为什么有的关注还要输验证码（你知道它是用来干什么的吗）

来源 | AI研究所（ID：IflyVoiceCloud）

天天输验证码，你知道它是用来干什么的吗？

你相信，验证码能够辨别出“你是人类还是机器人”吗？

在登录某个账号的时候输入验证码，已经成为再平常不过的事情了。不过不少网友抱怨，现在的验证码真是设置得越来越刁钻了。

不好意思这个字符我真的看不懂

比如，铁道部购票官网 12306 的购票图形验证码，在 2015 年更新之后引发了全网大吐槽。不仅过滤掉了抢票工具，还有那些摸不着头脑的正常用户。路漫漫其修远兮，吾将上下找扳手与海豹。等下，扳手长啥样？海豹还是海报？

验证码你好，你已成功打败全国 99% 的用户

网友们也忍不住自己制作一套高难度验证码。验证码的能力，超乎你想象！

是真的好男人，还是反义“好”男人

国外的网友也遭遇过类似的经历，纷纷调侃——请在下列图中选择出“时尚达人”或“糖尿病患者”。这是在考验审美？还是读懂微表情？

我放弃登录

这些仿佛是在搞笑的验证码经常让网友们做到怀疑人生：我是谁？我在哪儿？我为啥要填验证码？

这些测试被称为 CAPTCHA，“Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart”的缩写，意为“区分计算机和人类的完全自动公共图灵测试”，这个名词看起来极其科幻又神秘，但通俗的说法就是“验证码”。

它的诞生可以追溯到上世纪末，当时黑客非常猖狂，他们创造了一种能够大量重复编写信息的程序，伪装成人类用户，肆无忌惮地朝网络上倾倒 “僵尸”信息，垃圾邮件、垃圾广告、垃圾评论泛滥成灾。还有程序机器人恶意破解密码、恶意刷票，严重损害商家和消费者的利益。

电子邮件提供商 Yahoo（雅虎）公司为了解决垃圾邮件的问题，找到了卡内基梅陇大学的学生路易斯·冯·安。2002 年，路易斯·冯·安的 CAPTCHA 验证码应运而生，赢得了众多网民的鲜花与掌声。2009 年，谷歌收购 CAPTCHA，将它应用在谷歌图书的数字化上。

验证码的发明者路易斯·冯·安

但是随着技术的发展，机器迎头赶上，CAPTCHA 面临新的问题。2014 年，谷歌让一种机器学习算法与人类进行了对抗，双方需要辨识一套极度失真的文本 CAPTCHA。结果是，计算机完成了99.8％ 的测试，而人类仅完成了33％。这就很尴尬了，机器人没被排查出去，真实用户倒是被拦截得死死的。

随后，谷歌对此进行了改进，升级版就是现在我们常见到的 reCAPTCHA。它的运行方式是什么样的呢？

首先网页中会显示出一个勾选的方框和一句 “I’m not a robot（我不是机器人）”的字符。用户点击方框确认后，谷歌会用“风险分析引擎” 对该用户进行无缝分析。

如果检测结果正常，则该用户可以顺利进入网站或账户。但如果检测结果异常，比如使用了 VPN 的用户就容易被认作是 “恶意机器人” ，该用户便会经历一个识别验证的过程，即按照要求在图像网格中选出目标物体。这个过程对于机器人来说，还是比较困难的。

reCAPTCHA的常见形式

但是局势再次反转。2016 年，伊利诺伊大学芝加哥分校的计算机科学教授 Jason Polakis，发表的一篇论文再次打破了谷歌的“围墙”。他使用现成的图像识别工具，包括谷歌自己的反向图像搜索，以 70％ 的准确度解决谷歌的图像验证码。与之相似，还有其他研究人员使用谷歌的音频识别程序完成了谷歌的音频 CAPTCHA 挑战。

Polakis 表示，在基本的文本，图像和语音识别任务中，现在的机器已经拥有等同于人类的学习能力，甚至算法可能更好。而对于谷歌来说，自家程序打败自家 CAPTCHA，其内心苦闷可想而知。难道就没有一套合适的方案吗？

CAPTCHA 的研究历程中，有着各种各样奇怪的尝试，以及悲惨的失败。研究人员为了寻找某些人类普遍擅长，但机器不会的东西，而煞费苦心。

扭曲的字符CAPTCHA

他们设置出了一种 CAPTCHA，让用户通过面部表情、性别和种族对人物图像进行分类；或是基于当地的童谣和民俗来设计 CAPTCHA，但是这种文化类的CAPTCHAs 带有满满的地域歧视的“恶意”——不仅针对机器人了，还针对了在不了解该地区的人类。

再或是采用“阻碍图像识别”，例如要求用户识别出小猪，但这些小猪可能被制作成卡通形象，或佩戴了太阳镜；更高难度的是，他们要求用户从眼花缭乱的 Magic Eye（如斑点图阵）里，识别出物体或字符。

眼花缭乱的Magic Eye，晕了

如果以上方法都不能解决问题，那么还有这些——

游戏类的 CAPTCHA 也已加入战斗，这种验证需要用户将物体旋转到某个角度或将拼图块移动到位，“游戏指令”可以用文本给出，或者更高级一点，以符号和游戏板的上下文来暗示。还有的研究人员试图使用相机设备或 AR，来进行交互式证明，比如按照指令做个奇怪的姿势或表情什么的。想登录邮箱，先龇牙咧嘴一下。

B站用户登录时的拼图验证

研究员绞尽脑汁也没办法完完全全阻挡住机器人前进的脚步。事实上，许多测试所存在的问题，并不一定是机器人太聪明了。从某种角度理解，这听起来更像是人类对它们的嘲讽。

事实上，人类在语言，文化和经验方面具有极大的多样性，如果忽视这一关键，去制作测试，就会生产出如图像处理这样的粗暴任务。而这种任务正是机器人，或是 AI，将会愈加擅长处理的事情。

1950 年，计算机科学之父艾伦·麦席森·图灵，发明了图灵测试——测试者与被测试者（一个人和一台机器）隔开的情况下，测试者通过一些装置（如键盘）向被测试者随意提问，并轮番更换测试者。多轮测试中，机器需要“蒙蔽”30% 的人类测试者才能通过，并被认为具有人类智能。

2014 年，机器人假扮成了一名英语很差的 13 岁乌克兰男孩尤金·古斯特曼(Eugene Goostman)，参加了图灵测试。结果，它成功骗过了 ３３％ 的人类测试者，首次通过了图灵测试。这个事件震惊全球，但也并不能成为机器人完胜的铁证。毕竟，裁判们只有几分钟时间进行测试，如果时间加长，他们很有可能会发现真相。而图灵测试最原始的法则，在当下也不能够完全适用了。

假扮乌克兰男孩的机器人尤金·古斯特曼

尽管图灵测试存在弊端，但仍被不少人奉为检验机器是否具有智能性的终级标准。现如今 CAPTCHA 成为图灵测试最为广泛的应用，俨然成为了人类与机器的重要竞争项目。

2017 年，潮牌 Supreme 的官网为了对抢货机器人进行管制，启用了 reCAPTCHA，似乎从此往后 Supreme 的粉丝们将会拥抱一个公平的购物环境。但是道高一尺魔高一丈，就在 reCAPTCHA 上线的几个小时后，某 Supreme 专用机器人网站就向官方下了“挑战书”。他们高调地宣布，已开始研究 reCAPTCHA 的破解方案，并将破解工具命名为 2CAPTCHA，仅售价 5 美元。你的艰辛努力，我 5 美元就让它付诸东流！

来呀，battle呀

除了 Supreme，Nike、Adidas 等品牌都在与抢货机器人的斗争中，苦苦挣扎。但机器人的攻势绝不仅局限在消费领域，他们在科学界也得意地举起了胜利的大旗。

也是 2017 年（这是什么倒霉年份），美国的 Vicarious AI 公司在杂志《Science（科学）》发表文章，详细地描述了他们的AI是如何轻松破解CAPTCHA。研究者们向哺乳动物的视觉皮层学习，借鉴了其处理图像的方法，并构建了一套全新的算法。

这套算法可以通过识别物体的轮廓及其表面的平滑度，获取信息并创建关联。经过多次的信息传递，可以在一定程度上实现对目标物体的识别。这套算法的准确性，比其他性能一流的模型高出了 1.9%左右。

Vicarious AI发表的文章

这对 CAPTCHA 提出了更高的要求。Polakis 认为，“CAPTCHA 更需要了解跨文化领域，可以同时与来自希腊、芝加哥、南非、伊朗和澳大利亚的人合作。它应该具有普适性，而不是和某个特定人群捆绑。与此同时，还需要给计算机制造困难。这意味着，人们能做的事情非常有限。”

弄清楚如何快速修复与提升 CAPTCHA，可能又是一个深奥的哲学问题：人类共有、且机器人不可模仿的品质是什么？人类又是什么？

也许，我们的人性不是通过人类是如何执行任务来衡量的。机器人检测公司 Shape Security 的首席技术官 Shuman Ghosemajumder 表示，不管是游戏还是视频形式的 CAPTCHA，最终都会被打破，他更倾向于观察用户的行为，顺着踪迹寻找答案。

Ghosemajumder 说：“一个真正的人类对自己的运动功能，并没有很好的控制能力，所以他们不能在多次交互中连续不断地移动鼠标。但是机器人可以在不移动鼠标的情况下与页面交互，或者非常精确地移动鼠标。这是人类与机器较大的区别。”

是人类还是机器？这是一个问题

谷歌的 CAPTCHA 团队也有类似的思路。去年年底，谷歌宣布的最新版本 reCAPTCHA v3 使用了“自适应风险分析”。团队的产品经理 Cy Khormaee 介绍，谷歌会观察网站上的“正常流量”，以此为标准，来检测“异常流量”，并进行评分。倘若有可疑情况，网站所有者可以选择向被检测用户提出“挑战”，例如密码请求或身份验证。

简而言之，就是通过分析人类的行为特点作出总结，利用这些特点与机器人行为进行比较，以此来判断出用户是人，还是机器人。

reCAPTCHA认证成功

在《最有人性的人》一书中，作者布莱恩·克里斯蒂安对图灵测试比赛提出质疑，他认为在对话中证明你的人性实际上是相当困难的。机器人制造商已经发现了通过测试的秘诀——不是让机器人成为最聪明的谈话者，而是利用逻辑混乱或是拼写错误来回避问题。

因为，人类是会犯错的。

现在看来，世界上使用最广泛的图灵测试 CAPTCHA 会遇到全新的挑战——不是机器人飞速进步的识别能力，而是它们的犯错能力。机器已开始模仿会犯错、误点按钮的人类了。Ghosemajumder 说：“我认为人们已经意识到，AI 更需要模拟一个普通人类，或者愚蠢的人类。”

我们总认为机器人是极度聪明的，但是当它开始出错，和日常的你一样犯迷糊的时候，你还能辨认出站在你身边的，是人还是机器人呢？

参考文章

[1] Josh Dzieza.Why CAPTCHAs have gotten so difficult.The Verge

[2] NOWRE.Supreme官网用上了CAPTCHA,作弊机器人的末日真的来了吗

[3] 云头条.验证码已无效:AI彻底击败图灵测试(CAPTCHA)的安全机制

[4] Wikipedia.reCAPTCHA

原标题：如何证明你是人类，而不是机器人？

来源：AI研究所

编辑：Major Tom

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