Що значить ультразвукової відбиток пальця. Пристрій для читання відбитків пальців: технічна характеристика, класифікація, інструкція по використанню, специфікація, установка і особливості експлуатації

Датчики відбитків пальців на сьогоднішній день вийшли за межі преміум-сегмента смартфонів, технологія додаткової апаратної захисту може впроваджуватися навіть у відносно недорогі апарати середнього цінового діапазону. З часу виходу на ринок технологія зазнала значних еволюційних змін, тому вашій увазі пропонується огляд наявних на ринку дактилоскопічних сенсорів із зазначенням відмінностей між ними.

Оптичні сканери

Найстаріший спосіб захоплення і порівняння відбитків пальців. Як і випливає з назви, технологія грунтується на оптичному зображенні, по суті - фотографії, і використовує особливі алгоритми для визначення унікальних послідовностей на поверхні, наприклад, горбків або унікальних відмітин, аналізуючи найсвітліші і найтемніші області на зображенні.

За аналогією з камерами в смартфонах подібні датчики мають конкретне дозвіл, чим вона вища, тим більше дрібні деталі будуть доступні для обробки сканером, що підвищить рівень захисту. Однак подібні датчики отримують більш контрастні зображення, ніж звичайна камера. Зазвичай в них включено велика кількістьдіодів на дюйм для чіткішого відображення предметів поблизу. У момент сканування пальця сканер знаходиться в темряві, тому оптичні сканери також мають «на борту» світлодіоди, які діють як спалах під час сканування. Подібне внутрішній устрій додасть смартфону додаткові міліметри товщини і негативно відіб'ється на кінцевому форм-факторі.

Головним недоліком оптичних сканерів є їх ненадійність. З їх допомогою виходить лише двовимірне зображення, «обдурити» такий сканер можна іншим зображенням хорошої якостіабо штучно створеним відбитком з нього. Не варто довіряти подібного типу сканерів, він недостатньо безпечний для захисту самої важливої ​​інформації.

Сьогодні датчики відбитка пальця в смартфонах мають різні формиі розміри, але оптичних сканерів в них немає. За аналогією з початком поширення резистивних сенсорних екранів, Оптичні сканери на сьогоднішній день можна зустріти хіба що в самих недорогих апаратних рішеннях. Необхідність в посиленні безпеки зумовила одноголосний перехід смартфонів на конденсаторні сканери.

конденсаторні сканери

Найпоширеніший тип датчиків відбитків пальців. І знову назва видає головний компонент, якщо ви, звичайно, трохи розбираєтеся в електроніці - конденсатор. Замість створення традиційного зображення відбитка, конденсаторні сканери використовують для збору інформації про відбиток масиви крихітних конденсаторів. Якщо підключити здатні зберігати електричний зарядконденсатори до провідної платі, то це дозволить використовувати їх для зчитування деталей відбитка. Заряд в конденсаторах буде незначно змінюватися під час дотику пальця до плати і в той же час повітряний прошарок залишить заряд щодо без зміни. Для відстеження змін використовується інтеграційна ланцюг операційного підсилювача, згодом зміни можна записати конвертером сигналу з аналогового в цифровий.

Після сканування цифрова інформація може бути проаналізована на предмет відмінних і унікальних параметрів відбитка, які можуть бути збережені для подальшого порівняння. Подібний датчик набагато складніше «обдурити», ніж оптичний. Результати неможливо відтворити на зображенні і дуже складно підробити будь-яким штучним відбитком: різні матеріаливикличуть різні зміни в заряді конденсатора. Єдиний ризик для безпеки може виходити від можливості злому програмного або апаратного забезпечення.

Завдяки створенню досить великого масиву таких конденсаторів (сотні, якщо не тисячі конденсаторів в одному сканері) є можливість отримати зображення горбків і жолобків відбитка пальця з високою деталізацією шляхом використання лише електричних сигналів. За аналогією з оптичними датчиками, більшу кількість конденсаторів дасть більш високий дозвіл сканера і до певного рівня підвищить захист.

Через більшої кількості компонентів в ланцюзі конденсаторні сканери можуть коштувати дорожче. У деяких ранніх варіантах здійснювалися спроби урізати кількість необхідних конденсаторів шляхом використання сканерів «свайпа», які отримували інформацію від меншої кількості конденсаторних елементів швидким оновленням результатів у міру проведення пальцем по сенсору. Метод був досить витонченим і часто потрібно кілька спроб для успішного сканування. На щастя, сьогодні поширена більш проста схемароботи датчика: досить простого натискання і утримання.

ультразвукові сканери

Новітня дактилоскопічна технологія, вперше представлена ​​в складі смартфона Le Max Pro. Важливу роль в ній зіграла Qualcomm і технологія Sense ID. Для фактичного збору деталей про відбиток до складу апаратної платформи входять ультразвукові передавач і приймач. Через розташований у сканері палець передається ультразвуковий імпульс. Він частково поглинається, частково передається назад на сенсор в залежності від горбків, пор і інших унікальних для кожного відбитка деталей.

Ніякого мікрофона, що зчитує повертається сигнал, не передбачено, замість цього використовується сенсор, який може зчитувати механічне напруження для підрахунку інтенсивності повернувся сигналу на різних ділянках датчика. Сканування протягом довшого періоду часу дозволяє вважати додаткову інформацію, що в свою чергу може надати деталізовану тривимірну модель відсканованого відбитку. Тривимірна природа технології робить її ще більш безпечною альтернативою конденсаторним сканерів.

Алгоритми і криптографія

Більшість дактилоскопічних сенсорів засновані на дуже схожих принципах, але додаткові компоненти і програмного забезпеченняможуть грати головну роль в диференціації продуктів по продуктивності і функціональності, доступної споживачам.

Фізичний сканер супроводжує виділена мікросхема, що інтерпретує відскановану інформацію і передає її в необхідному форматі в процесор смартфона. Різні виробники використовують злегка відрізняються один від одного за швидкістю і точністю алгоритми ідентифікації ключових характеристик відбитка.

Зазвичай ці алгоритми «шукають» місце, де закінчуються горбки і лінії або де горбок розділяється на два. Збирацько ці та інші відмінні риси називаються шаблоном відбитка або детальним протоколом введення відбитка. Якщо у відсканованому відбитку збігаються кілька таких особливостей, то відбиток буде зарахований як співпав. Замість того, щоб порівнювати кожен раз цілий відбиток, порівняння особливостей шаблону зменшує кількість необхідної для ідентифікації відбитка обчислювальної потужності, допомагає уникнути помилок при змазуванні відбитка і також дозволяє сканувати поміщений не по центру палець або взагалі лише частина відбитку.

Безсумнівно, подібна інформація повинна надійно зберігатися на пристрої і зберігатися подалі від коду, який може скомпрометувати її. Замість завантаження інформації користувача в мережу, процесори ARM можуть надійно зберігати її в виділеної фізичної мікросхемі з використанням своєї технології Trusted Execution Environment (TEE) на базі TrustZone. Це безпечне сховище також використовується для інших криптографічних процесів і безпосередньо сполучається з захищеними апаратними компонентами, такими, як датчик відбитка, щоб запобігти будь-яким спробам перехоплення за допомогою програмного забезпечення. Доступ до затвердженої інформація не особистого характеру, наприклад, паролю можуть отримати тільки функції, які залежать API клієнтів TEE.

Подібне рішення від Qualcomm вбудовано в архітектуру Secure MSM, Apple називає подібний проект «Secure Enclave», але всі вони засновані на одному і тому ж принципі - зберіганні інформації на окремій частині процесора, до якої не можуть отримати доступ додатки, що працюють в звичайному середовищі операційної системи. В рамках альянсу FIDO (Fast Identity Online) були розроблені надійні криптографічні протоколи, що дозволяють використовувати ці апаратно захищені зони для аутентифікації між «залізом» і сервісами без пароля. Тому можна входити на сайт або онлайн-магазин, використовуючи відбиток пальця, а ваша персональна інформація при цьому не покине межі смартфона. Це досягається шляхом передачі на сервер цифрових ключів, а не біометричної інформації.

Датчики відбитка пальця стали досить безпечною альтернативою тому, щоб запам'ятовувати численні паролі і імена користувачів і подальший розвитокбезпечних мобільних платіжних систем означає, що ці сканери стануть більш поширеними і найважливішими інструментами по збереженню безпеки в майбутньому.

Цього разу Qualcomm заявляє, що її ультразвуковий сканер відбиток пальців зможе працювати під металом, склом або дисплеєм. Також вони зможуть працювати і під водою, так як розраховані на стандарт IP68, з яким виходять більшість сучасних флагманських пристроїв. Заявлена ​​робота через масло. При цьому, датчик зможе чітко визначити ваш відбиток пальця. Так що, якщо ви готуєте, і наллє на свій телефон масла - його все одно можна буде розблокувати і подивитися, що йде далі за рецептом.

Цікавим є факт, що ці датчики можуть визначити ваше серцебиття. Більше не потрібно тягнутися до спалаху камери. Це відкриє нові можливості для додатків безпеки. Також ультразвуковий сканер відбитків пальців зможе розпізнати жести.

Ця технологія дозволить розміщувати сканер мод металом або склом, не роблячи для цього ніяких спеціальних вирізів. Компанія відзначає, що ці ультразвукові датчики відбитків пальців будуть працювати з поточними та майбутніми процесорами Snapdragon 200, 400, 600 і 800 серій, включаючи нещодавно анонсовані Snapdragon 630 і 660. Крім того, вони також будуть сумісні з чіпами від MediaTek, Samsung і NVIDIA.

Ідентифікація за відбитками пальців - один з найнадійніших способів для підтвердження особи людини. За точністю такий метод поступається лише скануванню сітківки ока та аналізу ДНК. Відбиток пальця - це не що інше, як папілярні візерунки на шкірі, які є унікальними для кожної людини і формуються у плоду вже на 12 тижні одночасно з нервовою системою. При цьому на візерунки впливає генетичний код дитини, положення плода в матці, харчування матері під час вагітності, стан навколишнього середовища та інші випадкові чинники. Простою мовою, папілярні візерунки - це виступи і поглиблення на шкірі, що утворюють єдиний в своєму роді малюнок. Навіть при пошкодженні епідермісу з часом візерунок відновлюється, це лише питання часу і, звичайно, ступеня пошкодження. Як же працює сканер відбитків пальців сучасного смартфона - про це в сьогоднішньому випуску.

У будь-якого сканера відбитків пальців є дві функції: отримати зображення відбитка і перевірити його візерунок на збіг з іншими візерунками в базі даних. В сучасних смартфонах використовуються оптичні сканери. Вони працюють за тим же принципом, що і невеликі цифрові фотоапарати. Знімок робиться з використанням мікросхеми, що складається з світлочутливих фотодіодів і автономного джерела освітлення - матриці світлодіодів, яка підсвічує візерунки на пальці.

При потраплянні світла фотодіоди створюють електричний заряд, запам'ятовуючи окремий піксель на майбутньому знімку. Залежно від кількості потрапляє світла, інтенсивність кольору пікселя змінюється. Сукупність пікселів різної інтенсивності і утворює на сканері знімок відбитку пальця. Перед тим як почати звіряти відбиток, сканер перевіряє якість зображення, а саме його яскравість і чіткість. Якщо занадто яскраво або темний, налаштовується тривалість витримки сканера, і процес повторюється знову.

Після того як відбиток отриманий, він аналізується за допомогою спеціального програмного забезпечення. Для визначення особливостей папілярних візерунків ПО використовує складні алгоритми. Всього виділяють три типи візерунків: дугові, петльові та завітковие. Визначивши тип візерунка, сканер ідентифікує закінчення ліній візерунків, наприклад, розриви і роздвоєння - іменовані Мінуцій. Саме вони і є унікальними і дозволяють по відбитку пальця ідентифікувати його власника. Сканер визначає положення Мінуцій відносно один одного на кожному знімку: він розбиває відбиток на невеликі блоки 9х9 пікселів, кожен з яких містить певну кількість Мінуцій. Координати виявлених Мінуцій і їх кути орієнтації записуються в вектор. Потім ідентичні блоки зі сканера і знімків з бази даних зіставляються, і якщо візерунки в них ідентичні, то відбитки пальців належать одному і тому ж власнику. Варто відзначити, що сканери не аналізують кожну лінію візерунка: вони знаходять лише однакові закономірності в невеликій кількості блоків і по ним встановлюють схожість.

Існує два основних типи оптичних сканерів. Перший робить знімок потрібної області пальця при дотику до сканера. Цей тип використовується в смартфонах Apple, Починаючи з iPhone 5s.

Другий тип оптичного сканера передбачає проведення по ньому пальцем. Він робить серію знімків і програмно об'єднує їх воєдино. Такий сканер знайшов своє застосування в Samsung Galaxy S5. Але в наступних моделях він був замінений на перший тип, який є більш зручним, але і більш дорогим в силу необхідності використання більшої матриці.

Загальним недоліком оптичних сканерів є схильність забруднення і подряпин. Крім того, такий сканер можна обдурити за допомогою зліпка фаланги пальця.

Не так давно технологія зчитування відбитків пальців була пов'язана в основному з науково-фантастичними фільмами. Тепер, навіть в бюджетному смартфоні Xiaomi є сканер відбитків пальців. Ми пояснимо читачам принцип його роботи.

Сканер відбитків пальців (Touch ID) дозволяє ідентифікувати користувача на основі унікального малюнка шкіри на кінчику пальця. У кожної людини свій власний відбиток і «малюнок», який не повторюється навіть у випадку ідентичних близнюків.

Відбиток пальця (fingerprint) дозволяє ідентифікувати будь-яку людину, наприклад, коли ви шукаєте злочинців. Як виявилося, функція Touch ID також корисна для користувачів смартфонів. З її допомогою можна захистити смартфон від несанкціонованого доступу.

В даний час на ринку існує кілька типів сканерів. Всі вони працюють за одним і тим же принципом - сканер зчитує відбиток власника смартфона і при спробі розблокувати його порівнює «малюнок» з тим, який запрограмований заздалегідь в пристрої. Якщо відбиток пальця збігається, пристрій буде розблоковано. В іншому випадку з'явиться повідомлення про помилку.

Цікаво, що сканери не аналізують весь малюнок відбитка пальця. Перевіряються лише деякі з характерних рис або візерунків. Це, наприклад, розгалуження, роздвоєння або обривання відбитків пальців.

Сканери перетворять картинку в Темпл (шаблон), і за алгоритмом порівнюють відстань між кривими і лініями. Це дозволяє зробити процес перевірки набагато коротше, ніж якщо б вам потрібно було проаналізувати весь відбиток пальця.

Алгоритми підтверджують відбиток, якщо приблизно 40% Мінуцій збігається з збереженим малюнком. На практиці, цього достатньо для ідентифікації конкретного користувача і забезпечення відмовостійкості.

Мінуцій (або «точки Гальтона») - це унікальні для кожного пальця ділянки малюнка шкіри (точки), які показують в яких місцях папілярні лінії зливаються, роздвоюються або обриваються.

Типи сканерів відбитків пальців

1. оптичний сканер«Знімає» всю панель пальців і використовує CCD-матрицю (як і більшість камер) для цього. У місцях, де світло не приходить (гребені), матриця записує «чорні» пікселі, створюючи точно відображається картинка пальця. Часто оптичні сканери мають постійне джерело світла (зазвичай світлодіодний), щоб зробити зображення максимально прозорим.

2. ємнісний сканер- замість матриці, використовуються спеціальні мініатюрні схеми конденсаторів (ємнісних датчиків). Коли ми докладаємо палець до цього зчитувача, ємність окремих конденсаторів миттєво змінюється. Ємнісні сканери набагато точніше і ефективніше оптичних сканерів, оскільки їх складніше обдурити.

3. тепловий сканер- він працює аналогічно ємкісному зчитувача, але замість мікроконденсаторів вони використовують мікроскопічні теплові датчики, які визначають різницю температур між гребенями і частками палацовий подушки. Такий сканер неможливо обдурити імітацією пальця (тобто фрагментом з шкірним покривом).

4. ультразвуковий сканер- використовує явище дифракції, т. Е. Відбиток і розсіювання звукових хвиль. Коли ми докладаємо палець до зчитувача він починає генерувати нечутні звуки для нас. Поведінка звукових хвиль в точках контакту «гребеня» майданчики відбитка зі сканером зовсім інше, ніж у «западинах» (де є повітря). Це дозволяє ультразвуковому сканера створювати точний відбиток вашого пальця.

Який сканер відбитка пальця краще?

В даний час більшість смартфонів Xiaomi використовують ємнісні зчитувачі, наприклад популярні Redmi Note 3 або Mi 5. Однак великі надії пов'язані з ультразвуковими сканерами, встановленими безпосередньо під дисплеєм, і, ймовірно, ця технологія буде найбільш популярна в найближчому майбутньому.

функція Touch ID в смартфоні, хоча і дуже безпечна, не гарантують безпеку на 100%. За допомогою правильних технологій і інструментів можна підробити відбиток пальця, який зможе обдурити сканер.

Сканером відбитка пальця зараз обладнаний практично кожен небюджетний смартфон. Більшість виробників запевняє, що використовувати дактилоскопічні датчики не тільки зручно, але й безпечно.

Всі ми звикли користуватися цією технологією для розблокування смартфона, але вона може виконувати ще безліч корисних функцій. Багато хто вважає, що вперше дана технологія була використана компанією Appleв iPhone 5S. Насправді в період з 2002 по 2011 рік в продажу з'явилося близько 30 телефонів, оснащених дактилоскопічний датчиком. У 2011 році Motorola випустила смартфон на операційній системі Android, на задній кришціякого розміщувався повноцінний сканер відбитка пальця. Проте, про пристрій і нову технологію практично відразу забули, а повернути інтерес до неї змогли тільки співробітники Apple.

Які бувають сканери відбитків?

Є кілька видів сканерів, найпоширенішим вважає оптичний. Більшість виробників використовують саме цей тип - він не тільки є самим бюджетним, але і найпростішим у реалізації. Принцип роботи полягає в «фотографуванні» і запам'ятовуванні відбитка пальця. У таких дактилоскопії є ряд мінусів, адже на якість і швидкість відгуку впливають забрудненість сканера, чистота і вологість пальця, а також наявність на ньому механічних пошкоджень. Крім того, саме їх найпростіше обдурити.

Ультразвукові сканери відбитків потроху приходять на зміну попередникам. Вони сканують поверхню пальця за допомогою звукових хвиль. Така технологія більш безпечна, час відгуку менше, забруднення і пошкодження на шкірі не страшні. На даний момент, цим видом датчика оснащені кілька топових смартфонів китайських виробників.

Функції сканера відбитків пальців

Не варто забувати, що сьогодні смартфон грає дійсно вкрай важливу роль в житті практично кожної людини. Це не тільки пристрій для здійснення дзвінків і написання повідомлень, а й справжнє сховище особистих даних, фото, спогадів, заміток і фінансової інформації. Все це вимагає надійного захисту, яку і забезпечує сканер відбитку пальців. Таким чином, перша його функція полягає в можливості розблокування смартфона.

Другою функцією можна назвати доступ до особистих файлів. На деяких Android-смартфонах можна встановити запит відбитку не тільки при розблокуванні пристрою, але і при відкритті деяких додатків, наприклад, галереї, календаря або документів. Крім того, така функція буде корисна і для обмеження доступу до деяких фінансовим додаткам. Тільки згадайте, скільки дітей придбали речі або танки в онлайн-іграх, користуючись смартфонами батьків?

У деяких моделях Huawei за допомогою дактилоскопічного датчика можна відповісти на дзвінок- потрібно просто прикласти палець до сканера і дочекатися початку розмови. На перший погляд ця функція здається зручною, але, з іншого боку, існує велика ймовірність взяти трубку випадково.

Оплата в інтернеті. За допомогою спеціальних додатківможна здійснювати покупки в інтернет-магазинах, грошові перекази, Оплату комунальних послуг та багато іншого. За допомогою сканера відбитку пальців можна істотно зменшити час операції і підтвердити оплату простим дотиком дактилоскопії.

Передача даних . Смартфони оснащені безліччю функцій, одна з яких дозволяє передавати файл з одного пристрою на інший «по повітрю», наприклад, через Bluetooth. Щоб не вводити зайвий раз пароль, можна підтвердити дію за допомогою дактилоскопії.

Використовуючи сканер, можна відключити будильник. Принцип дії такий самий, як і у всіх перерахованих вище випадках - як тільки чути звук будильника, досить піднести палець до датчика, і сигнал автоматично вимкнеться. Тільки не забудьте налаштувати автоповтор, інакше можна проспати.

Наскільки надійний сканер відбитків пальців?

Дактилоскопічні датчики по праву можуть вважатися надійними. Проте, хакери вже навчилися зламувати і їх. Самий банальний спосіб полягає в тому, щоб зробити фото відбитка (наприклад, на прозорій скляній вазі), роздрукувати його за допомогою струминного принтераі прикласти до сканера. Цей спосіб може спрацювати тільки з першими поколіннями дактилоскопії.

Щоб розблокувати нові покоління буде потрібно примудритися - зробити зліпок з силікону. Звичайно, ці методи більше схожі на приклади з кіно, але все одно потрібно бути напоготові і берегти свій смартфон.