Вспомнить мир без сканеров отпечатков пальцев и других средств биометрической аутентификации в смартфонах достаточно сложно. До их массового распространения большинство из нас просто не использовало защиту для разблокировки своих гаджетов, а все остальные по-настоящему издевались над собой регулярным вводом паролей или рисованием графических ключей. Более того, это же повторялось во время использования банковских и других приложений, конфиденциальность данных внутри которых всегда была на первом месте. Когда думаешь обо всем этом, начинает портиться настроение и дергаться левый или правый глаз (на выбор).
Самым популярным средством биометрической аутентификации сегодня остаются именно сканеры отпечатков пальцев, нормальные варианты которых в мир современной пользовательской электроники привнесла именно компания Apple. Многие уверены, что до настоящего момента она уже успела отказаться от подобных сенсоров, но это не так. Компания до сих пор использует их в iPad без приставки Pro и даже, судя по слухам, хочет выпустить новенький iPhone 9 как раз со считывателем конечностей. Собственно, вот и повод, чтобы вспомнить прошлое сканеров отпечатков пальцев, посмотреть на их настоящее и заглянуть в будущее.
Короткая история сканеров отпечатков пальцев в наших гаджетах
Главным толчком для сканеров отпечатков пальцев в смартфонах стал выход iPhone 5s, который представили в сентябре 2013 года, — почти семь лет назад. До этого данный метод биометрической аутентификации в гаджетах практически не использовался. Тем не менее, многие ждали его в смартфонах Apple куда раньше. Компания закрепила за собой соответствующий сенсор с помощью патента еще в 2008-м, но потратила целых пять лет, чтобы довести технологию до ума. В итоге сканер отпечатков пальцев назвали достаточно просто — Touch ID. Именно слово «просто» здесь очень уместно, ведь до этого все было слишком сложно.
Вообще, сканеры отпечатков пальцев первоначально начали появляться отнюдь не в смартфонах. Одним из первых устройств с данным методом аутентификации стал ноутбук Acer TravelMate 739TLV. Просто представьте, чтобы распознать палец, ему требовалось больше десяти секунд. Конечно, за это время более-менее опытный пользователь мог несколько раз ввести пароль от компьютера даже с закрытыми глазами. В 2002-м компания Hewlett Packard выпустила карманный компьютер HP iPAQ H5400 с аналогичным неуклюжим сенсором, который также не вызвал бурю восторженных отзывов. Долго, дорого — претензий хватало.
В более-менее современных смартфонах сканер отпечатков пальцев одним из первых появился в Motorola Atrix 4G. Сенсор был совмещен с кнопкой питания и располагался на верхней грани устройства. Его можно было настроить под указательный палец правой или левой руки — да, тогда гаджеты были достаточно маленькими, чтобы дотянуться до подобного элемента управления таким образом. Чтобы сканер распознал палец, его к нему мало было просто приложить. После прикосновения к площадке, экран загорался, а после этого нужно было еще и провести по ней подушечкой. После этого гаджету нужно было еще полсекунды на считывание и анализ.
Назвать подобную реализацию удобной нельзя даже с большой натяжкой — слишком медленно. Куда быстрее было просто нажать на кнопку питания, а потом ввести четырехзначный пароль. Более того, такой сканер мог не срабатывать при «неправильной» скорости вождения по нему пальцем. Да и расположение было не самым удачным — попробовать его можно было только при стандартном хвате гаджета, который, как показывает практика, не всегда возможен. В общем, до iPhone 5s с его быстрым и точным Touch ID в кнопке «Домой» ничего толкового не было. Он стал небольшой революцией именно из-за скорости и удобства.
После iPhone 5s Apple обновляла Touch ID, делая его еще более быстрым — ее сканер считался эталонным, даже когда конкуренты заполнили рынок аналогичными решениями. Но с выходом iPhone X в 2017 году компания дала ясно понять, что приостанавливает его развитие. Главной фишкой этого устройства стал Face ID — сканер лица, который разместился в вырезе экрана. До сих пор он остается одним из самых надежных, точных и удобных решений для биометрической аутентификации. Тем не менее, другие производители не стали отказываться от сканера отпечатков вслед за Apple и продолжили его активное развитие.
Где могут располагаться сканеры отпечатков пальцев в смартфонах
Первоначально по примеру пресловутого iPhone 5s сканеры отпечатков пальцев располагались на передней панели. В этом нет ничего удивительного, ведь в то время борьба за максимальную площадь экрана еще не велась, и места хватало с головой. Тем не менее, потом в Google решили отказаться от физических кнопок под дисплеем и добавили в Android возможность использования виртуальных аналогов — подтянулись и технологии. В итоге экраны вытеснили с передних панелей смартфонов любые дополнительные элементы — многим компаниям даже логотипы свои пришлось убрать, что уж говорить про сканеры. Их перенесли.
На передней панели. Как ни странно, сканеры отпечатков пальцев на передней панели до сих пор можно считать актуальными. Большинство компаний нашло для них другое место, но многие остаются верными своим традициям. Яркий пример — все та же Apple. Начнем с того, что она до сих пор выпускает iPhone 8 и iPhone 8 Plus с Touch ID в кнопке «Домой» под экраном. А закончить можно тем, что это же расположение для сенсора компания, скорее всего, сохранит и в iPhone 9. Речь про пресловутое продолжение для iPhone SE, которое станет недорогим идейным наследником именно «восьмерок».
На задней панели. Куда перенести сканер отпечатков пальцев, если вся (ну, почти) передняя панель уже занята экраном? Очевидным решением оказалось использование задней, на которой кроме набора из камер дополнительное пространство ни для чего и не нужно. Сегодня сканер на «заднике» — удел недорогих смартфонов вроде HONOR 10i и ему подобных. У данного подхода один главный недостаток — такой сенсор становится бесполезным, если гаджет лежит на столе или стоит на держалке в автомобиле. Собственно, именно поэтому в более дорогом сегменте на заднюю панель сканер отпечатков пальцев не ставят.
На боковых гранях. Компромиссом между неудобной задней и полностью занятой передней панелью для многих производителей оказались боковые грани. Это решение не стало массовым, но некоторые компании начали встраивать сканеры отпечатков пальцев в кнопки питания. Роль примера снова выполнит детище суббренда Huawei — смартфон HONOR 20. Сенсор, который умеет распознавать рисунок на коже, в нем как раз расположился в клавише включения. Это оказалось немного более удобно, чем сзади, но весь ворох вопросов по юзабилити не закрыло. На передней панели было бы куда удобнее, но там нет места.
Прямо в экране. Одним из первых смартфонов с сенсором отпечатков пальцев, который удалось спрятать прямо в экран (на самом деле, он находится под матрицей), оказался Vivo NEX. Этот гаджет-прототип вышел летом 2018 года и удивил. Тем не менее, тогда быстро стало понятно, что технология новая, не до конца обкатанная и требует доработки. Скорость срабатывания таких сенсоров уже достигла комфортного уровня, но к их безопасности до сих пор есть вопросы. В сети то и дело всплывают новости про взлом подобных решений с помощью трехмерных копий пальцев и даже защитной пленки (привет, Samsung Galaxy S10).
Чем отличаются емкостные, оптические и ультразвуковые сканеры
Оптический, емкостный, тепловой, ультразвуковой, радиочастотный и так далее — технологий сканеров отпечатков пальцев на рынке более чем достаточно. В большей степени, именно от их выбора зависит точность срабатывания сенсора и распознавания пальца. Тем не менее, нельзя упускать из вида и производительность гаджета, которая также играет не самую последнюю роль. От процессора не в последнюю очередь зависит то, насколько быстро устройство узнает своего владельца по пальцу. А вот тройка из основных технологий отпечатков пальцев — однозначно сказать, какой дактилоскопический сканер лучше, нельзя.
Емкостные. Такие сканеры отпечатков пальцев работают на базе массивов конденсаторов, которые хранят электрический заряд. Во время прикосновения пальца к сенсору, заряд каждого конкретного конденсатора меняется, и после анализа всей их сети появляется возможность создать рисунок отпечатка. Выпуклые места на коже явно меняют состояние заряда, а впадины оставляются его практически без изменений — вот и вся «математика». Именно эту технологию компания Apple использует в своих смартфонах, которые оборудованы Touch ID. Она до сих пор считается самой распространенной.
В числе очевидных преимуществ данной технологии — высокая точность, до которой практически не дотягиваются другие решения. Но есть у нее и недостатки. Главный — сегодня ее невозможно встроить в экран, и это делает ее неактуальной для большинства современных гаджетов.
Оптические. Судя по названию, не так сложно догадаться, что данный метод биометрической аутентификации основан на захвате оптического изображения отпечатка пальца. Если утрировать, то сенсор, использующий данную технологию, фотографирует рисунок на коже во время прикосновения и сравнивает его с тем, который был сохранен во время настройки. Для работы такого сканера необходима подсветка — именно поэтому во время его использования экран загорается ярким (обычно зеленым) цветом. Явный пример смартфона, который использует данную технологию, — Xiaomi Mi 9 со сканером отпечатков пальцев в экране.
В числе достоинств данной технологии — небольшая себестоимость, и именно поэтому ее используют в относительно недорогих смартфонах. Среди недостатков нашлось место для не самой высокой безопасности. Так как технология работает с 2D-изображением, обмануть ее проще, чем конкурентов.
Ультразвуковые. Эта относительно новая технология считывания отпечатков пальцев, которая только начинает набирать популярность. Для определения рисунка на коже пальцев во время прикосновения она отправляет в их стороны ультразвук и считывает сигналы, которые вернулись обратно. При длительном сканировании с помощью данного метода вообще можно создать точную трехмерную модель пальца. Тем не менее, и быстрого вполне достаточно для безопасной аутентификации. Яркий представитель «жанра» — Samsung Galaxy Note10, который отличается и другими топовыми технологиями.
В числе преимуществ данного решения — высокая точность. А вот недостатков пара: технология достаточно новая, поэтому иногда «радует» не самой стабильной работой, а еще она все еще очень дорогая, поэтому используется только в топовых решениях компаний из негласной группы AAA.
Какие алгоритмы используют сканеры отпечатков в смартфонах
На одном только сканировании отпечатков пальцев работа технологии не заканчивается. После того, как сенсор создал изображение кожи на пальцах, его еще нужно сравнить с эталонным. Здесь есть два нюанса, которые используют практически все производители смартфонов.
Во-первых, обычно алгоритм подтверждения отпечатка пальца не берет в учет весь его целиком. Зачастую ему достаточно найти мелкую уникальную деталь, которая не повторяется. Именно ее по примеру эталона он ищет во всех складках кожи, которая оказывается на сенсоре. Это экономит как время, так и энергию.
Во-вторых, для хранения эталонного изображения нужно специальное место в памяти смартфона, к которому не будет доступа у приложений и недоброжелателей. У Apple это Secure Enclave, а у Qualcomm — Secure MCM. Это отдельные части головного чипа со всеми такими данными.
Почему производители не отходят от сканеров отпечатков пальцев
Как уже говорилось выше, не так давно Apple частично отказалась от сенсоров отпечатков пальцев в пользу сканеров лица. Возникает вопрос, почему конкуренты не торопятся следовать ее примеру. Дело в компании Google, которая не спешила добавлять определение лица в доверенные методы аутентификации.
Xiaomi Mi 8 (Источник: ePHOTOzine)
Яркий пример — Xiaomi Mi 8, в котором появился продвинутый сканер лица уровня Face ID из iPhone X. Тем не менее, кроме разблокировки устройства ничего интересного с помощью него делать нельзя было. Поэтому уже в Xiaomi Mi 9 компания перешла на более примитивные методы распознавания по лицу.
Сейчас с помощью Face ID можно не просто разблокировать iPhone, но и зайти в любые банковские и другие защищенные приложения. До недавнего времени Google разрешала делать все это же только с помощью отпечатка пальца. Только в Pixel 4 с его продвинутым сканером лица открылся доступ разблокировке всего и вся с его помощью. Есть вероятность, что в дальнейшем будут появляться смартфоны на Android, которые также будут использовать эту фишку. Вот только, сейчас уже очевидно, что сенсоры пальцев сегодня у производителей стоят на первом месте — их будто делают в противовес главному конкуренту.
Подводя итоги: перспективы развития всех методов аутентификации
Сегодня нет хоть сколько-то значимых слухов по поводу возникновения новых методов биометрической аутентификации. Именно поэтому, скорее всего, производители сконцентрируются на двух актуальных: лицо и пальцы. У Samsung еще были находки в сканировании сетчатки глаза, но пока она работает слишком медленно и не всегда уверенно. Есть вероятность, что
подэкранный вариант Touch ID возьмут на вооружение и в Apple. Тем не менее, от Face ID в пользу него в ближайшее время компания вряд ли полностью откажется — вероятно, будет использовать сразу две системы, как конкуренты.
- Запуск виртуального ядерного реактора и другие новейшие достижения российской науки
- Трассировка лучей появляется в смартфонах: что собой представляет и чего ждать
- Производители электрокаров врут: как измеряется запас хода и почему он всегда завышен
- ИИ вместо психолога и дирижабль для Арктики: изобретения России в августе
- Cпутниковая система и компактный ускоритель частиц: изобретения России в июне
Оценка этой статьи по мнению читателей:
Подумать только, еще каких-то 5-6 лет назад сканеры отпечатков пальцев можно было встретить лишь на самых дорогих флагманских смартфонах, да и те работали крайне плохо. Вспомнить хотя бы сканер на Samsung Galaxy S5, по которому нужно было проводить пальцем, повторяя безуспешно раз за разом одно и то же движение.
А сегодня эти датчики установлены даже на самых бюджетных аппаратах и работают они просто безупречно! Правда, не всегда. И ситуация становится сложнее еще от того, что цена смартфона не прямо пропорциональна качеству, надежности и стабильности используемого сканера отпечатков пальцев.
Так в чем же дело? Чем отличаются современные сканеры и как они работают? Обо всем этом мы и поговорим дальше.
Виды современных сканеров отпечатков пальцев
Сегодня на смартфонах используется 3 основных вида сканеров: емкостные, оптические и ультразвуковые. Отличаются они способом получения картинки и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Но прежде, чем поговорить о сканерах, позвольте задать простой вопрос — что же именно эти сканеры пытаются сканировать? Очевидный и не совсем правильный ответ — отпечаток пальца. На самом деле, сканировать и анализировать большой отпечаток не совсем удобно и эффективно.
Во-первых, пользователь прикладывает каждый раз палец к сканеру по-разному. Иногда датчику удается захватить лишь небольшую часть пальца, также результат будет отличаться от силы, с которой прижимается палец к сканеру. Более того, небольшие порезы или другие травмы могут незначительно изменять общую картинку. И, тем не менее, смартфон успешно разблокируется.
Во-вторых, смартфоны не хранят фотографии ваших отпечатков и не накладывают при каждом сканировании сделанный снимок на сохраненную ранее копию.
Вместо этого в каждом отпечатке смартфон пытается найти определенные уникальные признаки или контрольные точки. Если внимательно посмотреть на сам отпечаток, то помимо знакомых нам линий (называются они папиллярным узором), можно заметить другие интересные вещи:
Как видим, на отпечатке одни линии разветвляются, другие просто прерываются, а третьи выглядят как небольшие островки. Все это можно изобразить схематически следующим образом:
Смартфон пытается найти такие особые точки (их называют минуциями) на каждом конкретном отпечатке. Минуции являются уникальными признаками и один отпечаток может содержать более 70 минуций.
Соответственно, чем выше качество сканирования и чем большее число раз пользователь сканирует один и тот же отпечаток, немного смещая палец в стороны, тем большее количество минуций получает смартфон для дальнейшего анализа. Зачастую, именно эти особые признаки, а не снимки отпечатков, и сохраняются.
Вся разница между различными типами сканеров отпечатков пальцев заключается в том, каким именно образом они получают снимок пальца для дальнейшей работы:
- Емкостный сканер использует для этого электричество
- Ультразвуковой сканер использует звук
- Оптический сканер получает изображение с помощью света
Теперь давайте немного подробнее остановимся на каждом из них.
Емкостный сканер отпечатка пальца
Такой сканер состоит из множества крошечных токопроводящих пластин, толщина которых меньше, чем линии узора отпечатков пальцев. Такие пластины образуют конденсаторы, хранящие определенный заряд.
Наше тело способно проводить ток и когда палец прикасается к поверхности сканера, заряд, накопленный на конденсаторе, изменяется. Причем, в одних точках кожа будет соприкасаться со сканером, а в других — нет. Ведь папиллярный узор отпечатка — это выступающие гребни и впадины между ними. Соответственно, там где между сканером и пальцем появляются микрозазоры и в тех частях, где узор отпечатка своими выступами непосредственно соприкасается со сканером, будет получаться разная емкость конденсаторов:
Смартфон считывает все ячейки и определяет по напряжению, находилась ли возле каждого конкретного конденсатора канавка (пустота) или же это был выступ и кожа соприкасалась с поверхностью сканера. Так и собирается общая картина отпечатка.
Преимущества емкостных сканеров отпечатков пальцев
В принципе, это лучшие сканеры по совокупности всех характеристик. Они стоят дешево в производстве, технология уже достаточно древняя и хорошо обкатана. Такие сканеры не просто делают двухмерный (плоский) снимок, а сканируют трехмерный объект, учитывая выступы и углубления на пальце.
Скорость работы емкостных сканеров очень высокая. На тех же iPhone’ах сканер Touch ID работает просто мгновенно. Ощутить задержку невозможно.
Обмануть такие сканеры тяжело. Стабильность работы очень высокая, палец не обязательно должен быть очень чистым и сухим.
Так что же с ними не так? Почему эти сканеры устанавливаются лишь на бюджетных Android-смартфонах?
Недостатки емкостных сканеров
Прежде всего, емкостные сканеры бывают разными. Чем больше ячеек внутри сканера, тем выше его «разрешение» и тем быстрее работа. В бюджетных устройствах могут устанавливаться самые дешевые сканеры с очень низким разрешением. Но, это не главная проблема.
Основной «недостаток» емкостного сканера отпечатка пальца заключается в том, что его нельзя разместить в экране (или под экраном). Современные технологии изменили внешний вид смартфонов и теперь всю лицевую панель занимает дисплей. Соответственно, места для сканера попросту не хватает.
Некоторые производители размещают такой сканер на боковой грани, совмещая его с кнопкой питания (Honor 20, Galaxy S10e, Sony Xperia 1). Но в основном емкостные сканеры находятся сзади. А это удобно не во всех ситуациях. К примеру, когда смартфон лежит на столе, нужно обязательно брать его в руки, чтобы добраться до датчика (или пользоваться другими методами разблокировки).
Совместить такой сканер с дисплеем — задача очень трудная, так как сам дисплей использует ровно ту же технологию для отслеживания прикосновений. Ведь современные сенсорные экраны — это именно емкостные экраны.
Оптический сканер отпечатка пальца
Оптические сканеры работают совершенно по другому принципу. По сути, оптический сканер — это черно-белая камера, спрятанная под экраном и делающая снимок отпечатка, когда палец прикасается к дисплею.
Естественно, прикасаться нужно лишь в определенной области экрана — именно там, где расположена «скрытая камера».
Реализовать такую технологию можно только на AMOLED-экранах, так как эти дисплеи, по сути, являются полупрозрачными, что позволяет размещать за ними всевозможные датчики, начиная от сканеров отпечатков до датчиков приближения/освещения или даже селфи-камер.
В принципе, IPS-матрицы ровно такие же полупрозрачные и под ними также можно было бы что-то разместить, если бы не потребность в подсветке. Дело в том, что каждая точечка (пиксель) AMOLED-экрана сама по себе излучает свет, когда на нее подается напряжение. А в IPS-дисплеях пиксель представляет собой, грубо говоря, цветную стекляшку, через которую должен пройти внешний свет.
И если мы разместим сканер отпечатков (камеру) за сеточкой OLED-пикселей, тогда и мы будем видеть изображение, и сканер сможет увидеть что-то через экран. А если мы разместим сканер за сеточкой IPS-пикселей, тогда сама камера загородит собой подсветку, которая размещается сзади экрана. И мы будем видеть черное пятно на рабочем дисплее. Если же разместить сканер сзади лампы, тогда сканер не будет видеть ничего, так как подсветка-то не прозрачная.
Преимущества оптических сканеров отпечатков пальцев
Основное преимущество оптического сканера заключается в том, что его можно размещать под экраном. Качество и скорость сканирования зависит как от разрешения матрицы, так и от прозрачности стекла (качества покрытия и пр.).
Недостатки оптического сканера
Первые оптические сканеры отличались медленной скоростью работы и низкой стабильностью. Современные оптические сканеры приблизились по скорости к емкостным, возросла и стабильность. На подавляющем большинстве смартфонов установлены оптические сканеры одного и того же производителя — компании Goodix.
Тем не менее, у оптических сканеров есть свои проблемы. Все, что может помешать сделать четкий снимок, будет влиять на скорость и стабильность распознавания. Это влага, мелкая грязь и пр.
Также эти сканеры в теории легче обмануть, чем емкостные и ультразвуковые, так как они работают с плоским двухмерным изображением, как любая камера. С другой стороны, яркая подсветка позволяет не только увидеть папиллярные узоры на пальце, но и зафиксировать пульсацию крови, тем самым убедившись, что сканируется именно палец.
Эту же подсветку можно считать и недостатком оптических сканеров. Ночью яркий зеленый свет может вызывать определенный дискомфорт, так как иногда палец не полностью закрывает датчик и яркий свет режет глаза.
И последним недостатком оптических сканеров является их капризность к защитным стеклам. Толщина и материалы защитных пленок/стекол могут влиять на скорость и стабильность распознавания отпечатков.
Ультразвуковой сканер отпечатка пальцев
Ультразвуковые сканеры появились на смартфонах позже всех. Первый ультразвуковой датчик отпечатков был представлен вместе с Samsung Galaxy S10 в начале 2019 года. С тех пор, Samsung использовала его в линейках Galaxy Note10 и Galaxy S20.
На данный момент только Qualcomm занимается ультразвуковыми сканерами для смартфонов, но делает это далеко не так активно, как другие компании, разрабатывающие оптические датчики. Уже прошло 3 поколения смартфонов (S10/Note10/S20), а датчик практически не менялся. Это одна и та же модель — 3D Sonic.
В конце 2019 года Qualcomm представила новое поколение ультразвуковых сканеров — 3D Sonic Max. Многие ожидали увидеть его уже в Galaxy S20, но этого не случилось и теперь ближайшим претендентом является Galaxy Note20.
Несмотря на то, что ультразвуковые сканеры пришли на смартфоны позже всех, сама технология используется очень давно в других отраслях. Сканирование отпечатка происходит при помощи ультразвука. Грубо говоря, каждый раз прикладывая палец к ультразвуковому сканеру, вы делаете его УЗИ.
Принцип работы тот же и построен он на пьезоэлектрическом эффекте. Что еще за спецэффект такой — спросите вы? Все просто! В природе есть такие вещества, которые, если их слегка деформировать, будут генерировать электрический заряд. И наоборот, если на них воздействовать электрическим полем, они начинают деформироваться. Такие вещества называются пьезоэлектриками, а описанный эффект — пьезоэлектрическим.
К слову, именно благодаря такому эффекту работают кварцевые часы. Если подавать небольшое напряжение от батарейки на кварц, он начинает вибрировать с определенной частотой (десятки тысяч раз в секунды). Это позволяет легко отсчитывать время. К примеру, отсчитали 32000 колебаний — секунда прошла. Начинаем считать следующие ~32 тысячи колебаний.
Но причем здесь кварцевые часы? При том, что в основе ультразвукового сканера лежит такой же пьезоэлектрик. Подавая на него напряжение, он начинает вибрировать с огромной частотой, генерируя при этом звуковые волны. Мы их не слышим, так как частота очень высокая, но, некоторые животные вполне способны услышать работу ультразвукового сканера отпечатков пальцев.
Эти волны распространяются через защитное стекло экрана и сталкиваются с препятствием — нашим пальцем. Одни волны отразятся еще от стекла и вернутся на пьезоэлектрик, другие — пройдут чуть дальше и столкнутся с бугорками (выступами) нашего отпечатка и снова вернутся на сканер, остальные волны пойдут дальше и заполнят пространство между впадинами отпечатка и стеклом, а затем снова отразятся и вернутся на датчик.
Возвращаясь на пьезоэлектрик, волна «ударяет» по его поверхности и с обратной стороны появляется электрический заряд.
Преимущества ультразвуковых сканеров отпечатков пальцев
Преимуществ у них много. Прежде всего, это безопасность (в теории). Так как сканируется именно трехмерная модель пальца. Если прикладывать картинку, волны будут просто отражаться от плоского объекта, «рисуя» светлое пятно на датчике. Чтобы появилось изображение отпечатка, сканировать нужно настоящий палец, со всеми выступами, бугорками и впадинками.
Более того, ультразвук не останавливается на внешней оболочке пальца и проникает в глубь. Получается, можно ввести дополнительную защиту от всяких муляжей и сканировать только настоящий палец.
Также ультразвуковые сканеры могут размещаться где угодно, так как ультразвук легко проходит не только через стекло. И, что немаловажно, пальцы не должны быть идеально сухими или чистыми. Небольшая грязь или жидкость не являются помехой для звуковых волн.
Недостатки ультразвукового сканера
Несмотря на все перечисленные преимущества, в реальной жизни все не так гладко. Первый ультразвуковой сканер 3D Sonic от Qualcomm работает заметно медленнее, чем современные оптические аналоги. А новое поколение сканеров до сих пор не выпущено.
Кроме того, многие слышали нашумевшую историю о том, как смартфоны Galaxy S10 и Galaxy Note10 можно было легко взломать, просто положив между пальцем и экраном кусок гидрогелевой защитной пленки. После этого можно было прикладывать любой палец и ультразвуковой сканер моментально разблокировал смартфон. Это повлекло за собой серьезный скандал и некоторые банки запретили работу своих приложений на смартфонах Samsung с ультразвуковыми сканерами.
Конечно, в конце прошлого года Samsung выпустила обновление, исправляющее столь странное поведение. Но осадок остался.
В любом случае, сегодня выбор между ультразвуковым и оптическим сканером не стоит, так как ультразвуковые датчики используются только на флагманах Samsung, начиная с Galaxy S10. На всех остальных смартфонах установлены оптические сканеры отпечатков пальцев.
На работу ультразвуковых сканеров также влияют защитные стекла и некоторые пленки, рассеивающие и частично гасящие звуковую волну.
Вместо заключения…
Попытки обойти любую биометрическую защиту делаются постоянно. Они же и позволяют разработчикам улучшать датчики и алгоритмы.
Любой современный сканер отпечатков пальцев достаточно надежен для того, чтобы обеспечить защиту финансовым данным. Любая платежная система на смартфонах позволяет использовать именно отпечатки пальцев. И делать выбор, исходя из соображений безопасности, не имеет никакого смысла. Емкостные, ультразвуковые и оптические сканеры справляются со своей задачей одинаково хорошо.
Если говорить о скорости и стабильности работы, то лучшим вариантом на сегодня остается емкостный сканер (на флагманских смартфонах), после которого идут современные оптические сканеры и уже затем упомянутый ультразвуковой 3D Sonic.
Apple также не будет оставаться долго в стороне от прогресса. Рано или поздно, в iPhone появится датчик отпечатка пальцев в экране. Те, кто следят за патентами компании, знают, что Apple ведет подобные разработки уже много лет.
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!
Еще 3-4 года назад мы смотрели, как кто-то прикладывает палец к экрану телефона и тот разблокируется, как на что-то фантастическое. Сейчас этим никого не удивишь даже в бюджетных моделях. Благодаря таким технологиям сканирования, именно отпечаток пальцев до сих пор остается главным ключом к данным, хранящимся в телефоне. Мало кто задумывается, что такие сканеры бывают разными. Они по-разному работают, имеют разную скорость отклика и обработки, а так же обеспечивают разный уровень безопасности. Давайте разберемся, чем они отличаются и какой лучше выбрать.
Основных типов сканеров отпечатков в смартфонах три.
Содержание
- 1 Какие сканеры отпечатков пальцев бывают
- 2 Почему надо несколько раз сканировать отпечаток
- 3 Какой сканер отпечатков для телефона лучше
- 3.1 Ультразвуковой сканер отпечатков
- 3.2 Оптический сканер отпечатков в телефоне
- 3.3 Емкостный сканер отпечатков
Какие сканеры отпечатков пальцев бывают
Сканеры отпечатков пальцев можно разделить на три типа: оптические, емкостные, ультразвуковые. Дальше надо понимать, что сам по себе сканер не разблокирует телефон. Он лишь запускает сложный механизм, в основе которого лежит сообщение о том, что экрана коснулся палец с такими-то параметрами. Дальше данные сопоставляются с эталонными, а система безопасности принимает решение о разблокировке.
Говоря о том, что сопоставляются именно данные, а не картинка пальца, я не ошибаюсь. Точная фотография может не совпадать, ведь палец можно приложить под разным углом и с разным нажимом, а на нем могут быть повреждения или жирный налет от чебурека. Поэтому система сверяет именно данные контрольных точек, которые все равно уникальны для каждого человека. Особенно, если взять их побольше.
Приложил палец и готово. Это позволяет нам не вводить пароли. но быть в безопасности.
Почему надо несколько раз сканировать отпечаток
Поэтому нас и просят приложить палец несколько раз, чтобы найти и зафиксировать как можно больше уникальных особенностей. Их количество может переваливать за сотню, если все сделано правильно.
В начале я уже сказал, что типов датчиков может быть три. Время от времени в разных моделях доминируют то одни, то другие. Ультразвуковой сенсор работает за счет сканирования рельефного узора кожи при помощи ультразвука.
Как безопасно пользоваться Wi-Fi в кафе, транспорте и на улице.
Какой сканер отпечатков для телефона лучше
Ультразвуковой сканер отпечатков
Этот тип сканирования пальца в телефонах самый молодой. Он применяется всего около трех лет, а благодарить за его появление стоит компанию Qualcomm, которая позволила установить его в телефон своего давнего партнера — Samsung. Это была модель Galaxy S10.
Galaxy S10 — первый телефон с ультразвуковым сканером отпечатков.
Чтобы телефон мог сканировать отпечатки при помощи ультразвука, его оснащают пьезоэлектриком. Он имеет непосредственную связь между электрическим током и формой. То есть, если на него нажать, то вырабатывается заряд. А если воздействовать на него электрическим полем, то он сам меняет форму.
Перед сканированием отпечатка датчик начинает вибрировать с высокой частотой. В результате появляются ультразвуковые волны, которые проходят через стекло, по-разному отражаются от рельефа пальца и возвращаются обратно. Создавая давление на пьезоэлектрик, они заставляют его создавать уникальное электрическое поле, соответствие которого эталонному и говорит о том, что перед экраном палец хозяина.
Такой способ позволяет строить объемную модель отпечатка, прежде чем ”брать его в работу”. То есть его почти невозможно обмануть, что и является его преимуществом перед, например, оптическим датчиком.
Почему не работает сканер отпечатков пальцев.
Оптический сканер отпечатков в телефоне
Последний, как не сложно догадаться из названия, работает с изображением, которое в черно-белом снимается через стекло. Это если совсем просто, но в реальности некоторые особенности будут сложнее.
Такие сканеры совместимы только с OLED-экранами. И размещаются только в строго определенном месте. А еще для их работы экран в зоне контакта подсвечивает палец, чтобы датчик лучше ”увидел” его.
В экран можно встроить только оптический сканер.
Первые модели оптических сканеров не отличались скоростью работы, но сейчас начали работать не только быстро, но и стабильно. Правда, качество их работы до сих пор сильно зависит от качества стекла, состояния пальца и грязи или воды, которые есть между ними. Это все сильно влияет на процесс сканирования и в какой-то момент может привести к тому, что оно будет просто невозможным.
Емкостный сканер отпечатков
Третий тип сканеров самый старый и применяется в телефонах уже довольно давно. Но его преимуществом перед оптическими сканерами является то, что наравне с ультразвуковыми, они создают объемный скан пальца, а из-за того, что работает он только с ”живым” пальцем, как и сенсорный экран, использование любых заменителей просто невозможно.
5 фишек клавиатуры Samsung, о которых вы должны знать.
В основе такого сенсора лежат токопроводящие пластины очень маленького размера. Они меньше линий папиллярного узора пальца. В пластинах хранится заряд тока, который меняется, когда вы подносите палец. Наше тело проводит через себя этот небольшой ток и тем самым меняет картину на сенсоре в тех метах, где его касаются выступы узора пальца. Это изменение сравнивается с эталонным и, если все правильно, смартфон разблокируется.
Сканеры отпечатков до сих пор являются самым популярным способом разблокировки.
Такие сканеры относительно простые в производстве и стоят не так дорого, как оптические или ультразвуковые. Кроме этого, они срабатывают быстрее остальных и для них не являются помехой, скажем, мокрые руки.
К сожалению, такой сканер нельзя встроить в экран, так как они будут мешать работе друг друга. А еще некоторые производители экономят и используют сенсоры с меньшим количеством пластин. В результате разрешение сканирования становится ниже, а сам процесс тормозит или становится менее безопасным.
Даже сейчас, когда технологии уже показали свои плюсы и минусы, а производители научились делать их хорошо, говорить о том, что какой-то сканер лучше остальных бессмысленно. Для каждого есть своя сфера применения и свои плюсы/минусы. Поэтому просто интересуйтесь, какой сканер установлен в выбранном вами телефоне. Запомните преимущества и недостатки каждого, а заодно поделитесь статьей с друзьями, вдруг они тоже не задумывались о том, насколько важен правильный выбор сканера отпечатков.
Сканеры отпечатков пальцев на мобильных телефонах за последние несколько лет сильно эволюционировали. То, что начиналось как инновация, похожая на что-то из фантастического фильма, теперь интегрировано в повседневную систему безопасности миллионов пользователей, защищая целостность их смартфонов и его содержимого.
Но для того, чтобы понять, как они работают, и какие типы датчиков отпечатков пальцев мы находим в наших мобильных телефонах, нужно рассмотреть технологию, лежащую в их основе.
Содержание: Технология сканирования отпечатков пальцев Оптические датчики отпечатков пальцев Ёмкостные датчики отпечатков пальцев Ультразвуковые датчики отпечатков пальцев Какой способ лучший? Безопасность авторизации с помощью отпечатка пальца
Разблокировка по отпечатку пальца присутствует во всех смартфонах, которые выпускаются сегодня, за редким исключением для самых простых устройств. Но даже в ценовом диапазоне менее 12 000 рублей мы уже находим эту безопасную технологию разблокировки, которая для многих, несомненно, является самой быстрой и безопасной, практически изгнав графические рисунки или буквенные пароли.
Технология сканирования отпечатков пальцев
Какая бы технология ни была доступна, и какой бы вариант ни выбрал производитель, все датчики отпечатков пальцев на мобильных телефонах имеют одну и ту же цель. Они работают, определяя линии на кончиках наших пальцев и сравнивая их с зарегистрированными, чтобы разрешить или не дать доступ к вашему устройству. По этой причине, когда мы регистрируем новый отпечаток пальца, сканер запрашивает у вас несколько показаний, чтобы составить точную карту и идентифицировать наш отпечаток с большей точностью.
Оптические датчики отпечатков пальцев
Оптические датчики являются самыми старыми и наименее безопасным методом. Он работает путём получения двухмерной фотографии вашего отпечатка пальца, используя метод дактилоскопии папиллярных узоров, чтобы получить карту линий и иметь возможность сравнивать их каждый раз, когда мы запрашиваем доступ. Эти датчики более или менее точны в зависимости от их качества, и они не очень хорошо определяют недостатки, бороздки или небольшие выступы, имеющиеся на нашем пальце. Они работают, излучая небольшой светодиодный свет, чтобы получить изображение нашего пальца.
Эта система имеет ряд недостатков, таких как недостаточная точность, безопасность, а также изображения, полученные с мокрых и сухих пальцев, сильно отличаются, так как система чувствительна к пыли и грязи на поверхности.
Ёмкостные датчики отпечатков пальцев
Перед нами более совершенная технология биометрического считывания, которая определяет электрический заряд наших пальцев. Область, куда мы прикладываем палец, состоит из маленьких конденсаторов, которые становятся электрически заряженными при прикосновении. Эти конденсаторы могут обнаружить линии наших папиллярных узоров, а также их бороздки и изъяны. При считывании записываются числовые значения, которые будут служить уникальным идентификатором нашего отпечатка пальца.
Ультразвуковые датчики отпечатков пальцев
Это самый точный метод на сегодняшний день. Он позволяет создать трёхмерную карту нашего пальца и зафиксировать любую мельчайшую деталь. Он работает аналогично сонарам, которые создают, например, 3D-карту дна океана, но в миниатюре. То есть эти датчики состоят из излучателя, который испускает звуковую волну, отражающуюся от нашего пальца. Волне требуется больше или меньше времени, чтобы отскочить в зависимости от линий и бороздок на поверхности пальца, поэтому можно создать максимально точное считывание. Это очень быстрые и безопасные датчики. Компания Samsung первой интегрировала эту систему в экран флагманского смартфона Samsung Galaxy S10.
Какой способ лучший?
Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны взвесить два аспекта: те, что связаны с безопасностью и комфортом. Поскольку первое должно быть первостепенным, мы скажем, что самая безопасная система — это ультразвуковые датчики отпечатков пальцев, которые на данный момент обычно предназначены для терминалов высокого или среднего класса.
Удобство очень субъективно, и пока датчик безопасен, на рынке можно найти терминалы на любой вкус. Мобильные телефоны высокого и премиум-класса используют как оптические, так ультразвуковые экранные датчики отпечатков пальцев. Однако в среднем и начальном сегменте мы по-прежнему видим датчики отпечатков пальцев, расположенные сзади или сбоку. Тем не менее, на мобильных телефонах высокого класса от таких брендов, как Sony, датчик отпечатков пальцев расположен на боковой кнопке, и даже на новом iPhone 12.
Окончательный ответ обычно даётся на основе опыта опробования нескольких систем. В реальности все типы датчиков отпечатков пальцев располагаются в ключевых местах, где пользователь держит смартфон или прикасается к нему. Указательный палец обычно естественным образом направляется к задней панели, где обычно располагаются задние датчики, в то время как большой палец почти всегда лежит на кнопке питания, куда интегрировано большинство боковых датчиков отпечатков пальцев.
Безопасность авторизации с помощью отпечатка пальца
Как отмечают исследователи, безопасность авторизации с помощью отпечатка пальца, по мнению лаборатории Касперского, оставляет желать лучшего, и в какой-то мере ситуация даже ухудшилась по сравнению с прошлыми годами.
Среди прочих выводов отмечается, что легче всего было обмануть… ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев. Несмотря на свою способность воспринимать трёхмерную картинку, они охотно признавали подлинным фейковый отпечаток, любезно прижатый к датчику настоящим пальцем, в том числе в перчатке.
Поэтому самым лучшим способом защиты мобильного устройства остаётся старый добрый пароль: его сложнее всего взломать. Да и к тому же вы всегда можете его сменить, если есть опасение, что он попал в чужие руки.
Даже у самых дешевых современных смартфонов есть сканеры отпечатков пальцев — эта «фишка» давно перестала быть эксклюзивом флагманов. Кроме того, в мобильниках используются сканеры нескольких типов — от старых и медленных оптических до емкостных и ультразвуковых. Емкостные — самые популярные, но ультразвуковые модели можно увидеть все чаще и чаще.
Развиваются и технологии распознавания лиц. Вместе с проверенным PIN-кодом и сканером отпечатков пальцев они поставят перед злоумышленником, который хочет получить доступ к вашим данным, непреодолимую преграду. Кроме того, они быстрее и удобнее в использовании, чем дактилоскопические сенсоры.
Предлагаем узнать обо всех этих типах аутентификации подробнее — осведомленный покупатель всегда делает наилучший выбор!
Для начала расскажем о сканерах отпечатков. Что такое отпечаток пальца? По сути, это просто большой и запутанный набор канавок и линий, уникальный для каждого человека (шанс встретить двух людей с одинаковыми отпечатками ничтожно мал). Эволюция создала отпечатки для того, чтобы нашим пальцам было проще хватать и удерживать объекты. Уникальность позволила найти им новое применение.
Процесс включения дактилоскопической аутентификации на смартфоне заключен в двух шагах.
Сначала отпечатки пальцев (как минимум одного) нужно зарегистрировать. Для этого палец прикладывают к сканеру несколько раз, чтобы тот считал всю необходимую информацию, а мобильник ее сохранил и зашифровал для дальнейшего использования.
Каждое использование сканера заставляет смартфон сверять полученные данные с уже имеющимися. Затем доступ к информации либо предоставляется, либо нет (и да, если ваши руки жирные, мокрые или грязные, результат, скорее всего, будет отрицательным).
Оптические сканеры отпечатков пальцев
Способ получения информации об отпечатке у таких сканеров — это свет. По сути, датчик «фотографирует» палец, а затем обрабатывает полученные данные с помощью особых алгоритмов, которые различают темные и светлые участки снимка. Обычно для освещения кожи используется небольшой, но яркий светодиод. Ключевая деталь — получение фотографии высокого разрешения и с хорошим балансом белого, чтобы нужную информацию можно было выделить проще.
Оптические сканеры были очень популярны в самом начале развития технологий биометрической аутентификации, и в смартфонах 2019 года используются редко. Во-первых, они занимают слишком много места внутри корпуса, во-вторых, легко обманываются обычной фотографией пальца.
Стоит отметить, что в некоторых современных мобильниках такие сканеры помещают под стекло экрана. В этом случае за освещение отвечают пиксели OLED-матрицы (и в моделях с LCD-дисплеями таких сканеров быть не может из-за конструкции подсветки), которые на короткое время загораются максимально ярко. Все особенности при этом остаются теми же — принцип работы существенно не меняется.
Емкостные сканеры отпечатков пальцев
Емкостные дактилоскопические датчики используют множество конденсаторов — электронных компонентов, которые удерживают небольшой заряд тока. Такие сканеры захватывают информацию о заряде разных участков пальца, который отличается в зависимости от высоты линий и глубины канавок. Последние заставляют конденсаторы получать заметно меньший заряд из-за воздуха между ними и поверхностью сканера.
Как обычно, после сканирования все полученные данные анализируются и сравниваются с референсными. При этом процесс куда лучше защищен, чем в случае с оптическими датчиками — обмануть емкостные не так уж просто, и простой фотографией или слепком тут не обойтись. Именно благодаря этому преимуществу емкостные сканеры встречаются в смартфонах чаще всего.
Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев
Ультразвуковые дактилоскопические сканеры — самые новые и продвинутые, они начали появляться в смартфонах относительно недавно. Вместо света или электричества они используют высокочастотный звук, издаваемые трансмиттером, и ресивер, который принимает отраженные звуковые волны. Полученные ресивером данные преобразуются в 3D-модель поверхности пальца достаточно высокой четкости.
Чем дольше палец остается на поверхности такого сканера, тем больше информации о нем будет получено. Скорость не так высока, зато уровень безопасности данных — на высоте.
Ультразвуковые сканеры тоже иногда встраивают под стекло AMOLED-экранов (что, кстати, позволяет сделать более аккуратным дизайн устройства), но их часто ругают за неточность и медлительность в работе. К сожалению, несколько слоев стекла и светодиодов сильно препятствуют распространению звуковых волн — получить нужную 3D-модель в этих условиях значительно сложнее, а алгоритмы обработки должны быть настроены идеально.
Простое распознавание лица в Android
Функция сканирования лица пользователя и разблокировки с его помощью появилась в Android много лет назад — еще в Ice Cream Sandwich. Сегодня похожая технология есть внутри почти каждого мобильника, и это отличная альтернатива PIN-коду или отпечатку пальца.
К сожалению, стандартное распознавание лица пользователя никак не защищено от попыток взлома. Оно использует информацию с фронтального фотосенсора и простой алгоритм, который легко обмануть с помощью обычной фотографии, после предъявления которой смартфон с радостью предоставит доступ к вашим фото, видео и записям.
Скорость срабатывания простого распознавания сильно зависит от модели мобильника и производителя — то есть от конкретного модуля селфи-камеры и алгоритмов, которые анализируют полученные данные.
Samsung Intelligent Scan
Несколько лет назад одним из первых производителей, которые начали применять более продвинутые системы сканирования лица, стала южнокорейская компания Samsung. Ее сканеры радужной оболочки глаз работали вместе с обычными алгоритмами распознавания, в результате чего взломать такой смартфон было куда сложнее.
Как и отпечатки пальцев, рисунки радужки уникальны у каждого человека, и подделать их сложно. Правда, для такого сканирования понадобилось устанавливать дополнительные инфракрасные диоды.
В свежих топовых смартфонах Samsung перестала использовать сканер сетчатки глаз. Его не раз обвиняли в медлительности и неточности, хоть степень защиты при использовании всех способов вместе и была неплохой. При этом достаточно высокой ее назвать было тоже нельзя — к примеру, для проведения платежей флагманы Samsung все равно требовали сканирования отпечатка пальца.
Сканирование лица с инфракрасным сенсором
Дополнительный инфракрасный излучатель и камера, способная воспринимать инфракрасный свет, делают процесс сканирования лица гораздо более защищенным. Подделать фотографию в этом случае очень сложно, так как девайс считывает информацию не только о сетчатке, но обо всей поверности сразу. Такие сканеры отлично работают даже в темноте, и быстро.
Распространенность такого подхода нельзя назвать высокой, но он заметно дешевле других типов сканирования лиц. В качестве примера смартфона с инфракрасным излучателем можно назвать прошлогодний Xiaomi Pocophone F1.
Apple Face ID и 3D-сканирование
Впервые 3D-сканирование лица пользователя появилось в iPhone X. Эта технология с помощью сразу нескольких сенсоров составляет четкую «карту» рта, глаз, щек, лба и так далее. В случае с iPhone X это 30 тысяч точек инфракрасной матрицы, изменения в которых распознаются отдельной камерой. 3D-модель в результате можно использовать еще и для создания знаменитых «анимодзи».
Затем похожие технологии начали использовать и другие производители — например, Xiaomi, Oppo и Huawei. Все они тоже составляют точную «карту» лица, но ее разрешение может различаться от модели к модели — какие-то мобильники используют матрицы с 30 тысячами точек, другие — с 15 тысячами, третьи — всего с одной тысячей.
Обойти эту систему защиты практически невозможно — разблокировать смартфон с ней сможет либо ваш двойник, либо злоумышленник с искусно изготовленной копией лица, которая обладает теми же мельчайшими деталями. Согласитесь, провернуть такое сложно.
Стоит отметить, что эта технология — единственная технология сканирования лица, которой можно доверять аутентификацию онлайн-платежей. В остальных случаях нужно использовать либо сканер отпечатков пальцев, либо PIN-код, либо комплексный пароль.
Хранение биометрических данных
Предназначение сканера отпечатков пальцев любого типа и сканеров лица одно — помочь пользователю повысить уровень защиты данных без необходимости запоминания сложного пароля, который, к тому же, можно потерять или забыть. Для хранения данных о «зарегистрированных» пальцах и лицах либо отводится специальное зашифрованное хранилище в операционной системе, либо целый зашифрованный чип. Скопировать их или даже просто прочитать никакому злоумышленнику не удастся.
Android-устройства сохраняют эти данные в ARM-чипах типа Trusted Execution Environment (TEE), а iOS-девайсы — в чипе Secure Enclave. Идея одна и та же — другие компоненты смартфона получить доступ к ним не могут ни в каком случае.
Подведем итоги
Наилучшим способом защиты данных всегда будет сложный пароль — длинный, со множеством специальных символов и цифр. Естественно, запоминать сложную случайную последовательность таких символов хочет далеко не каждый, и именно поэтому в смартфонах появились всевозможные сканеры.
Хотите зашифровать личную или рабочую информацию более удобно? Используйте дактилоскопические датчики (лучше всего — емкостные) или 3D-сканеры лица (в идеале — их комбинацию). Остальные способы аутентификации либо устарели, либо недостаточно надежны.
22 января 2021
Сканеры отпечатков пальцев: как это работает?
По материалам Android Authority
Сканеры отпечатков пальцев перестали быть привилегией топовых смартфонов. Эта технология доступна уже даже в бюджетных аппаратах. Также в сравнении с ранними вариантами она значительно усовершенствовалась, и ваши отпечатки теперь считываются быстрее и точнее. Но как же работают такие сканеры и чем различаются между собой?
Оптические сканеры
Оптические сканеры отпечатков пальцев – это самый старый способ считывания и сравнения отпечатков. Как понятно из названия, технология базируется на считывании оптической информации – по сути, фотографии. Затем используются алгоритмы для распознавания уникального рисунка на поверхности пальца при помощи анализа самых светлых и самых темных участков изображения.
Также как и у камер смартфонов, разрешение этих сканеров ограничено. Чем выше разрешение, тем более мелкие детали может считать сканер с вашего пальца, а значит, повышается уровень безопасности. Однако такие сканеры дают гораздо более контрастные изображения, чем обычные камеры. В оптических сканерах обычно очень высокое число диодов на дюйм, позволяющее им распознавать такие детали. Когда вы прижимаете палец к сканеру, вы, естественно, лишаете свет доступа. Поэтому сканерам и требуется множество диодов, которые работают в качестве вспышки, чтобы подсветить рисунок во время сканирования. Такая конструкция несколько громоздка для смартфона, поскольку для подобных устройств важно максимальное уменьшение толщины.
Самый большой недостаток оптических сканеров в том, что их не так сложно обмануть. Поскольку технология считывает лишь двухмерное изображение, с этой целью могут быть использованы муляжи и даже картинки хорошего качества. Этот тип сканеров недостаточно безопасен, чтобы доверить ему самую чувствительную информацию, так что индустрия перешла к более надежным технологиям.
Как и в самом начале существования резистивных экранов, сейчас вы не найдете чисто оптических сканеров нигде, кроме как в бюджетных устройствах. Потребность в безопасности все возрастает, и производители смартфонов дружно стали ставить более удачные емкостные и оптико-емкостные гибридные сканеры. Стоимость технологии снижается, так что она стала доступна и для продуктов среднего уровня.
Однако поскольку безрамочность экрана оказалась долговременным трендом, возможно возвращение оптических модулей меньшего размера. Они могут быть встроены под стекло, прикрывающее экран, и требуют совсем небольшой площади. Компания Synaptics, которая разрабатывает сканеры для смартфонов и других устройств, показала именно такой оптический сканер отпечатков Natural ID FS9100. Этот модуль может успешно работать под стеклом толщиной в миллиметр и даже с мокрыми руками – то, чего не хватает емкостным сканерам. Так что полностью списывать оптические сканеры со счетов не стоит.
Емкостные сканеры
Один из самых распространенных в настоящее время сканеров отпечатков пальцев – емкостный сканер. Их помещают как на передней, так и на задней поверхности смартфона, а также, в самом современном варианте, как часть встроенного в дисплей модуля. Такие сканеры получили распространение благодаря более высокому уровню безопасности. Ключевым компонентом в этой технологии является конденсатор.
Вместо создания обычного изображения отпечатка пальца емкостные сканеры используют для получения данных маленькие конденсаторы. Поскольку конденсаторы могут накапливать электрический заряд, подключение их к проводящим пластинам на поверхности сканера позволяет использовать их для распознавания деталей отпечатка пальца. Накопленный заряд немного изменится там, где кончик пальца соприкасается с проводящими пластинами (гребни отпечатка). И наоборот, воздушный зазор между ними (там, где впадины отпечатка) оставит заряд конденсатора относительно неизменным. Для считывания этих изменений используется аналоговый интегратор, а затем они могут быть зафиксированы аналого-цифровым преобразователем.
Будучи зафиксированными, эти цифровые данные могут быть проанализированы для поиска уникальных атрибутов отпечатков пальцев. Затем их можно сохранить для сравнения в будущем. Особенно хорошо в этой конструкции то, что ее намного сложнее обмануть, чем оптический сканер. Результаты не могут быть воспроизведены в виде изображения. Кроме того, такие сканеры невероятно трудно обмануть каким-либо муляжом, поскольку разные материалы будут вызывать разные изменения заряда на конденсаторе. Единственная реальная угроза безопасности может возникнуть лишь при аппаратном или программном взломе устройства.
Если использовать достаточно много таких конденсаторов, обычно сотен, если не тысяч, в одном сканере, можно создать высокоточную «карту» гребней и впадин отпечатка пальца всего лишь благодаря электрическим сигналам. Как и в случае с оптическим сканером, чем больше конденсаторов, тем выше разрешение сканера. Это до определенного уровня повышает безопасность. Тем не менее, такая высокая плотность предполагает и большие затраты.
Из-за большего количества компонентов в распознающей схеме емкостные сканеры раньше были довольно дорогими. В некоторых ранних реализациях предпринималась попытка сократить количество необходимых конденсаторов благодаря «свайп-сканерам». Они должны были собирать данные с меньшего количества конденсаторов за счет того, что быстро обновляли результат, когда палец прижимался к сканеру. В то время многие пользователи жаловались, что этот метод был очень привередливым и часто требовал нескольких попыток для правильного сканирования. К счастью, сейчас все стало гораздо проще.
Однако с помощью этих сканеров вы можете делать больше, чем просто считывать отпечатки пальцев. В более новых моделях есть поддержка жестов и свайпов. Их можно использовать в качестве программных кнопок для навигации или как способ взаимодействия с другими элементами пользовательского интерфейса. Ряд смартфонов более высокого класса поддерживают более широкий спектр функций прокрутки и навигации с помощью сканеров отпечатков пальцев. Эта технология, вероятно, дальше будет распространяться на более низкие ценовые категории. Однако смартфоны премиум-класса уже перешли на третий тип сканера – ультразвуковой.
Ультразвуковые сканеры
Самой новой технологией сканирования отпечатков пальцев для разблокировки смартфона является ультразвуковой сканер. Впервые он был анонсирован в смартфоне Le Max Pro 2016 года. Важную роль в такой конструкции играют Qualcomm и ее технология Sense ID. Qualcomm сейчас работает над своим вторым поколением ультразвуковой технологии сканирования отпечатков пальцев (по факту это ее третий продукт). Она обещает большую область распознавания и более высокую скорость обработки данных.
Чтобы получить детали отпечатка пальца, требуется наличие ультразвукового передатчика и приемника. Ультразвуковой импульс передается на палец, который находится над сканером. Часть этого импульса поглощается, а часть возвращается к датчику, в зависимости от рисунка, состоящего из гребней, пор и других деталей, уникальных для каждого отпечатка пальца.
Однако эти возвращающиеся сигналы улавливает не микрофон. Вместо этого датчик, который может распознавать механическое напряжение, измеряет интенсивность отраженного ультразвукового импульса в различных точках сканера. Сканирование в течение более длительного времени позволяет получить дополнительные данные о глубине. В итоге мы получаем высокодетализированное трехмерное изображение отсканированного отпечатка пальца. Трехмерный характер этого метода распознавания делает его еще более безопасной альтернативой емкостным сканерам.
Ультразвуковой сканер отпечатков пальцев Qualcomm 3D был использован во флагманах Samsung серий Galaxy S10, Note 10 и Note 20. В топовом варианте флагмана Samsung Galaxy S21 Ultra используется самый новейший на данный момент сканер Qualcomm 3D Sonic Sensor Gen 2.
Недостатком ультразвукового сканера считалось то, что он не такой быстрый, как другие сканеры. Отчасти это связано с указанными выше причинами. Однако Qualcomm вроде бы удалось решить эту проблему во втором поколении технологии, во всяком случае, Galaxy S21 Ultra распознает отпечаток заметно быстрее своих предшественников. Ультразвуковая технология также не очень хорошо работает с некоторыми защитными пленками для экрана, особенно с более толстыми. Они могут мешать сканеру правильно считывать отпечатки пальцев. Зато лицевые панели смартфонов стали тоньше, чем когда-либо, благодаря возможности скрыть сканер под дисплеем.
Немного о подэкранных сканерах отпечатков
Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев – не единственный вариант, если вы хотите скрыть сканер в дисплее. Для этого также используются оптико-емкостные сканеры. Сейчас производители смартфонов применяют оба этих варианта. Однако ультразвуковые сканеры редко получают устройства в сегментах ниже флагманского.
Оптические емкостные сканеры решают некоторые проблемы безопасности, свойственные оптическим сканерам. В них необходимость «реального нажатия», свойственная емкостным сканерам, сочетается со скоростью и энергоэффективностью оптических устройств. Эта технология используется в подэкранных сканерах отпечатков. Сканер распознает свет, отраженный отпечатком пальца, который возвращается обратно через промежутки между пикселями в OLED-дисплее. Создание такой конструкции – не самое простое дело, но работает она вполне хорошо.
Различные технологии внедрения сканеров отпечатков под экран используются как в недорогих, так и в премиальных смартфонах, от Samsung Galaxy A50 до Huawei P40 Pro. Ультразвуковые сканеры, в отличие от них, немного проще в использовании, и можно применять их в любом смартфоне. Крошечный сенсор толщиной 0,2 мм находится под экраном и излучает ультразвуковые волны, идущие сквозь дисплей к кончику вашего пальца. Эта технология удобна в разработке, но и у нее есть ряд проблем, связанных с безопасностью. Samsung пришлось выпустить патчи для своих флагманских смартфонов, чтобы исправить возможность разблокировать телефоны практически любым отпечатком при использовании защитной пленки. У обеих технологий есть свои плюсы и минусы, и они, вероятно, так и будут использоваться в ближайшие годы. Тем не менее, ультразвуковым сканерам может потребоваться время, чтобы перейти в более доступный сегмент рынка.
Алгоритмы и шифрование
Хотя большинство сканеров отпечатков пальцев основаны на очень схожих аппаратных принципах, дополнительные компоненты и программное обеспечение также могут играть важную роль в том, как устройства работают и какие функции доступны пользователям. Сам сканер дополняется специальным контроллером, который переводит данные сканирования в удобную форму для передачи в главный процессор вашего смартфона. Разные производители используют немного разные алгоритмы для определения ключевых характеристик отпечатков пальцев, которые могут различаться по скорости и точности. Обычно эти алгоритмы определяют границы линий и гребней отпечатка или места, где гребень разделяется на две части. В совокупности эти и другие отличительные особенности называются мелкими деталями. Если отсканированный отпечаток пальца повторяется в нескольких таких мелких деталях, это будет считаться совпадением. Вместо того, чтобы каждый раз сравнивать весь отпечаток пальца, сравнение мелких деталей уменьшает вычислительную мощность, необходимую для идентификации каждого отпечатка пальца. Кроме того, это помогает избежать ошибок, если отсканированный отпечаток пальца смазан. Это также позволяет поместить палец не по центру или идентифицировать его только по частичному отпечатку.
Конечно, эта информация должна храниться на вашем устройстве защищенной от кода, который может ее скомпрометировать. Вместо того, чтобы загружать эти пользовательские данные в Интернет, процессоры ARM могут безопасно хранить эту информацию на физическом чипе, используя технологию TrustZone на основе безопасной среды исполнения (Trusted Execution Environment ,TEE). Эта защищенная область также используется для других криптографических процессов и для прямой связи с защищенными аппаратными платформами, такими как сканер отпечатков пальцев. Доступ к одобренным частям личной информации, например, к паролям, могут получить только приложения, использующие клиентские API TEE.
У Qualcomm это реализовано в ее архитектуре Secure MSM и Secure Processing Unit (SPU). Apple, в свою очередь, называет это «безопасным анклавом». В любом случае это один принцип – хранение чувствительных данных в отдельной части чипсета. Там они не могут быть доступны приложениям, работающим в обычной среде операционной системы.
Альянс FIDO (Fast IDentity Online) разработал надежные криптографические протоколы, которые используют эти защищенные аппаратные зоны, чтобы обеспечить установление связи между устройством и сервисами при аутентификации без пароля. Таким образом, вы можете войти на веб-сайт или в интернет-магазин с помощью отпечатка пальца, и никакие данные вообще не будут отправлены с вашего смартфона. Это достигается путем передачи на сервер цифровых ключей, а не биометрических данных.
Заключение
Сканеры отпечатков пальцев стали безопасной альтернативой запоминанию бесчисленных логинов, пин-кодов и паролей, хранящихся на наших телефонах. Их растущая скорость, высокий уровень безопасности и скрытое размещение в экране гарантируют, что эта технология сохранит актуальность, несмотря на растущее распространение дорогостоящей технологии разблокировки лица. Широкое проникновение безопасных мобильных платежных систем означает, что эти сканеры, безусловно, останутся важным инструментом безопасности в будущем.
Большинство современных смартфонов оснащено биометрическими системами аутентификации, преимущественно для безопасной разблокировки экрана. Из статьи вы узнаете о разновидностях сканеров отпечатков пальцев, принципе работы, основных преимуществах и недостатках.
Что такое сканер отпечатков пальцев
Под сканером следует понимать устройство идентификации пользователя путем считывания и анализа папиллярного слоя пальца. Для этой цели применяется аппаратная часть для получения биометрической информации, а так же программная часть для анализа и сопоставления с исходными данными.
Дактилоскопическое сканирование доступно благодаря папиллярным узорам на пальцах человека. Такой узор формируется ещё до рождения и не меняется до конца жизни. У каждого человека на пальцах уникальная комбинация впадин и рельефов, включая близнецов. Кроме того отличаются и характеристики кожи. Благодаря чему для считывания биометрических данных фиксируется наличие тепла или электрической емкости, либо комбинации двух вариантов.
Типы дактилоскопических сканеров
В смартфонах используются три вида считывателей отпечатка:
- Ёмкостные.
- Оптические.
- Ультразвуковые.
Отличительные особенности каждого типа заключаются в методах реализации для получения биометрических данных, а так же конструкции. А ещё в обязательных условиях необходимых для успешного сканирования.
Емкостные сканеры
Технология основана на работе полупроводников, что расположены на обратной стороне считывающей области. При соприкосновении пальца со сканером происходит изменение ёмкости, величины определяющей расстояние между папиллярной и считывающей поверхностью. В месте очертания узора величина выше, в месте впадины меньше. В результате получается карта папиллярного узора, что преобразуется в изображение, после чего система сравнивает полученный снимок с тем, что в базе данных.
Основные преимущества:
- Низкая себестоимость.
- Высокая скорость считывания отпечатка.
- Приемлемая надежность.
- Считывание под любым углом.
Основные недостатки:
- Массивные размеры не позволяют производителю установить сканер в экране или под экраном. Только на обратной стороне смартфона, боковой грани или боковой кнопке.
- Проблемы со считыванием грязного или влажного пальца.
- Слабая защита.
Оптические сканеры
Технология работает за счет оптических методов получения 2D рисунка папиллярного узора. Существуют вариации в виде контактной площадки и встройки в экран смартфона.
Контактная площадка
Внешний вид аналогичен емкостному типу. Наиболее распространенная реализация – метод отражения. Так на приложенный палец воздействует световой поток встроенного источника света. Часть энергии отражается и попадает на улавливающую камеру, что позволяет построить двухмерную карту папиллярного узора.
Основные преимущества:
- Высокая скорость считывания.
- Компактные размеры.
- Возможность расположения под экраном или в экране.
Основные недостатки:
- Низкая защита.
- Сложности считывания в случае загрязнения пальца.
Сканер внутри дисплея
Принцип работы сканера внутри дисплея аналогичен тому, как и в контактной площадке, отличается только конструкция. Так при производстве в определенном месте дисплея создается отверстие, куда позднее устанавливается считывающая поверхность соответствующего размера. Положение подгоняется таким образом, что бы при обычном использовании смартфона поверхность сканера работала в качестве экрана.
В момент считывания отпечатка пальца сканирующая область подсвечивается, что помогает пользователю точно приложить палец. А так как границы области строго определены, сдвиг пальца в сторону может закончиться ошибкой сканирования. В завершение яркость экрана в области сканирования увеличивается для получения необходимого светового потока.
Основные преимущества:
- Компактные габариты, что позволяют установить сканер в экран.
- Нет проблем со считыванием при установке закаленного стекла.
Основные недостатки:
- Строгие границы области считывания.
- При ярком освещении считывание часто производится не с первого раза.
- Повреждение экранного сканера приводит к недееспособности экрана в месте расположения сканера.
- Сложности реализации экранного сканера с IPS матрицами.
Поскольку оптические сканеры получают только картинку, при должном усилии подделать отпечаток не составит труда. Поэтому для повышения надежности часто оптические модели используют дополнительные датчики: тепла, емкости или пульса.
Ультразвуковые сканеры
Для сканирования отпечатка используются ультразвуковые волны. Испускаемая волна достигает пальца, после чего отражается и возвращается обратно к датчику, благодаря чему измеряются размеры выступов и впадин папиллярного слоя. Поскольку для считывания биометрии не требуется отдельная считывающая площадка, сканирование выполняется за счет дисплея.
Основные преимущества:
- Наилучшее качество получаемого изображения отпечатка из присутствующих на рынке решений.
- Вероятность обмануть сканер близка к нулю.
- Возможность использовать сканер для считывания пульса.
Основные недостатки:
- Высокая стоимость сканера.
- Глубокие трещины в защитном стекле не позволяют использовать сканер.
- Для считывания требуется прикладывать палец в определенной области.
- Сканер не считывает отпечаток при наличии дополнительного защитного стекла.
Вывод
В статье подробно описаны применяемые типы сканеров отпечатков пальцев в Android смартфонах. Наиболее защищенный и перспективный – ультразвуковой тип. При этом технология относительно недавно на рынке и нуждается в доработке. А из-за высокой цены первое время такие сенсоры стоит ждать только во флагманских смартфонах.
Оптические сканеры остаются пока наиболее массовыми ввиду отсутствия альтернативы. Так же всё больше смартфонов выходит с датчиками встроенными в экран. А после доработки технологии под IPS матрицы, на рынке появятся смартфоны с более демократичным ценником.
Емкостные сканеры постепенно вытесняются более перспективными вариантами. При этом ввиду доступной стоимости такие датчики ещё надолго закрепятся в бюджетном сегменте.
А какой тип дактилоскопического сенсора в вашем смартфоне? Делитесь мнением в комментариях под статьей.