如何将CAPTCHAs添加到Android APP

如果你正在开发需要与后端服务器进行交互的Android APP，那么你必须采取措施来与bots对抗，bots是自动化的脚本，这种脚本尝试假扮人类以通过验证。否则的话，你的服务器可能因频繁过度访问而崩溃。

CAPTCHAs(Completely Automated Public Turing tests for telling Computers and Humans Apart的简写)目前是防御bots的最有效方式。你可能已经知道，它们通常是对人类很容易的图像，语音或常识测试，但这种测试对计算机却非常困难。

在本教程中，我将展示如何使用新发布的SafetyNet  reCAPTCHA API将CAPTCHAs添加到你的Android APP。

准备工作

为了保持与本文的一致，你需要下列内容：

• Android Studio 3.0 Canary 4或更高版本
• 运行Android 4.4或更高版本的设备或模拟器
• Node.js 8.1.3或更高版本

1.项目设置

启动Android Studio并创建带有空activity的新项目。在配置新的项目的表单中，确保输入有意义的包名称 - 因为这个包名会在使用reCAPTCHA服务注册APP时使用。

另外，勾选Include Kotlin Support。因为Kotlin现在是Android官方语言，所以我们将在本教程中使用它而不是Java。

SafetyNet API是Google Play服务的一部分。要在项目中使用它们，请将以下implementation 依赖项添加到app module级的build.gradle文件中：

implementation 'com.google.android.gms:play-services-safetynet:11.0.2'

另外，我们将使用Fuel库来执行与网络相关的操作，该库具有非常简洁的基于Kotlin的API。因此，将其添加为另一个  implementation 依赖项。

implementation 'com.github.kittinunf.fuel:fuel-android:1.8.0'

因为有网络相关的操作，我们需要添加INTERNET 权限，因此请将以下行添加到项目的清单文件中：

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>

最后，点击“ 立即同步”  按钮完成项目配置。

2.获取reCAPTCHA键

你需要两个密钥才能使用reCAPTCHA服务：

• 一个网站密钥，必须从你Android APP传递给该服务
• 一个秘密密钥，必须从后端服务器传递给服务

要获取密钥，请使用你的Google帐户登录到reCAPTCHA管理控制台。如果你是第一次打开控制台，则会自动显示一个简短的注册表单，您可以在其中输入应用的包名称。

你接受reCAPTCHA服务条款后，请继续按“ 注册”按钮生成两个密钥。

将网站密钥添加到res/values/strings.xml文件，即将网站密钥添加到Android Studio项目中。

<string name="my_site_key">ABCDEFGHIJKLMNOPQ1234567890</string>

我们将在本教程结尾处使用秘密密钥，所以你需要把秘密密钥放在安全的地方。

3.生成CAPTCHAs

当我们听到CAPTCHA这个词时，我们通常会想到难以读取的字母和数字。然而，由于计算机视觉技术的进步，这样的CAPTCHAs已经无法阻止所有bots了。

由reCAPTCHA服务产生的CAPTCHA是非常先进和可交互的。事实上，通过它们的验证类似于玩简单的游戏。 因此，你无法直接将其添加到activity的布局文件中。你必须在布局中添加一个按钮，当按下该按钮时，应该将用户引导到包含CAPTCHA的新界面或对话框。

以下代码显示了如何向XML布局文件中添加Button控件：

<Button
    android:id="@+id/are_you_human_button"
    android:layout_width="wrap_content"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:layout_centerHorizontal="true"
    android:layout_centerVertical="true"
    android:text="Are you human?" />

在开始生成CAPTCHAs之前，你必须初始化SafetyNet API的客户端。 你可以调用SafetyNet类的getClient()方法来实现。在Activity类的onCreate()方法中添加以下代码：

val myClient: SafetyNetClient = SafetyNet.getClient(this)

当用户按下按钮时，CAPTCHA必须显示，所以使用setOnClickListener()方法添加一个点击事件来处理。在处理程序中，你需要做的就是调用verifyWithRecaptcha()方法，并将网站密钥作为参数传递给它，以便打开包含人机验证码的对话框。

verifyWithRecaptcha()方法返回一个Task 对象。 通过将一个成功的事件处理程序附加到它，你将获取一个包含令牌的RecaptchaTokenResponse对象，你可以使用该对象来判断用户是否通过了CAPTCHA或失败了。过程如下：

are_you_human_button.setOnClickListener {
    myClient
    .verifyWithRecaptcha(resources.getString(R.string.my_site_key))
    .addOnSuccessListener { successEvent ->
        val token: String = successEvent.tokenResult

        // More code here
    }
}

4.验证CAPTCHA令牌

你在上一步中获得的令牌必须再次传递给reCAPTCHA服务，以检查用户是否通过或未通过测试。但是，这次必须由后端服务器调用reCAPTCHA服务。

服务器当然不会有令牌，除非你的Android APP发送给它了。因此，我们现在必须编写代码，将Android APP的令牌发送到服务器。

现在，假设我们的服务器有一个叫validate的端点，它可以接受令牌作为查询字符串参数。我将使用10.0.2.2作为服务器的IP地址，8000作为端口。 如果你打算在自己的计算机上运行服务器，并在同一台计算机上运行的仿真器上运行该APP，那么也可以使用相同的IP地址。

val serverURL: String = "http://10.0.2.2:8000/validate"

你现在可以调用Fuel库提供的httpGet()方法将令牌发送到服务器。该方法期望查询字符串参数列表作为其唯一参数，因此建议你使用listOf()方法创建一个包含单个项目的列表，那单个项目为：分配给查询参数名为user_token的令牌。

因为httpGet()方法是异步运行的，你必须调用responseString()方法才能处理其返回值。步骤如下：

serverURL.httpGet(listOf("user_token" to token))
    .responseString { request, response, result ->
        // More code here
    }

你可以看到我们现在可以访问一个result对象。如果没有错误，它将包含服务器响应的字符串。

如果用户通过测试，我们的服务器返回“PASS”字符串，否则返回“FAIL”字符串。当用户通过测试或失败时，你可以根据自己的需要做相应的处理。 现在，我建议你显示相应的Toast消息。代码实现：

result.fold({ data ->
    if(data.contains("PASS"))
        Toast.makeText(baseContext,
                "You seem to be a human.",
                Toast.LENGTH_LONG).show()
    else
        Toast.makeText(baseContext,
                "You seem to be a bot!",
                Toast.LENGTH_LONG).show()
}, { error ->
    Log.d("ERROR", "Error connecting to the server")
})

现在，APP已经准备就绪。你可以运行了。

5.创建服务器

在较早的步骤中，我们对Web服务器做了很多假设。在前面那些假设的前提下，开始创建它吧。

快捷方便地创建功能齐全的Web服务器的方法是使用Node.js平台和Express.js框架。想要创建一个新的Node.js项目，先在计算机上创建一个新目录并运行npm init。

mkdir my_web_server
cd my_web_server ; npm init -y

要将Express框架添加到项目中，可以使用npm install 命令。

npm install --save express

另外，我们需要Request包来与reCAPTCHA服务进行通信。因此，添加对Request包的依赖。

npm install --save request

你现在可以使用自己喜欢的代码编辑器来创建一个名为index.js的新文件， 并开始编写服务器端代码。

首先加载express和request模块，后者使用了require()方法，然后通过调用express()方法创建一个新的Express应用程序。

const express = require('express');
const request = require('request');

const myApp = express();

我们的Express应用程序必须具有一个叫validate的端点，这个端点可以通过HTTP GET方法来访问。因此，使用get()方法来创建新路由 ：

myApp.get('/validate', function(req, resp) {
    // More code here
});

要验证Android应用生成的令牌，你必须向reCAPTCHA服务发出POST请求。该请求必须包含你的密钥和令牌本身。 以下代码展示了通过从查询字符串中提取令牌来构建POST请求体：

const postData = {
    secret: '1234567890-abcdefghijklmnopqr',
    response: req.query.user_token
};

要进行真正的POST请求，可以调用request模块中post()方法  。服务器响应是一个包含success键的短JSON文档。机智如你，如果用户通过了测试，该success键的值才为true。

以下代码显示了如何解析JSON文档，提取success键，并生成Android APP需要的“PASS”和“FAIL”响应：

request.post({
    url: 'https://www.google.com/recaptcha/api/siteverify',
  form: postData
}, function(error, response, body) {
	jsonData = JSON.parse(body); // Parse the JSON document
    
	if(jsonData.success) { // User passed the test
		resp.send('PASS');
	} else { // User didn't pass the test
		resp.send('FAIL');
	}
    
});

最后，你必须调用Express应用程序对象的listen()方法来监听连接。

myApp.listen(8000);

现在我们的web服务器已经准备好了。开启服务器，在终端输入如下命令：

node index.js

如果你现在运行了Android APP，请点击按钮，并成功通过人机验证，然后你应该会看到一条Toast消息，告诉你是人操作而不是机器操作的。

结语

你现在知道如何使用SafetyNet reCAPTCHA API来保护你的Android APP和后端基础设施免受bots攻击了。你再也不必担心自动注册，界面卡顿或bots产生的垃圾邮件了。

想了解有关reCAPTCHA API的更多信息，请参阅官方文档。

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