wCaptcha, 一个基于工作量证明的 CAPTCHA

[greensea]

CAPTCHA 就是所谓的验证码，不过这个基于工作量证明的验证码可以不要求用户进行操作，在后台就可以默默地完成。

这个验证码的核心在于，用工作量证明的方式取代了要求用户进行一些操作，来证明客户端是一个人类。不过这个验证码其实并不能区分客户端是不是人类，它的主要目的是防止大量的恶意请求，比如爆破用户名密码、爬虫之类。

对于一个普通用户来说，花几秒钟的时间做一个计算，然后再提交表单，这是完全可以接受的，可是对于爬虫或者登录接口爆破之类的机器人来说，如果每发一个请求就要花两三秒的 CPU 时间，这就完全不可接受了。

工作量证明算法使用了不可并行加速的算法，也就是说，显卡加速是废的，多核计算也是废的（除非同时对一个接口发送多个请求，但这样的请求是非正常的，很容易过滤掉）。

网站在这里： https://wcaptcha.pingflash.com 如果担心数据安全，可以直接用源码私有化部署。

至于算法细节之类的东西，都可以在网站上找到，我就不在这里废话了。

[oott123]

不如说说在浏览器端你这个提交一次要算多久，在 native 平台下要算多久

[xiangyuecn]

禁止掩耳盗铃😂

[greensea]

@oott123 浏览器用 WASM 计算，速度是原生的 1/6 。计算量是可调整的，于是在实践中可以在用户开始填写表单的时候就进行计算，花个 6s 出结果，这样对于机器人来说，每个请求就要花费 1s 的 CPU 时间

[shortmund]

抖个机灵，这个方案不环保😂

[sunshower]

标题差点以为用验证码挖矿了

[zenxds]

证明客户端是一个人类？跑一个 headless 浏览器就绕过了。另外黑产的机器性能很多都是非常好的，最后拦不住黑产反而降低了普通用户的体验，还容易被误解为挖矿

[mxT52CRuqR6o5]

对于单个验证码是不能并行，但我可以获取多个验证码去并行

[greensea]

@sunshower 其实我也是受另一个 CAPTCHA 的启发，那个 CAPTCHA 用纯 hash 的方式做计算量证明，我有点怀疑它在挖矿，不过我也没细看它的源码就是了。
@zenxds 用 headless 不如直接上原生程序，速度更快。另外这个验证码的目标是过滤掉那种需要大量发送请求的用户，对于其他类型的恶意用户是无能为力的

[greensea]

@mxT52CRuqR6o5 是的，这是一个弱点，不过在具体实践上可以做点额外的工作。

比如爆破某个账户，可以根据账户名，限制同一时间只能提交一个工作量证明，工作量证明提交之后，此前产生的所有工作量证明问题直接失效，这样就没法针对这个账户做并发请求了。

这个验证码其实也就是一个很基础的框架而已，最好还是结合业务的实际情况来适配一下，效果才好。

[Jirajine]

1/6 wasm 的性能还这么差啊
这种纯计算 效率至少不应低于现代虚拟化技术的 80%到 90%。

[IvanLi127]

这个方案配合业务做成无感知的，用户体验就挺好。要是能让 wasm 和 native 速度上相当就好了，不然感觉有点事倍功半？哈哈

[patrickyoung]

上一个这么干的已经凉了，叫 coinhash 还是什么的挖矿验证码

[mcfog]

captcha 其实是个缩写 t 是图灵的 t
把工作量证明的 w 放前面这个名字有点黑色幽默
毕竟能跑得动工作量证明的那么多计算的，反而是机器

[FakerLeung]

太不环保了。。。

[greensea]

@Jirajine @IvanLi127 我也没想到 wasm 速度居然差这么多，测试下来也是出乎我的意料。wasm 这边是直接丢进 gmp-wasm 里面计算的，具体的计算也就是连续几百万次平方取模，看起来也没什么复杂的东西会导致两边的性能差距。现在我觉得最大的可能是原生代码可以直接利用 CPU 的指令集特性，而编译成 wasm 的 gmp 只能用乘法器和除法器死算

[c0xt30a]

除非你的网站是无可替代的，不然用户真的没必要忍受 captcha 。这种在用户的浏览器上运行的 '挖矿' chapcha 尤甚。

昨晚在 techmania 购物跳转到登陆页面准备付款的时候碰到了三次 captcha 验证，然后我直接换别的网站下单了，虽然贵了几十瑞郎。

[Sainnhepark]

那为啥不直接采用延时的方式来验证呢？提交 captcha 后，服务端隔一段时延发送回确认消息，这样也不需要消耗客户端的 CPU 。

[IvanLi127]

@Sainnhepark 用延迟的话，那拿几个代理 ip 并行请求，不就绕过去了？

[kisshere]

搜索引擎蜘蛛可能会认为你在恶意挖矿

[maggch97]

@Sainnhepark 哈哈，你说的太对了。我感觉可以结贴了


@IvanLi127 两个做法是完全等价，如果有问题，那也是相互都有的问题

[jonathon523]

这种实现是不是感觉还不如 Cloudflare 的检测浏览器是否异常的验证码呢？感觉反而会让用户体验更差。

[Sainnhepark]

@maggch97 不，并不等价，我觉得 18 楼说得有道理。比如我设定时延是 3s ，那么拿 5 个 IP 做代理，通过 captcha 的平均时间就变成了 0.6 秒，IP 越多通过 captcha 的平均时间就越快。但 OP 的这个思路就不会存在这个问题，IP 越多服务器的 CPU 占用就越高，直到满载。

[greensea]

统一回复一下大家比较关注的点：

1. 关于 CAPTCHA 太多影响体验的问题，其实这个 CAPTCHA 是可以在后台运行的，初衷之一就是为了解决需要用户交互的问题，用户开始填表单的时候就开始计算，等用户填完表单了也算完了，这时候直接提交就行，不需要输个验证码或者选个图片之类的麻烦操作

2. 这个 CAPTCHA 的核心思路是，每个请求都必须消耗一定的 CPU 资源，如果想要发起很多请求，那么就要消耗很多 CPU 资源，攻击者的成本就上去了

3. 这个 CAPTCHA 也不是什么银弹，可以一劳永逸地解决人机验证问题，它可以应付的情况仅限于恶意攻击需要发起大量请求的情况，使用场景还是有一定限制的

[mason961125]

coinhive 都倒闭几年了

[learningman]

认真的吗，Ryzen 3600 跑你的 demo 差不多得要 2 分钟

[cyp0633]

@learningman 不正常吧，我在手机浏览器上跑都不用五秒

[oott123]

1/6 太差了，至少也要 1/2 才可以接受吧。考虑到用户可能用的是个破手机，而且你的 pow 有效期不宜太长，没法真的在开始填表的时候算——否则用户提交上去的时候就过期了。

[Aloento]

我的评价是你不如拿用户的资源干点正事

[AkaGhost]

之前我用 coinbase 还是 coinhash ，总之是一个挖 XMR 的验证码，和楼主的想法完全一致。后来谁挂这个验证码，Google 就给哪个网站标红，最后还跑路了。

[WuSiYu]

之前也想过这种，不过还是不太现实，这个计算虽然单个没法并行，但也不需要，完全可以攒一堆然后批量跑。
用 GPU 一秒估计能跑几千几万个，甚至因为这个计算的访存压力极小，都能跑满理论 TOPS 性能，相比没有这个工作量证明，爬虫仅仅是多了个 GPU 的成本

[lslqtz]

1. 思路很不错, 通过提高验证成本来提高机器人的并发难度, 不过核心变成了反破解. 对于大规模批量采集, 会显著增加采集成本, 提高采集时间.
2. 理想情况下, 无论算力如何, 都应该具有相似的时间消耗, 即计算量需要是可变的, 以防止较好的硬件非常快的取得结果.
3. 关于环保问题, 顺便挖个矿其实也是非常可取的.
4. 验证码的并发限制是个很基本的东西, 配合 IP 库判定代理可以取得更好的效果.

[leonshaw]

工作量浪费了，不如直接改成用户支付一定虚拟货币才能登录

[learningman]

@cyp0633 应该是 edge 节能模式的问题？ CPU 只跑了 10%左右

[lambdaq]

计算量我觉得太费电了。。有没有不费电但是需要 2G 内存的。。。？

[Showfom]

@patrickyoung #12 叫 Coinhive 已经倒闭了

[iqoo]

1/6 太低了，其实有办法 100% 的。

[xenme]

之前看到一个类似的，客户端计算耗时较长，服务端验证很快，主要是防爆破，不一定要挖矿

[greensea]

继续回复大家关注的点：

1. 关于 GPU 加速的问题，虽然说可以用 GPU 对多个工作量证明进行并行计算，但是平摊下来每条流水线的速度估计会很慢（关于这一点我没证实过，只是纯推测），这样就没法在一定时间内算出结果了。另外之前也回复过了，对于多个请求进行并发计算，这验证码是没法直接防住的，需要根据具体业务做一点额外的工作。

2. 关于是否能有不消耗 CPU 而是消耗内存的算法。这种算法肯定是有的，不过我还没有研究过，过段时间可以翻一翻论文找找。

3. 大家别看到工作量证明就想到挖矿哈，客户端算个几秒钟不算什么消耗嘛，该消耗的 CPU 还是该消耗的嘛，就像谷歌一次就要排放多少克碳，可我们该搜索也还是要搜索嘛。传统的需要交互的验证码，虽然不用消耗 CPU ，可却消耗了用户的生命不是嘛

[greensea]

@iqoo 愿闻其详，wasm 已经是我能找到的在浏览器里面计算最快的方法了

[hanbing135]

没太看懂

[iqoo]

@greensea PoW 有很多方案，直接用浏览器原生的 Crypto API 也可以。

[devliu1]

https://github.com/mCaptcha/mCaptcha 另一个开源的 PoW Captcha 方案

[greensea]

@iqoo 新年好。我看了一下 Crypto API ，它提供的主要是密码学相关的高级函数，而这个验证码的计算只是简单的乘法取模，没法使用 Crypto API 进行加速。
PoW 是有很多方案，但是这里需要选择一个可以抵抗并行加速的方案，否则攻击者用显卡就可以轻松绕过了。

@devliu1 新年快乐。实际上我就是受 mCaptcha 的启发，wCaptcha 和它的思路是一样的。区别在于，mCaptcha 的方案是普通的连续哈希，这就给显卡加速留下了可乘之机。
不知道它现在有没有更新算法，现在 mCaptcha 的网站似乎挂了，回头我再去看看它有没有更新。

[Thiece]

@greensea
「工作量证明算法使用了不可并行加速的算法」是指 SIMD 或者 MIMD 吗？

[greensea]

@Thiece 不是，具体算法就是计算连续平方取模，因为后面的计算依赖前面的结果，所以没法并行加速。类似连续哈希

[RadishWind]

赞, 最近在学习 web3, 发现之前 coinhive 的验证码用的好像就是类似的技术 刚好找到了楼主的帖子

[0xD800]

赞，QQ 就有一个 TLV 是这种思路，哈哈要计算很多次 sha ，感觉不如你这个好