_lua_file /usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/mode/mode1.lua;
	} 
	
	#-----------------------------------------------------------------------------------------

	# redis中新增key-value
	location /redisSetQueue {
		internal;
		set_unescape_uri $key $arg_key;
		set_unescape_uri $val $arg_val; 
		redis2_query rpush $key $val;
		redis2_pass redis-pool;
	}
	# redis中獲取captcha-string
	location /redisGetStr {
		internal;
		set_unescape_uri $key $arg_key;
		redis2_query lindex $key 0;
		redis2_pass redis-pool;
	}
	# redis中獲取captcha-image
	location /redisGetImg {
		internal;
		set_unescape_uri $key $arg_key;
		redis2_query lindex $key 1;
		redis2_pass redis-pool;
	}
	
	#-----------------------------------------------------------------------------------------

        location ~.*.(gif|jpg|png)$ {
        expires 10s;
        }

        error_page  404              /404.html;
        error_page  500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }

}

上面將 ngnix 的埠修改為10002。

/usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/captcha.lua 是用於生成驗證碼,內容如下:

--中控指令碼
--
--部分應用預先生成
--部分應用實時生成,並且隨機選擇生成樣式
--

----------------------------------------------------------------------------------------------
package.path = "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;/usr/local/openresty/lualib/captcha/?.lua;"
package.cpath = "/usr/local/openresty/lualib/?.so;/usr/local/openresty/lualib/captcha/?.so;"
----------------------------------------------------------------------------------------------

--設定隨機種子
local resty_uuid=require("resty.uuid")
math.randomseed(tonumber(resty_uuid.gennum20()))

-----------------------------------------------------------------------------------------
--
--[[ 預先生成 ]]
--
if math.random(1,99)<tonumber(ngx.var.percent) then
        
    --在redis的預先生成key中隨機選擇keyid
    local kid=math.random(1,ngx.var.pregencount)
        local res = ngx.location.capture(`/redisGetImg`,{ args = { key = kid } })
        
    if res.status==200 then
            local parser=require("redis.parser")
                local pic=parser.parse_reply(res.body)
                ngx.header.content_type="application/octet-stream"
        
        --在header中返回用於去redis中查詢記錄的key
                ngx.header.picgid=kid
        
        --在body中返回captcha
                ngx.say(pic)

                ngx.exit(200)
        end
end

-----------------------------------------------------------------------------------------
--
--[[ 實時生成 ]]
--

--隨機選擇captcha模式X
local mode=math.random(1,ngx.var.modecount)

--呼叫modeX.lua,生成captcha
local res = ngx.location.capture("/mode"..mode)
if res.status==200 then
    ngx.header.content_type="application/octet-stream"

    --在header中返回用於去redis中查詢記錄的key
    ngx.header.picgid=res.header.picgid
        
    --在body中返回captcha
    ngx.say(res.body)

        ngx.exit(200)
end

/usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/captcha-check.lua 用於校驗驗證碼:

--[[captcha check]]

----------------------------------------------------------------------------------------------
package.path = "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;/usr/local/openresty/lualib/captcha/?.lua;"
package.cpath = "/usr/local/openresty/lualib/?.so;/usr/local/openresty/lualib/captcha/?.so;"
----------------------------------------------------------------------------------------------

--獲取請求中引數
local uriargs = ngx.req.get_uri_args()
local picgid = uriargs["image"]
local ustr=string.lower(uriargs["str"])

--查詢redis中key為picgid的記錄
local res = ngx.location.capture(`/redisGetStr`,{ args = { key = picgid } })
if res.status==200 then
    local parser=require("redis.parser")
    local reply=parser.parse_reply(res.body)
    local rstr=string.lower(reply)
    
    --匹配使用者輸入字串與redis中記錄的字串,一致返回True,否則返回False
    ngx.header.content_type="text/plain"
    if ustr == rstr then
        ngx.say("True")
    else
        ngx.say("False")
    end
    
    --匹配操作後刪除redis中該key記錄
    local redis = require(`redis`)
    local client = redis.connect(`127.0.0.1`, 10005)
    client:del(picgid)
end

/usr/local/openresty/nginx/luascripts/luajit/mode/mode1.lua 是生成靜態驗證碼圖片:

--靜態圖片

------------------------------------------------------------------------------------------------
package.path = "/usr/local/openresty/lualib/?.lua;/usr/local/openresty/lualib/captcha/?.lua;"
package.cpath = "/usr/local/openresty/lualib/?.so;/usr/local/openresty/lualib/captcha/?.so;"
------------------------------------------------------------------------------------------------

--Redis中插入記錄方法
function setRedis(skey, sval)
        local res = ngx.location.capture(`/redisSetQueue`, {args= {key=skey,val=sval}})
        if res.status == 200 then
                return true
        else
                return false
        end
end

--設定隨機種子
local resty_uuid=require("resty.uuid")
math.randomseed(tonumber(resty_uuid.gennum20()))

--在32個備選字元中隨機篩選4個作為captcha字串
local dict={`A`,`B`,`C`,`D`,`E`,`F`,`G`,`H`,`J`,`K`,`L`,`M`,`N`,`P`,`Q`,`R`,`S`,`T`,`U`,`V`,`W`,`X`,`Y`,`Z`,`2`,`3`,`4`,`5`,`6`,`7`,`8`,`9`}
local stringmark=""
for i=1,4 do
       stringmark=stringmark..dict[math.random(1,32)]
end

--圖片基本info
--picgid
local filename= "1"..resty_uuid.gen20()..".png"
--圖片78x26
local xsize = 78
local ysize = 26
--字型大小
local wsize = 17.5
--干擾線(yes/no)
local line = "yes"

--載入模組
local gd=require(`gd`)
--建立皮膚
local im = gd.createTrueColor(xsize, ysize)
--定義顏色
local black = im:colorAllocate(0, 0, 0)
local grey = im:colorAllocate(202,202,202)
local color={}
for c=1,100 do
        color[c] = im:colorAllocate(math.random(100),math.random(100),math.random(100))
end
--畫背景
x, y = im:sizeXY()
im:filledRectangle(0, 0, x, y, grey)
--畫字元
gd.useFontConfig(true)
for i=1,4 do
    k=(i-1)*16+3
    im:stringFT(color[math.random(100)],"Arial:bold",wsize,math.rad(math.random(-10,10)),k,22,string.sub(stringmark,i,i))
end
--干擾線點
if line=="yes" then
    for j=1,math.random(3) do
        im:line(math.random(xsize),math.random(ysize),math.random(xsize),math.random(ysize),color[math.random(100)])
    end
    for p=1,20 do
            im:setPixel(math.random(xsize),math.random(ysize),color[math.random(100)])
    end

end
--流輸出
local fp=im:pngStr(75)

--redis中新增picgid為key,string為value的記錄
setRedis(filename,stringmark)

--response header中傳參picgid
ngx.header.content_type="text/plain"
ngx.header.picgid=filename

--頁面返回pic
ngx.say(fp)

--nginx退出
ngx.exit(200)

配置redis

/usr/local/openresty/redis/conf/建立redis-10005.conf檔案,內容如下:

daemonize yes
pidfile /usr/local/openresty/redis/redis-10005.pid
port 10005
timeout 300
tcp-keepalive 10
loglevel notice
logfile /usr/local/openresty/redis/redis-10005.log
databases 16
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
stop-writes-on-bgsave-error yes
rdbcompression yes
rdbchecksum yes
dbfilename dump-10005.rdb
dir /usr/local/openresty/redis
slave-serve-stale-data yes
slave-read-only yes
repl-disable-tcp-nodelay no
slave-priority 100
appendonly no
appendfsync everysec
no-appendfsync-on-rewrite no
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb
lua-time-limit 5000
slowlog-log-slower-than 10000
slowlog-max-len 128
hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64
list-max-ziplist-entries 512
list-max-ziplist-value 64
set-max-intset-entries 512
zset-max-ziplist-entries 128
zset-max-ziplist-value 64
activerehashing yes
client-output-buffer-limit normal 0 0 0
client-output-buffer-limit slave 256mb 64mb 60
client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60
hz 10

配置驗證碼伺服器

/etc/ld.so.conf.d/目錄建立captcha.conf,內容如下:

$ vim /etc/ld.so.conf.d/captcha.conf
/usr/local/lib
/usr/local/openresty/lualib
/usr/local/openresty/lualib/captcha
/usr/local/openresty/lualib/zklua
/usr/local/openresty/luajit/lib

測試

生成驗證碼

URL:http://IP:10002/captcha

然後從響應Header中獲取圖片的picgid=XXXXX

驗證碼校驗

URL:http://IP:10002/captcha-check?image=XXXXX&str=ABCD http://IP:10002/captcha-check?image=XXXXX&str=ABCD&delete=true 或 http://IP:10002/captcha-check?image=XXXXX&str=ABCD&delete=false

引數說明如下:

  • 引數image:要校驗的驗證碼圖片的picgid。
  • 引數str:使用者輸入的驗證碼字串。
  • 引數delete:當且僅當傳該引數且引數值為false時,校驗完成之後該驗證碼記錄不被刪除,驗證碼未過期之前可多次校驗,用於非同步校驗應用中;否則,若不傳該引數或者其值為true,校驗完成之後該驗證碼記錄刪除。

驗證碼刪除

URL:http://IP:10002/captcha-delete?image=XXXXX

其中image為要刪除的驗證碼圖片的picgid。


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