Как работает сканер отпечатков пальцев: как это работает?

Как работает сканер отпечатков пальцев: как это работает? — android.mobile-review.com

alexxlab 24.04.1976 Leave a comment

Содержание

как это работает? — android.mobile-review.com

22 января 2021

Константин Иванов

Facebook

Twitter

Вконтакте

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.

Теория и конструкция емкостного сканера отпечатков

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.

ARM TrustZone используется для хранения биометрических и криптографических данных отдельно от Rich OS

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.

Как работает логин FIDO без отправки персональных данных

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.

Сканер отпечатка пальца на смартфоне. Как работает и что лучше — емкостный, оптический или ультразвуковой?

Последнее обновление:3 недели назад

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:

Пример отпечатка пальца

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.

Пример работы оптического сканера

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 первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Сканеры отпечатков пальцев. Классификация и способы реализации / Хабр

Около года назад во время написания курсовой работы мне пришлось вплотную столкнуться со сканерами отпечатков пальцев. Отчетливо помню, как меня неприятно удивило их многообразие – еще бы, ведь для каждого мне надо было искать каналы утечки информации и писать методику их оценки. И все же факт остается фактом – в настоящее время существуют принципиально разные способы получения отпечатков пальцев с разной степенью надежности и эффективности.

О сканировании

Чуть больше года назад на Хабре

поднимался

вопрос биометрической идентификации, поэтому общую информацию я дам вкратце. Физиологически отпечаток пальца представляет собой так называемый паппилярный узор — конфигурацию выступов (гребней), содержащих индивидуальные поры, разделенные впадинами. Под кожей пальца расположена сеть кровеносных сосудов. Также отпечаток пальца связан с определенными электрическими и тепловыми характеристиками кожи. Это означает, что для получения изображения отпечатка пальца может использоваться свет, тепло или электрическая емкость (а также их комбинация). Отпечаток пальца формируется во время развития плода и не изменяется на протяжении всей жизни человека, кроме того, при повреждении через некоторое время он восстанавливает свою первоначальную структуру. Даже однояйцовые близнецы не имеют идентичных отпечатков пальцев. По показателям надежности сканирование отпечатков уступает только анализу ДНК, а также сканированию радужной оболочки или сетчатки глаза.

Все существующие сканеры отпечатков пальцев можно разделить на три группы: оптические, полупроводниковые и ультразвуковые. К тому же в каждом методе существует несколько способов реализации.

Оптические сканеры

Оптические сканеры — основаны на использовании оптических методов получения изображения. Существует несколько основных способов реализации оптического метода:

Оптический метод на отражение

В данном методе используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frusted Total Internal Reflection). Эффект заключается в том, что при падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части — одна отражается от границы, другая проникает через границу во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения светового потока. Начиная с некоторой величины данного угла, вся световая энергия отражается от границы раздела.

Это явление называется полным внутренним отражением. В случае контакта более плотной оптической среды (поверхности пальца) с менее плотной в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся лишь пучки света, попавшие в определенные точки полного внутреннего отражения, к которым не был приложен папиллярный узор пальца. Для захвата полученной световой картинки поверхности пальца используется специальный датчик изображения (КМОП или ПЗС, в зависимости от реализации сканера).

Недостатки метода:
• Неэффективная защита от муляжей
• Чувствительность к загрязнениям

Ведущими производителями подобных сканеров являются компании BioLink, Digital Persona, Identix.

Оптический метод на просвет

Сканеры данного типа представляют собой оптоволоконную матрицу, в которой все волноводы на выходе соединены с фотодатчиками.

Чувствительность каждого датчика позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке соприкосновения пальца с поверхностью матрицы. Изображение всего отпечатка формируется по данным, считываемым с каждого фотодатчика.

У данного метода гораздо больше плюсов:
• Высокая надежность считывания
• Устойчивость к обману

Однако у данного метода имеется также существенный недостаток – сложность его реализации:

Данный тип сканеров выпускается компанией Security First Corp.

Оптические бесконтактные сканеры

В Оптических бесконтактных сканерах (touchless scanners), вы не поверите, не требуется непосредственного контакта пальца с поверхностью сканирующего устройства. Палец прикладывается к отверстию в сканере, несколько источников света подсвечивают его снизу с разных сторон, в центре сканера находится линза, через которую, собранная информация проецируется на КМОП-камеру, преобразующую полученные данные в изображение отпечатка пальца.

Ведущий производитель сканеров данного типа Touchless Sensor Technology.
(Про достоинства/недостатки почему-то ничего нет)

Полупроводниковые сканеры

В основе полупроводниковых сканеров лежит использование для получения изображения поверхности пальца свойств полупроводников, изменяющихся в местах контакта гребней папиллярного узора с поверхностью сканера.

Емкостные сканеры

Емкостные сканеры (Сapacitive Scanners) являются сегодня наиболее распространенными полупроводниковыми устройствами для получения изображения отпечатка пальца. Их работа основана на эффекте изменения емкости p-n-перехода полупроводника при соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы. Существуют модификации емкостных сканеров, в которых каждый полупроводниковый элемент в матрице выступает в роли одной пластины конденсатора, а палец — в роли другой. При приложении пальца к датчику между каждым чувствительным элементом и выступом-впадиной папиллярного узора образуется емкость, величина которой определяется расстоянием между рельефной поверхностью пальца и элементом. Матрица этих емкостей преобразуется в изображение отпечатка пальца.

Достоинствами вследствие его популярности является:
• Низкая себестоимость
• Надежность

Недостатки:
• Неэффективная защита от муляжей

Ведущими производителями сканеров данного типа являются компании Infineon, STMicroelectronics, Veridicom.

Радиочастотные сканеры

В радиочастотных сканерах (RF-Field Scanners) используется матрица элементов, каждый из которых работает как миниатюрная антенна. Радиочастотный модуль генерирует сигнал низкой интенсивности и направляет его на сканируемую поверхность пальца. Каждый из чувствительных элементов матрицы принимает отраженный от папиллярного узора сигнал. Величина наведенной в каждой миниатюрной антенне ЭДС зависит от наличия или отсутствия вблизи нее гребня папиллярного узора. Полученная таким образом матрица напряжений преобразуется в цифровое изображение отпечатка пальца.

Достоинства:
• Поскольку анализируются физиологические свойства кожи, вероятность обмана данного сканера стремится к нулю

Недостатки:
• Неустойчивая работа при плохом контакте пальца

Известным производителем радиочастотных сканеров является компания Authentec.

Сканеры, использующие метод давления

Чувствительные к давлению сканеры (Pressure Scanners) в своей конструкции используют матрицу пьезоэлектрических элементов, чувствительных к нажатию. При прикладывании пальца к сканирующей поверхности гребешковые выступы папиллярного узора оказывают давление на некоторое подмножество элементов матрицы. Впадины кожного узора никакого давления не оказывают. Таким образом, совокупность полученных с пьезоэлектрических элементов напряжений преобразуется в изображение отпечатка пальца.

Данный метод имеет ряд недостатков:
• низкая чувствительность
• неэффективная защита от муляжей
• подверженность к повреждениям при чрезмерно прилагаемых усилиях

Чувствительные к давлению сканеры выпускает компания BMF.

Термосканеры

Термосканеры (Thermal Scanners) — в таких устройствах используются датчики, которые состоят из пироэлектрических элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение.

При прикладывании пальца к сканеру по температуре прикасающихся к пироэлектрическим элементам выступов папиллярного узора и температуре воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца, которая в дальнейшем преобразуется в цифровое изображение.

Температурный метод имеет множество преимуществ:
• высокая устойчивость к электростатическому разряду
• устойчивая работа в широком температурном диапазоне
• эффективная защита от муляжей.

К недостаткам данного метода можно отнести то, что изображение быстро исчезает. При прикладывании пальца в первый момент разница температур значительна и уровень сигнала, соответственно, высок. По истечении короткого времени (менее одной десятой доли секунды) изображение исчезает, поскольку палец и датчик приходят к температурному равновесию.

Ультразвуковой метод

В данной группе пока существует только один метод, который так и называется. Ультразвуковые сканеры (Ultrasonic Scanners) сканируют поверхность пальца ультразвуковыми волнами. Расстояния между источником волн и гребешковыми выступами и впадинами папиллярного узора измеряются по отраженному от них эху.

Качество получаемого изображения в десятки раз лучше, чем у любого другого представленного на биометрическом рынке метода. Кроме того, данный способ практически полностью защищен от муляжей, поскольку позволяет помимо отпечатка папиллярного узора пальца получать информацию и о некоторых других характеристиках, например, о пульсе.

Недостатки:
• Высокая стоимость

Ведущим производителем сканеров данного типа является компания Ultra-Scan Corporation.

Литература (как было в курсовой):

Российский биометрический портал

(к сожалению, уже не работает)

Датчики отпечатков пальцев фирм Atmel и Fujitsu

Задорожный B. Идентификация по отпечаткам пальцев

4. Некий вордовский документ на моем компе под названием: «О, а это уже классно». К сожалению, я уже не помню что это была за книга/сайт, да и почему он меня так обрадовал тоже не пойму )

Принцип работы сканеров отпечатков пальцев

Сканер отпечатков пальцев — это тип электронной системы безопасности, которая использует отпечатки пальцев для биометрической аутентификации, для предоставления пользователю доступа к информации или подтверждения какой-либо транзакции.

Еще в недалеком прошлом нам казалось, что сканеры – это что-то фантастическое. Но развитие инженерной индустрии не стоит на месте и уже сегодня сканеры отпечатков пальцев становятся настолько обыденными, что используются практически каждым. Отпечатки пальцев человека уникальны, поэтому они успешно используются для идентификации людей. Не только правоохранительные органы собирают и поддерживают базы данных отпечатков пальцев. Многие виды профессий, требующих лицензирования или сертификации (например, финансовые консультанты, биржевые посредники, агенты по недвижимости, учителя, врачи / медсестры, охрана, подрядчики и т. д.) требуют отпечатки пальцев в качестве условия работы. Все больше и больше изобретений начали применять сканеры отпечатков пальцев (их также можно назвать «считывателями» или «датчиками») в качестве еще одной (необязательной) функции безопасности для мобильных устройств. Сканеры отпечатков пальцев являются одним из последних изобретений в постоянно растущем списке — пин-коды, коды шаблонов, пароли, распознавание лиц, определение местоположения, распознавание голоса, надежное соединение Bluetooth / NFC — способы блокировки и разблокировки смартфонов.

Зачем использовать сканер отпечатков пальцев?

Многие пользуются этим для безопасности, удобства и футуристического ощущения. Сканеры отпечатков пальцев работают захватывая рисунок на пальце. Затем информация обрабатывается программным обеспечением анализа / сопоставления патчей устройства, которое сравнивает его со списком зарегистрированных отпечатков пальцев в файле. Успешное совпадение означает, что идентификация проверена, тем самым предоставляя доступ.

Метод захвата данных отпечатков пальцев зависит от типа используемого сканера:

Оптический датчик: эти типы сканеров в основном делают фотокопию пальца. Многие еще и подсвечивают палец, чтобы обеспечить четкий контраст линий, поскольку светочувствительный сканер (обычно датчик изображения или светочувствительный микрочип) записывает информацию для создания цифрового изображения. Многие компьютерные сканеры отпечатков пальцев используют оптические датчики.
Емкостный датчик: для определения образцов отпечатков пальцев вместо света сканеры используют электричество. Когда палец опирается на сенсорную поверхность, устройство измеряет заряд; хребты демонстрируют изменение емкости, а долины практически не меняются. Датчик использует все эти данные для точной печати отпечатков. Большинство смартфонов со сканерами отпечатков пальцев используют емкостные датчики.
Ультразвуковой датчик: Подобно тому, как летучие мыши и дельфины используют эхо-локацию для поиска и идентификации объектов, ультразвуковые сканеры работают через звуковые волны. Аппарат предназначен для отправки ультразвуковых импульсов и измерения количества отскоков назад. Хребты и долины рисунка пальца отражают звук по-разному, а именно, как ультразвуковые сканеры могут создавать подробную 3D-карту отпечатков пальцев. Ультразвуковые датчики в настоящее время прототипируются (например, Qualcomm Technologies, Inc.) и протестированы для использования в мобильных устройствах.

Анализ отпечатков пальцев

Есть более сотни различных характеристик, по которым можем провести идентификацию рисунка пальца. Анализ отпечатков пальцев в основном сводится к построению точек, где хребты рисунка заканчиваются внезапно и развиваются на две ветви (и направление). Сканеры отпечатков пальцев включают все эти точки данных в шаблоны, которые используются всякий раз, когда требуется биометрическая аутентификация. Больше собранных данных помогает обеспечить большую точность (и скорость) при сравнении большого количества отпечатков. Производитель сканеров отпечатков пальцев в повседневной жизни Motorola Atrix стала первым смартфоном, который включил сканер отпечатков пальцев, еще в 2011 году. С тех пор многие другие смартфоны включили эту функцию. К примеру: Apple iPhone 6S, модели Apple iPad, Apple iPhone 7, Samsung Galaxy S5, Huawei Honor 6X, HuaweiHonor 8 PRO, OnePlus 3T, OnePlus 5 и Google Pixel. Вероятно, что еще больше мобильных устройств будут иметь функцию сканера отпечатков пальцев в будущем, тем более, что уже сейчас можно во многих повседневных объектах найти их. Когда дело доходит до безопасности ПК, существует множество вариантов сканирования отпечатков пальцев, которые уже интегрированы в некоторых моделях ноутбуков. Большинство устройств, которые можно приобрести отдельно, подключаются с помощью USB-кабеля и они совместимы практически со всеми операционными системами. Некоторые устройства более близки по форме и размеру к USB-флеш-накопителям, некоторые устройства USB уже имеют встроенный сканер отпечатков пальцев. Сейчас можно увидеть биометрические дверные замки, в которые встроены сканеры отпечатков пальцев в дополнение к сенсорным клавиатурам ручного ввода пароля. Биометрические комплекты для стартеров автомобилей создают дополнительный уровень безопасности для владельца. Существуют также сейфы и навесные замки сдатчиками отпечатка пальцев. Всевозможные организации, фирмы, общественные объекты, к примеру, такие парки как Walt Disney World, при входе в которые установлены эти самые устройства для недопущения мошенничества с билетами.

Применение биометрии в повседневной жизни будет расти, поскольку производители разрабатывают новые (и более доступные) способы внедрения технологий в современные гаджеты. К примеру, для аутентификации пользователя, в динамике Amazon Echo используется программное обеспечение для распознавания голоса. Другие динамики, такие как Ultimate Ears Boom 2 и Megaboom, интегрировали распознавание голоса Alexa через обновления прошивки. Все эти примеры используют биометрию в виде распознавания голоса.

Тема использования отпечатков пальцев для биометрической аутентификации довольно часто обсуждается – человечество спорит о высоких рисках и значительных преимуществах в равной мере. Поэтому, прежде чем Вы начнете использовать новейший смартфон с сканером отпечатков пальцев, Вы можете взвесить все за и против.

Плюсы использования сканеров отпечатков пальцев:

Быстрый и легкий доступ одним пальцем к разблокировке устройства.
Отличный способ идентифицировать уникальных людей.
Чрезвычайно сложно подделать / дублировать (по сравнению с карточками идентификации / доступа и т. д.).
Практически невозможно угадать / взломать (по сравнению с пин-кодами, паролями и т.д.).
Вы не можете забыть свой отпечаток пальца (как вы могли бы с паролями, кодами, шаблонами, картами доступа и т.д.).

Недостатки использования сканеров отпечатков пальцев:

Шифрование по-прежнему вызывает сомнения (безопасность Ваших данных отпечатков пальцев зависит от производителя программного обеспечения / оборудования).
Дефект рисунка пальца может затруднить успешное сканирование и запретить доступ к авторизованным пользователям (даже небольшие недостатки могут создавать трудности)
Микробы (знаете, сколько людей коснулись общественного сканера, прежде чем Вы это сделали)?

Производители все же не сидят на месте, все время улучшают качество шифрования и защиты данных, чтобы предотвратить кражу или неправильное использование личных данных. Простота и удобство использования, на самом деле, приводит к тому, что мобильные устройства все больше отдают предпочтение сканерам для аутентификации себя, как владельца. Но все же, наличие нескольких способов доступа (двухфакторная аутентификация) могут улучшить вашу личную безопасность, а также спасти Вас в некоторых ситуациях, когда невозможно отсканировать отпечаток.

Использование Touch ID на Mac

Если Ваш Mac или клавиатура Magic Keyboard оснащены сенсором Touch ID, Вы можете использовать его для разблокировки Mac, авторизации покупок в iTunes Store, App Store и Apple Books, а также совершения покупок на веб-сайтах, поддерживающих Apple Pay. Можно также использовать Touch ID для входа в некоторые приложения сторонних разработчиков.

Настройка Touch ID

На Mac выберите меню Apple > «Системные настройки», затем нажмите «Touch ID».
Открыть настройки Touch ID
Нажмите «Добавить отпечаток», введите свой пароль и следуйте инструкциям на экране.
В учетную запись можно добавить три отпечатка пальцев (всего на компьютере Mac может храниться не более пяти отпечатков).
Установите нужные флажки, чтобы указать, для чего может использоваться Touch ID:
- Разблокировка Mac. Используйте Touch ID для разблокировки Mac при выводе компьютера из режима сна.
- Apple Pay. Используйте Touch ID для оплаты покупок, сделанных с этого Mac, с помощью Apple Pay.
- iTunes Store, App Store и Apple Books. Используйте Touch ID для оплаты покупок в интернет-магазине Apple, сделанных с этого Mac.
- Автозаполнение пароля. Используя Touch ID, можно автоматически заполнять имена пользователей и пароли, а также данные кредитных карт при их запросе в Safari и других приложениях.
- Использовать сенсор Touch ID для быстрого переключения пользователей. Можно будет перейти в другую учетную запись на Mac при помощи Touch ID.

Переименование или удаление отпечатков пальцев

На Mac выберите меню Apple > «Системные настройки», затем нажмите «Touch ID».
Выполните одно из следующих действий.
- Переименование отпечатка. Нажмите текст под отпечатком и введите название.
- Удаление отпечатка. Выберите отпечаток, введите пароль, нажмите «OK», затем нажмите «Удалить».

Использование Touch ID для разблокировки Mac, входа в систему или смены пользователя

Чтобы использовать Touch ID для выполнения этих задач, Вы должны предварительно войти в систему Mac, введя свой пароль.

Разблокировка Mac и некоторых объектов, защищенных паролем. Выводя Mac из режима сна или открывая объекты, защищенные паролем, просто приложите палец к сенсору Touch ID при появлении запроса.
Вход из окна входа в систему. Нажмите свое имя в окне входа, затем приложите палец к сенсору Touch ID.
При помощи Touch ID можно разблокировать только те учетные записи пользователей, в которых есть пароль. В учетных записях только для общего доступа и в гостевых учетных записях нельзя использовать Touch ID.
Переключение пользователей. Из меню быстрого переключения пользователей в строке меню выберите другого пользователя, затем приложите палец к сенсору Touch ID.
Чтобы Touch ID можно было использовать для смены пользователя, должно быть настроено быстрое переключение пользователей, а пользователь, которого Вы хотите выбрать, должен предварительно войти в систему Mac, используя свой пароль.

Использование Touch ID для совершения покупок

Войдите в систему Mac, введя пароль.
Совершите покупку с помощью Apple Pay или в одном из интернет-магазинов Apple.
Поместите палец на сенсор Touch ID, когда появится соответствующий запрос.

Использование Wallet и Apple Pay на компьютере Mac.

Если возникли проблемы с Touch ID

Если сенсор Touch ID не распознает отпечаток пальца. Убедитесь, что палец сухой и чистый, затем повторите попытку. Влага, следы крема, порезы, пересохшая кожа — все это может повлиять на распознавание отпечатка пальца. Если Touch ID не работает на компьютере Mac или клавиатуре Magic Keyboard, см. эту статью службы поддержки Apple.
Если все равно требуется вводить пароль. В целях безопасности нужно обязательно вводить пароль при запуске Mac. Бывают ситуации, когда для продолжения использования Touch ID необходимо ввести пароль. Например, каждый пользователь должен повторно вводить пароль каждые 48 часов, а также после пяти неуспешных попыток распознавания отпечатка пальца.

Примечание. В качестве дополнительной меры безопасности только пользователи, вошедшие в систему, могут получить доступ к своей информации Touch ID. Администратор не может менять ни настройки Touch ID, ни отпечатки пальцев для другого пользователя.

Датчик отпечатков пальцев иногда не работает надлежащим образом — что я могу сделать?

$ Check_Product

Вы можете заметить, что датчик отпечатков пальцев на вашем Xperia реагирует не так часто, как ожидалось. Воспользуйтесь следующими простыми советами по устранению неполадок, чтобы решить возникшую проблему.

Повторно зарегистрируйте отпечаток пальца

Убедитесь, что на вашем устройстве установлено программное обеспечение версии 55.1.A.9.21 или более поздней версии (Xperia 5), 55.0.A.6.16 или более поздней версии (Xperia 1).

Подсказка: обновите

программное обеспечение Xperia, после чего повторно зарегистрируйте отпечаток вашего пальца.

Чтобы обеспечить точную регистрацию отпечатка пальца, имейте в виду следующее:

Возьмите устройство так, как обычно держите его при повседневном использовании.
Начните регистрацию отпечатка пальца, прикоснувшись пальцем к датчику.
Не перемещайте палец на слушком большое расстояние относительно центра датчика все зависимости от анимации в пользовательском интерфейсе. Это гарантирует, что устройство зарегистрирует основную часть вашего отпечатка пальца, который будет использоваться чаще всего при прикосновении к датчику.

Примечание! Обновления программного обеспечения выпускаются в разное время в зависимости от оператора, рынка, региона или страны. Поэтому мы не можем сообщить точную дату выпуска обновления для вашего устройства.

Повторная регистрация отпечатка пальца

Аккуратно очистите датчик отпечатков пальцев чистой сухой тканью.
Выберите
«Настройки (Settings)»→ «Безопасность (Security)» → «Диспетчер отпечатков пальцев (Fingerprint Manager)»
Повторно введите PIN-код или пароль.
Удалите все зарегистрированные отпечатки пальцев.
Выберите
«Добавить отпечаток пальца (Add fingerprint)» и зарегистрируйте отпечаток вашего пальца.

Если ситуация не улучшилась, попробуйте добавить тот же палец. Вы можете зарегистрировать не более 5 отпечатков пальцев.

Чтобы добавить отпечаток пальца,

выберите
«Добавить отпечаток пальца (Add Fingerprint)» и зарегистрируйте тот же палец как
«Палец (Finger) 2, 3, 4 или 5».
Переместите палец на небольшое расстояние по направлению к первой зарегистрированной позиции.

Вы можете попробовать данное решение вместо шага 2 или в дополнение к нему

Поверните палец на 90 градусов и зарегистрируйте его.

Новости Xiaomi, Новинки, Обзоры, Сравнения

Сегодня мы в Румиком хотим с вами поделиться интересной информацией о работе сканера отпечатков пальцев. Наверняка вы задавали себе вопрос “Как этот сканер работает-то?”. Во время презентации первого смартфона со сканером отпечатков Redmi Note 3 в Дели Хьюго Барра рассказал о некоторых особенностях работы сканера отпечатков пальцев.

Так что же такое сканер отпечатков пальцев?

Это тип биометрической технологии безопасности, которая использует комбинацию аппаратных и программных методов дли распознавания отпечатка пальца пользователя. Он идентифицирует и проверяет подлинность отпечатков пальцев человека, чтобы разрешить или запретить доступ к смартфону, приложению и другим местам, которые нуждаются в защите от нежелательного вмешательства. Есть много других способов защиты персональной информации, такие как: биометрия, сканирование радужной оболочки глаза, сканирование сетчатки глаза, сканирование черт лица и так далее вплоть до спец анализа крови или походки. Кстати, анализ походки был продемонстрирован в фильме серии Миссия Невыполнима с Томом Крузом. В некоторых смартфонах даже используется сканер радужной оболочки глаза, но реализация этой фичи, естественно, далека от идеала. Почему именно сканер отпечатков? Все просто: платы для сканирования отпечатков довольно дешевы и просты как в изготовлении так и в использовании. Прикоснулся к сканеру и твой Redmi Note 3 мгновенно разблокирован и готов к работе.

Как существуют разные виды технологий биометрической безопасности, так и типы сканеров отпечатков пальцев имеют разные технологии и способы реализации. Всего существует три вида сканеров отпечатков:

Оптические сканеры;
Емкостные сканеры;
Ультразвуковые сканеры.

Оптические сканеры

Оптические сканеры отпечатков пальцев являются самым старым методом захвата и сравнения отпечатков пальцев. Как нетрудно догадаться из названия, этот метод основан на захвате оптического изображения отпечатка. По сути, это фотография отпечатка пальца, которая после захвата обрабатывается с использованием специальных алгоритмов для обнаружения уникальных узоров на поверхности, таких как гребней и уникальных завиток, анализируя самые светлые и темные участки изображения.

Так же как и камера в смартфоне, эти датчики имеют конечное разрешение и чем выше это разрешение, тем более мелкие детали узора датчик сможет различить на вашем пальце, тем выше безопасность. Тем не менее сенсоры этих датчиков имеют намного больший контраст, чем обычный фотоаппарат. Как правило, они имеют очень большое количество диодов на дюйм, чтобы захватывать изображение на близком расстоянии. Но когда прикладываешь палец к сканеру, то его камера ничего не видит, ведь темно, возразите вы. Верно. Поэтому оптические сканеры также имеют целые массивы светодиодов в качестве вспышки, чтобы осветить область сканирования. Очевидно, такая конструкция слишком громоздкая для телефона, где тонкость корпуса играет важную роль.

Основным недостатком оптических сканеров является то, что их довольно легко обмануть. Оптические сканеры захватывают только 2D изображение. Многие видели как с помощью незамысловатых манипуляций с тем же клеем ПВА или просто с качественной фотографией взламывается сканер и доступ к вашим важным документам или котикам получен. Поэтому этот тип обеспечения безопасности не подходит для смартфонов.

Так же как и сейчас вы можете найти смартфоны с резистивным экраном, вам могут встретиться и оптические сканеры отпечатков. Их еще используют в многих сферах, кроме тех, где нужна реальная безопасность. В последнее время с развитием технологий и увеличением спроса на более серьезную безопасность, смартфоны единогласно приняли и используют емкостные сканеры. Речь о них пойдет ниже.

Емкостные сканеры

Это наиболее часто встречающийся тип сканера отпечатков пальцев на сегодняшний день. Как видно из названия, конденсатор является основным модулем для сканирования в емкостном сканере. Вместо того, чтобы создавать традиционное изображение отпечатка пальца, емкостные сканеры используют массивы крошечных цепей конденсатора для сбора данных о отпечатках. Конденсаторы хранят электрический заряд и, приложив палец к поверхности сканера, накапливаемый в конденсаторе будет слегка изменен в тех местах, где гребень на узоре прикасается к пластине, и останется относительно неизменным, где наоборот впадины на узоре. Схема интегратора операционного усилителя используется для отслеживания этих изменений, которые затем могут быть записаны с помощью преобразователя в аналого-цифровой.

После того, как данные о отпечатке были захвачены, данные преобразуются в цифровые и уже в них ведется поиск отличительных и уникальных атрибутов отпечатка пальца, которые в свою очередь могут быть сохранены для сравнения на более позднем этапе. Главный плюс этой технологии в том, что она намного лучше оптических сканеров. Результаты сканирования не могут быть воспроизведены с изображением и его невероятно сложно обмануть с помощью протезирования, то есть слепка отпечатка. Как написано выше, это потому, что при распознавании отпечатка записываются несколько иные данные, а именно, изменения заряда на конденсаторе. Единственная реальная угроза безопасности исходит от любого аппаратного или программного вмешательства.

В емкостных сканерах отпечатков используют достаточно большие массивы этих конденсаторов, как правило сотник, если не тысячи в одном сканере. Это позволяет с высокой степенью детализировать изображение гребней и впадин отпечатка пальца. Так же как и в оптических сканерах большее количество конденсаторов обеспечивает более высокое разрешение сканера, повышая точность распознавания и, соответственно, уровень безопасности, вплоть до распознавания мельчайших точек.

Из-за большего количества компонентов в цепи распознавания отпечатка емкостные сканеры обычно немного дороже оптических. В ранних итерациях емкостных сканеров многие производители пытались уменьшить стоимость, сократив количество конденсаторов, необходимых для распознавания отпечатка. Такие решения были почти всегда не очень успешными и многие пользователи жаловались на качество распознавания, ведь приходилось несколько раз прикладывать палец, чтобы отсканировать отпечаток. К счастью, в наши дни эта технология уже доведена до ума и даже привередливый пользователь останется доволен. Стоит заметить, что если палец грязный или слишком влажный/жирный, то и емкостный сканер иногда не сможет распознать отпечаток. Впрочем, все же моют руки?:)

Ультразвуковые сканеры

Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев на данный момент являются новейшими технологиями распознавания отпечатков. Впервые данный тип сканера был использован в смартфоне Le Max Pro. В этом телефоне используются технологии американской компании Qualcomm с ее Sense ID.

Для распознавания отпечатка ультразвуковой сканер использует ультразвуковой передатчик и приемник. Ультразвуковой импульс передается непосредственно на палец, который помещен перед сканером. Часть этого импульса поглощается, а часть возвращается к приемнику и далее распознается в зависимости от гребней, впадин и других деталей отпечатка, которые являются уникальными для каждого пальца. В ультразвуковых сканерах датчик, который обнаруживает механическое напряжение, используется для расчета интенсивности возвращающегося ультразвукового импульса в различных точках на сканере. Сканирование в течение более продолжительного времени позволяет распознать дополнительные данные по глубине отпечатка, которые будут захвачены, и дадут в результате очень подробные 3D изображения отсканированного отпечатка пальца. Использование 3D технологии в этом методе сканирования делает его наиболее безопасной альтернативой емкостным сканерам. Единственный минус данной технологии в том, что на данный момент она еще не отработана и слишком дорогая. Первые смартфоны с такими сканерами являются первопроходцами в этой сфере. По этой же причине Xiaomi не стала использовать ультразвуковой сканер в своем флагмане Mi5.

Алгоритмы обработки отпечатков

Хоть, большинство сканеров отпечатков и основаны на очень схожих аппаратных принципах, дополнительные компоненты и программное обеспечение может играть важную роль в распознавании отпечатков. Различные производители используют несколько различных алгоритмов, которые будут наиболее “удобны” для конкретной модели процессора и операционной системы. Соответственно, у различных производителей определение ключевых характеристик отпечатков пальцев может различаться по скорости и точности.

Как правило, эти алгоритмы ищут где гребни и впадины заканчиваются, пересекаются и разделяются на две части. В совокупности особенности узора отпечатка называются “мелочами”. Если отсканированный отпечаток соответствует нескольким “мелочам”, то он будет рассмотрен как совпадение. Для чего это? Вместо того, чтобы сравнивать целые отпечатки каждый раз, сравнивание по “мелочам” уменьшает количество затрачиваемой вычислительной мощности, необходимой для обработки и идентификации каждого отпечатка пальца. Также данный способ помогает избежать ошибок при сканировании отпечатка и, главное, появляется возможность прикладывать палец не полностью. Ведь вы никогда не прикладываете палец точь в точь? Конечно, нет.

Эта информация должна храниться в безопасном месте на вашем устройстве и в достаточном удалении от кода, который потенциально может поставить под угрозу надежность сканера. Вместо того, чтобы хранить пользовательские данные в интернете, процессор надежно хранит информацию об отпечатке на физическом чипе в TEE (доверенная среда для выполнения задач). Эта безопасная зона используется также и для других криптографических процессов и напрямую обращается к защитным аппаратным платформам, таким как тот же сканер отпечатков, чтобы предотвратить любую программную слежку и любое вторжение. Эти алгоритмы у разных производителей могут отличаться или вовсе быть организованны по разному, например у Qualcomm это архитектура Secure MCM, а у Apple — Secure Enclave, но все они основаны на одном и том же принципе хранения этой информации в отдельной части процессора.

Сканеры отпечатков пальцев стали довольно безопасной альтернативой запоминанию бесчисленных логинов и паролей, а для безопасных платежных операций сканеры и вовсе со временем станут очень распространенным и важным инструментом безопасности.