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Node.js结合captchapng与jsonwebtoken实现前后端分离登录验证

作者：岩茶

时间：2026-10-22

浏览：545

本文介绍如何使用Node.js后端结合captchapng库生成四位数字图片验证码，并利用jsonwebtoken实现前后端分离架构下的Token登录验证。教程涵盖React前端组件开发、Session存储验证码、Token生成与持久化以及中间件拦截验证等核心步骤，提供完整代码示例。

文章目录

Node.js结合captchapng与jsonwebtoken实现前后端分离登录验证

提及登录验证，许多人首先会联想到12306网站的验证码机制。为防范恶意刷票行为，12306不断升级验证码识别难度，以至于最终连人工识别都变得极具挑战性。

本文将详细讲解如何在Node.js环境中生成图片验证码，并结合Token机制实现用户登录验证。通过本文，读者将掌握以下核心技能：

1. 利用captchapng库生成图片验证码

2. 借助jsonwebtoken库实现安全的登录验证流程

图片验证码的生成逻辑

一、图片验证码的生成逻辑（文末附完整代码）

首先梳理整体流程：第一步，服务器端需随机生成一个四位数的数字字符串。

第二步，利用Canvas绘图技术将该四位数渲染为图片格式。

第三步，服务器需保存该四位数，以便后续用户提交数据时进行比对验证。

关于存储位置，为了有效区分不同用户，将验证码存入Session是最稳妥的方案。

第一步，我们需要构建一个登录页面。在本示例中，前端依然采用React框架进行开发。

login.tsx


import * as React from 'react'
import * as ReactDom from 'react-dom'
import {Link, browserHistory} from 'react-router';
import * as axios from 'axios';
export default class Login extends React.Component<any,any>{
  constructor(props){
    super(props)
    this.state = {
      userName : '',
      password : '',
      yzNoId  : '',
      hash : Math.random()
    }
  }
  handleUserName(e) : any {
    this.setState({
      userName : e.target.value
    })
  }
  handlePassword(e) : any {
    this.setState({
      password : e.target.value
    })
  }
  handleYzId(e) : any {
    this.setState({
      yzNoId : e.target.value
    })
  }
  render(){
    const { userName, password, yzNoId } = this.state;
    return(
      <div>
        <div className="nav-wrap">
          <ul className="nav">
            <li><Link to="/home">首页</Link></li>
            <li><Link to="/imgLoad">上传</Link></li>
            <li><Link to="/login">登陆</Link></li>
          </ul>
        </div>
        <div className="content">
          <div className="login-warp">
            <p>
              <input type="text" className="username" value={userName} onChange={this.handleUserName.bind(this)} placeholder="用户名"/>
            </p>
            <p>
              <input type="text" className="password" value={password} onChange={this.handlePassword.bind(this)} placeholder="密码"/>  
            </p>  
            <p>
              <input type="text" className="yz" value={yzNoId} onChange={this.handleYzId.bind(this)} placeholder="验证码"/>
              <img src={"http://localhost:3000/captcha"} className="yz-img" />  
            </p>
            <p>
              <input type="button" className="submit" value="登陆" onClick={this.sbumit.bind(this,{userName:userName,password:password,captcha:yzNoId})} /> 
            </p>  
          </div>
        </div>
      </div>
    )
  }
}

页面布局大致如下：

Node.js结合captchapng与jsonwebtoken实现前后端分离登录验证

我们需要通过服务器接口获取一张验证图片以展示给用户。

在router/index.js中添加如下路由代码：


var Login = require('./controller/login');
var login = new Login;
router.get('/captcha', login.captcha);
router.post('/login',login.loginer);
login是定义在控制器的一个类的实例，captcha，loginer是它的方法。分别是返回验证图片、登录验证。
controller/login.js

var rf = require('fs');
var captchapng = require('captchapng');
class Login {
  constructor(){}
  captcha(req, res, next) {
    var str = parseInt(Math.random()*9000+1000);  //随机生成数字
    req.session.captcha = str;  // 存入session
    var p = new captchapng(80, 30, str); //生成图片
    p.color(0, 0, 0, 0);
    p.color(80, 80, 80, 255);
    var img = p.getBase64();
    var imgbase64 = new Buffer(img, 'base64');
    res.writeHead(200, {
      'Content-Type': 'image/png'
    });
    res.end(imgbase64);
  }
  loginer(req, res, next) {
    let captcha = req.body.captcha;
    let userName = req.body.userName;
    let password = req.body.password;
    if (captcha != req.session.captcha) {
      res.status(400).send({
        message: '验证码错误'
      });
    }else if(userName == "chenxuehui" && password == "123321"){
      res.json({"code":100,"verson":true,"msg":"登陆成功","token":token});
    }else{
      res.json({"code":0,"verson":false,"msg":"密码错误"});
    }
  }
}
module.exports = Login

captcha方法负责生成包含四位数字的图片，并将该数字字符串保存至Session中。

在router/index.js中引用上述方法：


router.get('/captcha', login.captcha);

这意味着访问localhost:3000/captcha接口即可返回一张图片。

Node.js结合captchapng与jsonwebtoken实现前后端分离登录验证

有了该链接后，可通过图片的src属性加载图片。但点击刷新时需重新获取，因此需为图片添加点击刷新事件。将以下代码插入login.tsx中：


setHash() {
    this.setState({
      hash : Math.random()
    })
}

img标签结构随之调整为：

具体代码如下：

<img src={"http://localhost:3000/captcha?aaa="+this.state.hash} className="yz-img" onClick={this.setHash.bind(this)} />
 

此时login.tsx的完整代码如下：


import * as React from 'react'
import * as ReactDom from 'react-dom'
import {Link, browserHistory} from 'react-router';
import * as axios from 'axios';
export default class Login extends React.Component<any,any>{
  constructor(props){
    super(props)
    this.state = {
      userName : '',
      password : '',
      yzNoId  : '',
      hash : Math.random()
    }
  }
  public async sbumit(params : any) : Promise<any>{
    let res = await axios.post('http://localhost:3000/login',params);
  }
  handleUserName(e) : any {
    this.setState({
      userName : e.target.value
    })
  }
  handlePassword(e) : any {
    this.setState({
      password : e.target.value
    })
  }
  handleYzId(e) : any {
    this.setState({
      yzNoId : e.target.value
    })
  }
  setHash() {
    this.setState({
      hash : Math.random()
    })
  }
  render(){
    const { userName, password, yzNoId } = this.state;
    return(
      <div>
        <div className="nav-wrap">
          <ul className="nav">
            <li><Link to="/home">首页</Link></li>
            <li><Link to="/imgLoad">上传</Link></li>
            <li><Link to="/login">登陆</Link></li>
          </ul>
        </div>
        <div className="content">
          <div className="login-warp">
            <p>
              <input type="text" className="username" value={userName} onChange={this.handleUserName.bind(this)} placeholder="用户名"/>
            </p>
            <p>
              <input type="text" className="password" value={password} onChange={this.handlePassword.bind(this)} placeholder="密码"/>  
            </p>  
            <p>
              <input type="text" className="yz" value={yzNoId} onChange={this.handleYzId.bind(this)} placeholder="验证码"/>
              <img src={"http://localhost:3000/captcha?aaa="+this.state.hash} className="yz-img" onClick={this.setHash.bind(this)} />  
            </p>
            <p>
              <input type="button" className="submit" value="登陆" onClick={this.sbumit.bind(this,{userName:userName,password:password,captcha:yzNoId})} /> 
            </p>  
          </div>
        </div>
      </div>
    )
  }
}

这样，每次点击img元素时，都会随机生成一个新的hash值，进而触发新图片的加载。

Token登录验证机制

接下来进行登录验证逻辑的开发。

loginer方法用于执行具体的登录验证操作。

该方法获取用户的用户名、密码以及验证码进行逐一比对，最终返回登录是否成功的状态数据。

用户登录成功后，后续访问无需再次登录。传统方案可选Session或Cookie，但鉴于当前已实现前后端分离开发，我们更倾向于构建单页面应用（SPA）配合Ajax交互。Token机制最适合这种开发模式。

Token登录验证机制

Token是一串经过加密的字符串。用户登录成功后，服务器将其返回给用户保存，随后用户在请求接口时均需携带此Token。因此，我们需要对Token进行加密处理。

Json Web Token（JWT）专门用于解决此类问题。其原理不再赘述，核心在于按特定规则生成字符串，并通过解密方式验证。

我们的第一步操作是：

当用户登录成功后，创建一个Token并返回给用户。

第二步：用户获取Token后，应将其存储至本地存储中。

第三步：需编写一个中间件，在每次用户请求时验证其携带的Token是否正确。正确则返回数据，不正确则返回警告。 用户每次请求数据时，需在Header中携带Token。

第一步：回到controller/login.js文件。


var rf = require('fs');
var jwt = require('jsonwebtoken');
var captchapng = require('captchapng');
var Tokens = require('../middleware/token')
var t = new Tokens;
class Login {
  constructor(){}
  captcha(req, res, next) {
    var str = parseInt(Math.random()*9000+1000);  //随机生成数字
    req.session.captcha = str;  // 存入session
    var p = new captchapng(80, 30, str); //生成图片
    p.color(0, 0, 0, 0);
    p.color(80, 80, 80, 255);
    var img = p.getBase64();
    var imgbase64 = new Buffer(img, 'base64');
    res.writeHead(200, {
      'Content-Type': 'image/png'
    });
    res.end(imgbase64);
  }
  loginer(req, res, next) {
    let captcha = req.body.captcha;
    let userName = req.body.userName;
    let password = req.body.password;
    if (captcha != req.session.captcha) {
      res.status(400).send({
        message: '验证码错误'
      });
    }else if(userName == "chenxuehui" && password == "123321"){
      // 设置token
      var datas = {userName:"chenxuehui"}
        //调用../middleware/token 下方法设置
      var token = t.setToken('cxh',300,datas)
      res.json({"code":100,"verson":true,"msg":"登陆成功","token":token});
    }else{
      res.json({"code":0,"verson":false,"msg":"密码错误"});
    }
  }
}

module.exports = Login

此次在loginer方法中加入设置Token的逻辑，并返回给用户。setToken方法用于生成和设置Token。

第二步：用户获取后需保存该Token。

在login.tsx中实现如下：


import * as React from 'react'
import * as ReactDom from 'react-dom'
import {Link, browserHistory} from 'react-router';
import * as axios from 'axios';
export default class Login extends React.Component<any,any>{
  constructor(props){
    super(props)
    this.state = {
      userName : '',
      password : '',
      yzNoId  : '',
      hash : Math.random()
    }
  }
  public async sbumit(params : any) : Promise<any>{
    let res = await axios.post('http://localhost:3000/login',params);
    if(res.data.verson){
      sessionStorage.setItem('token',res.data.token);
      browserHistory.push("/home")
    }
  }
  handleUserName(e) : any {
    this.setState({
      userName : e.target.value
    })
  }
  handlePassword(e) : any {
    this.setState({
      password : e.target.value
    })
  }
  handleYzId(e) : any {
    this.setState({
      yzNoId : e.target.value
    })
  }
  setHash() {
    this.setState({
      hash : Math.random()
    })
  }
  render(){
    const { userName, password, yzNoId } = this.state;
    return(
      <div>
        <div className="nav-wrap">
          <ul className="nav">
            <li><Link to="/home">首页</Link></li>
            <li><Link to="/imgLoad">上传</Link></li>
            <li><Link to="/login">登陆</Link></li>
          </ul>
        </div>
        <div className="content">
          <div className="login-warp">
            <p>
              <input type="text" className="username" value={userName} onChange={this.handleUserName.bind(this)} placeholder="用户名"/>
            </p>
            <p>
              <input type="text" className="password" value={password} onChange={this.handlePassword.bind(this)} placeholder="密码"/>  
            </p>  
            <p>
              <input type="text" className="yz" value={yzNoId} onChange={this.handleYzId.bind(this)} placeholder="验证码"/>
              <img src={"http://localhost:3000/captcha?aaa="+this.state.hash} className="yz-img" onClick={this.setHash.bind(this)} />  
            </p>
            <p>
              <input type="button" className="submit" value="登陆" onClick={this.sbumit.bind(this,{userName:userName,password:password,captcha:yzNoId})} /> 
            </p>  
          </div>
        </div>
      </div>
    )
  }
}

在submit方法中，我们将Token存放至sessionStorage内。

第三步：设置中间件，在每次请求接口时验证Token，若解析成功则将其加入请求头。

./middleware/token.js


var jwt = require('jsonwebtoken');
class Tokens {
  constructor(){}
  testToken(req,res,next) {
    var token = req.body.token || req.query.token || req.headers['x-access-token'];
       
    if(token) {
            //存在token，解析token
      jwt.verify(token, 'cxh' , function(err,decoded) {
        if(err) {
                   // 解析失败直接返回失败警告
          return res.json({success:false,msg:'token错误'})
        }else {
                   //解析成功加入请求信息，继续调用后面方法
          req.userInfo = decoded;
          next()
        }
      })
    }else {
      return res.status(403).send({success:false,msg:"没有token"})
    }
  }
  setToken(name,time,data) {
    var jwtSecret = name;
    var token = jwt.sign(data, jwtSecret, {
      expiresIn: time
    })
    return token;
  }
}
module.exports = Tokens

testToken方法用于验证Token，setToken方法用于设置Token。

假设用户未登录，请求状态如下：

Node.js结合captchapng与jsonwebtoken实现前后端分离登录验证

在router/index.js中配置如下：


var express = require('express');
var router = express.Router();
var rf = require('fs');
var Login = require('./controller/login');
var Tokens = require('./middleware/token')
var t = new Tokens;
var login = new Login;
//主页
router.get('/', function(req, res, next) {
  res.render("wap/index")
});
//获取图片验证码
router.get('/captcha', login.captcha);
//登录验证
router.post('/login',login.loginer);
//请求数据时 t.testToken 验证token
router.post('/list',t.testToken,function(req, res, next){
  res.json({
    //在请求信息里面拿到数据
    username : req.userInfo.userName,
    success : true,
    result : [
      {
        name:'1111111'
      },
      {
        name :'22222'
      }
    ]
  })
})
module.exports = router;

我们在另一个页面调用list接口进行测试。


import * as axios from 'axios';
import { transToken } from '../decorator/index'


class Home extends React.Component<any,any>{
  constructor(props){
    super(props)
    this.state = {
      data : ''
    }
  }
  async getList(): Promise<any>{
    let token = sessionStorage.getItem('token');
    const config = {
     // 请求头信息
     headers: {'x-access-token': token}      
    }
    let res = await axios.post('http://localhost:3000/list',{},config);
    if(!res.data.success){
      browserHistory.push('/login');
      return;
    }
    this.setState({
      data : res.data
    })
  }
  render(){
    const { data } = this.state;
    return(
      <div>
        <div className="nav-wrap">
          <ul className="nav">
            <li><Link to="/home">首页</Link></li>
            <li><Link to="/imgLoad">上传</Link></li>
            <li><Link to="/login">登陆</Link></li>
          </ul>
        </div>
        <div className="content">
          Home
          <span onClick={this.getList.bind(this)}>获取数据</span>
          <div>{
            data ? data.result.map( (val,k) => {
              return <li key = {k}>{val.name}</li>
            }) : null
          }</div>
        </div>
      </div>
      
    )
  }
}
export default Home

当调用getList时，若此时未登录，res.data.success将为false，从而跳转至登录页。

全部代码展示：

Node.js后端部分

app.js


var express = require('express');
var path = require('path');
var favicon = require('serve-favicon');
var logger = require('morgan');
var cookieParser = require('cookie-parser');
var bodyParser = require('body-parser');
var session = require("express-session");
var ejs = require('ejs');

var index = require('./routes/index');


var app = express();

// view engine setup
app.set('views', path.join(__dirname, 'views'));
// app.set('view engine', 'jade');
app.engine('html', ejs.__express);
app.set('view engine', 'html');
app.use(session({
  secret:"dabao",
  resave:false,
  saveUninitialized:true,
  cookie:{}
}));
// uncomment after placing your favicon in /public
//app.use(favicon(path.join(__dirname, 'public', 'favicon.ico')));
app.use(logger('dev'));
app.use(bodyParser.json());
app.use(bodyParser({limit: 5000000}));
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }));
app.use(cookieParser());
app.use(express.static(path.join(__dirname, '')));

app.use('/', index);


// catch 404 and forward to error handler
app.use(function(req, res, next) {
 var err = new Error('Not Found');
 err.status = 404;
 next(err);
});

// error handler
app.use(function(err, req, res, next) {
 // set locals, only providing error in development
 res.locals.message = err.message;
 res.locals.error = req.app.get('env') === 'development' ? err : {};

 // render the error page
 res.status(err.status || 500);
 res.render('error');
});

module.exports = app;

index.js


var express = require('express');
var router = express.Router();
var rf = require('fs');
var Login = require('./controller/login');
var Tokens = require('./middleware/token')
var t = new Tokens;
var login = new Login;
/* GET home page. */
router.get('/', function(req, res, next) {
  res.render("wap/index")
});
router.post('/upLoadImg',function(req,res,next){
  let imgData = req.body.imgData;
  console.log(imgData)
  let base64Data = imgData.replace(/^data:image\/\w+;base64,/, "");
  let dataBuffer = new Buffer(base64Data, 'base64');
  let timer = Number( new Date() );
  console.log(timer)
  rf.writeFile("views/images/artCover"+timer+".png",dataBuffer, function(err) {
    if(err) {
     res.json({"code":400,"verson":false,"msg":err});
    }else {
     res.json({"code":100,"verson":true,"url":"views/src/common/images/artCover/"+timer+".png"});
    }
  });
})
router.get('/captcha', login.captcha);
router.post('/login',login.loginer);
router.post('/list',t.testToken,function(req, res, next){
  // 先解析token 
  console.log(req.userInfo)
  res.json({
    username : req.userInfo.userName,
    success : true,
    result : [
      {
        name:'1111111'
      },
      {
        name :'22222'
      }
    ]
  })
})
module.exports = router;

controller/login.js


var rf = require('fs');
var jwt = require('jsonwebtoken');
var captchapng = require('captchapng');
var Tokens = require('../middleware/token')
var t = new Tokens;
class Login {
  constructor(){}
  captcha(req, res, next) {
    var str = parseInt(Math.random()*9000+1000);  //随机生成数字
    req.session.captcha = str;  // 存入session
    var p = new captchapng(80, 30, str); //生成图片
    p.color(0, 0, 0, 0);
    p.color(80, 80, 80, 255);
    var img = p.getBase64();
    var imgbase64 = new Buffer(img, 'base64');
    res.writeHead(200, {
      'Content-Type': 'image/png'
    });
    res.end(imgbase64);
  }
  loginer(req, res, next) {
    let captcha = req.body.captcha;
    let userName = req.body.userName;
    let password = req.body.password;
    if (captcha != req.session.captcha) {
      res.status(400).send({
        message: '验证码错误'
      });
    }else if(userName == "chenxuehui" && password == "123321"){
      // 设置token
      var datas = {userName:"chenxuehui"}
      var token = t.setToken('cxh',300,datas)
      res.json({"code":100,"verson":true,"msg":"登陆成功","token":token});
    }else{
      res.json({"code":0,"verson":false,"msg":"密码错误"});
    }
  }
}
module.exports = Login

middleware/token.js


var jwt = require('jsonwebtoken');

class Tokens {
  constructor(){}
  testToken(req,res,next) {
    var token = req.body.token || req.query.token || req.headers['x-access-token'];

    if(token) {
      jwt.verify(token, 'cxh' , function(err,decoded) {
        if(err) {
          return res.json({success:false,msg:'token错误'})
        }else {
          req.userInfo = decoded;
          next()
        }
      })
    }else {
      return res.status(403).send({success:false,msg:"没有token"})
    }
  }
  setToken(name,time,data) {
    var jwtSecret = name;
    var token = jwt.sign(data, jwtSecret, {
      expiresIn: time
    })
    return token;
  }
}
module.exports = Tokens

React前端部分

login.tsx


import * as React from 'react'
import * as ReactDom from 'react-dom'
import {Link, browserHistory} from 'react-router';
import * as axios from 'axios';
export default class Login extends React.Component<any,any>{
  constructor(props){
    super(props)
    this.state = {
      userName : '',
      password : '',
      yzNoId  : '',
      hash : Math.random()
    }
  }
  public async sbumit(params : any) : Promise<any>{
    let res = await axios.post('http://localhost:3000/login',params);
    if(res.data.verson){
      sessionStorage.setItem('token',res.data.token);
      browserHistory.push("/home")
    }
  }
  handleUserName(e) : any {
    this.setState({
      userName : e.target.value
    })
  }
  handlePassword(e) : any {
    this.setState({
      password : e.target.value
    })
  }
  handleYzId(e) : any {
    this.setState({
      yzNoId : e.target.value
    })
  }
  setHash() {
    this.setState({
      hash : Math.random()
    })
  }
  render(){
    const { userName, password, yzNoId } = this.state;
    return(
      <div>
        <div className="nav-wrap">
          <ul className="nav">
            <li><Link to="/home">首页</Link></li>
            <li><Link to="/imgLoad">上传</Link></li>
            <li><Link to="/login">登陆</Link></li>
          </ul>
        </div>
        <div className="content">
          <div className="login-warp">
            <p>
              <input type="text" className="username" value={userName} onChange={this.handleUserName.bind(this)} placeholder="用户名"/>
            </p>
            <p>
              <input type="text" className="password" value={password} onChange={this.handlePassword.bind(this)} placeholder="密码"/>  
            </p>  
            <p>
              <input type="text" className="yz" value={yzNoId} onChange={this.handleYzId.bind(this)} placeholder="验证码"/>
              <img src={"http://localhost:3000/captcha?aaa="+this.state.hash} className="yz-img" onClick={this.setHash.bind(this)} />  
            </p>
            <p>
              <input type="button" className="submit" value="登陆" onClick={this.sbumit.bind(this,{userName:userName,password:password,captcha:yzNoId})} /> 
            </p>  
          </div>
        </div>
      </div>
    )
  }
}

home.js 获取列表信息


import * as React from 'react'
import * as ReactDom from 'react-dom'
import {Link, browserHistory} from 'react-router';
import * as axios from 'axios';
class Home extends React.Component<any,any>{
  constructor(props){
    super(props)
    this.state = {
      data : ''
    }
  }
  async getList(): Promise<any>{
    let token = sessionStorage.getItem('token');
    const config = {
     // 请求头信息
     headers: {'x-access-token': token}      
    }
    let res = await axios.post('http://localhost:3000/list',{},config);
    if(!res.data.success){
      browserHistory.push('/login');
      return;
    }
    this.setState({
      data : res.data
    })
  }
  render(){
    const { data } = this.state;
    return(
      <div>
        <div className="nav-wrap">
          <ul className="nav">
            <li><Link to="/home">首页</Link></li>
            <li><Link to="/imgLoad">上传</Link></li>
            <li><Link to="/login">登陆</Link></li>
          </ul>
        </div>
        <div className="content">
          Home
          <span onClick={this.getList.bind(this)}>获取数据</span>
          <div>{
            data ? data.result.map( (val,k) => {
              return <li key = {k}>{val.name}</li>
            }) : null
          }</div>
        </div>
      </div>
      
    )
  }
}
export default Home

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