[论文解读] Usability Investigation on the Localization of Text CAPTCHAs: Take Chinese Characters as a Case Study

Junnan Yu, Xuna Ma+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2016

User Authentication and Security Systems参考文献 21被引用 8

一句话总结

本研究探讨了基于汉字的文本验证码相较于传统英文字母数字验证码的可用性，分析了认知过程与设计因素。研究发现，汉字验证码的可用性可与英文验证码相媲美，并提出了一套适用于其他语言的系统化设计流程与指南。

ABSTRACT

Text CAPTCHA has been an effective means to protect online systems from spams and abuses caused by automatic scripts which pretend to be human beings. However, nearly all the Text CAPTCHA designs in nowadays are based on English characters, which may not be the most user-friendly option for non-English speakers. Therefore, under the background of globalization, there is an increasing interest in designing local-language CAPTCHA, which is expected to be more usable for native speakers. However, systematic studies on the usability of localized CAPTCHAs are rare, and a general procedure for the design of usable localized CAPTCHA is still unavailable. Here, we comprehensively explored the design of CAPTCHAs based on Chinese characters from a usability perspective: cognitive processes of solving alphanumeric and Chinese CAPTCHAs are analyzed, followed by a usability comparison of those two types of CAPTCHAs and the evaluation of intrinsic design factors of Chinese CAPTCHAs. It was found that Chinese CAPTCHAs could be equally usable comparing with alphanumeric ones. Meanwhile, guidelines for the design of usable Chinese CAPTCHAs were also presented. Moreover, those design practices were also summarized as a general procedure which is expected to be applicable for the design of CAPTCHAs based on other languages.

研究动机与目标

• 评估基于汉字的验证码相较于英文字母数字验证码的可用性。
• 识别影响汉字验证码可用性的内在设计因素。
• 理解解决两类验证码所涉及的认知过程。
• 制定可推广的本地化验证码设计流程，以适用于非英语语言。
• 为希望实现语言特定验证码的开发者提供实用设计指南。

提出的方法

• 开展基于汉字验证码与字母数字验证码的对比可用性研究。
• 通过用户交互观察，分析解决两类验证码所涉及的认知过程。
• 识别并评估汉字验证码的关键内在设计因素，如字符复杂度与视觉失真程度。
• 收集并分析用户性能数据，包括成功率与任务耗时。
• 将研究发现整合为结构化的本地化验证码设计流程。
• 基于实证可用性结果与认知负荷考量，提出设计指南。

实验结果

研究问题

• RQ1 解决汉字验证码的认知过程与解决字母数字验证码的认知过程有何异同？
• RQ2 哪些内在设计因素显著影响汉字验证码的可用性？
• RQ3 汉字验证码能否达到与传统字母数字验证码相当的可用性水平？
• RQ4 本研究可提炼出哪些通用设计原则，以用于其他语言中创建可用的验证码？
• RQ5 语言特定特征如何影响用户在文本验证码任务中的表现与感知？

主要发现

• 在任务完成度与用户表现方面，汉字验证码的可用性与字母数字验证码相当。
• 汉字验证码的认知处理涉及更高的视觉图案识别需求，相较于字母识别。
• 字符复杂度与失真程度等设计因素显著影响用户成功率与任务完成时间。
• 当字符过度风格化或视觉相似度过高时，用户错误率上升。
• 本研究识别出一组设计指南，可在不损害安全性的前提下提升可用性。
• 成功推导并验证了一套适用于其他语言的本地化验证码通用设计流程。