Как работает сканер отпечатка пальца
Удобно, но не всегда безопасно.
Сканер отпечатка пальца — удобная штука, но не самая надёжная. Иногда обычный пароль защитит ваши данные гораздо лучше, чем сканер. В этой статье — по какому принципу он работает и в чём уязвимость.
Всё дело в минуциях
Самое главное для сканера — это минуции. Минуции — это те места в узорах на пальцах, где изменяются линии. Например:
Именно минуции делают наши отпечатки уникальными и позволяют отличить один отпечаток от другого. Задача сканера — распознать их как можно точнее.
Как сканер получает данные
Самые первые сканеры работали по принципу фотоаппарата: фотографировали приложенный палец крупным планом, а потом сравнивали это изображение с тем, что есть в памяти. Сложность была в том, что для успешного распознавания нужно было прикладывать палец точно так же, как при первоначальном сканировании. Если приложить на полсантиметра ниже или выше — ничего не сработает.
Второй минус такого визуального подхода — этот сканер легко обмануть, приложив фотографию отпечатка. Сканер сфотографирует её, получит то же изображение, что и на отпечатке, и разрешит доступ. По этой причине такие оптические сканеры для серьёзной защиты почти не используются.
Современные сканеры работают не с общим видом отпечатка, а с минуциями. Задача сканера теперь такая:
Какие бывают сканеры отпечатков пальцев
Оптические — под экраном. OLED-матрицы, которые используются в современных смартфонах, могут пропускать свет изнутри и снаружи. Это свойство производители используют для того, чтобы поставить простой оптический сканер прямо под экраном. Технически такой сканер просто делает фотографию отпечатка, да ещё и плохого качества — сделать отличный снимок мешают пиксели на матрице. Поэтому такие сканеры могут ошибаться, работать медленно и срабатывать даже на простейший муляж отпечатка (например, на скотче или на пакете).
Оптические бесконтактные. Кроме оптических сканеров есть и оптические бесконтактные. Это значит, что палец кладётся не на сам сканер, а на стекло. Под этим стеклом есть несколько камер, которые снимают изображение с разных сторон. Теоретически этот сканер уже нельзя обмануть фотографией, потому что с нескольких камер получается стереоизображение. Но если палец изготовили на 3D-принтере — можно и обмануть.
Ёмкостные. Именно такие сканеры стояли в первых телефонах с датчиками отпечатков, и с разными модификациями они используются до сих пор.Работают они так: на поверхности сканера есть очень много миниатюрных полупроводников. Когда прикладывается палец, то выступающие линии на пальце замыкают эти проводники и их ёмкость в цепи меняется. По изменению ёмкости и составляется картина отпечатка сразу в цифровом виде.
Минусы ёмкостного сканера:
Ультразвуковые. Теоретически это самые передовые и надёжные сканеры отпечатков, потому что они могут собирать не только данные о линиях на пальце, но и проверять пульс и строить трёхмерную модель линий и впадин. На практике такое можно встретить пока только у некоторых телефонов Samsung — ультразвуковой сканер дороже остальных в производстве.
Что лучше — отпечаток или пароль
Если вам важнее скорость и удобство разблокировки телефона или ноутбука — используйте отпечаток. Или если вы считаете, что на вашем устройстве нет ничего ценного и даже если кто-то получит доступ ко всем данным, то тоже ничего страшного не случится. Ещё один вариант, когда отпечатка будет достаточно — если вам просто нужна защита от детей.
Во всех остальных случаях лучше использовать пароль. Есть много способов обмануть сканер отпечатка пальцев, и только два способа обойти пароль: подсмотреть или взломать. Если вы выберете сложный пароль и убедитесь, что никто не следит за вводом, то взломать такой пароль будет очень сложно.
Сканер отпечатка пальца на смартфоне. Как работает и что лучше — емкостный, оптический или ультразвуковой?
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:
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 первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?
Сканеры отпечатков в смартфонах: какие бывают и в чём различия
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.
Содержание
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.
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.
