Зачем смартфонам наши «пальчики»?

Сканеры отпечатков пальцев в смартфонах — вовсе не изобретение последних лет. Первым телефоном с дактилоскопическим сенсором был Pantech GI100, выпущенный ещё в далёком 2004 году, а одним из первых коммуникаторов — Toshiba Portege G500 родом из 2007 года. Такие сенсоры появлялись в мобильных гаджетах время от времени, но настоящий бум пережили только в 2013–2014 годах. В сегодняшней статье мы расскажем, что привело к такой популярности сканеров отпечатков, какие технологии в них используются, и чем они могут быть полезны сейчас и в ближайшем будущем.

Оптические сенсоры

Существует три основных типа сканеров отпечатков пальцев: оптические, полупроводниковые и ультразвуковые. Несмотря на то, что в мобильных устройствах первыми стали использоваться полупроводниковые сенсоры, мы начнём с оптических сканеров, которые появились раньше.

Оптические сканеры, в свою очередь, также бывают трёх видов: измеряющие остаточный свет, измеряющие отражённый свет и бесконтактные датчики. Первый тип сканеров требует наличия внешнего освещения и измеряет количество прошедшего сквозь палец света в бороздках и выступах — как нетрудно догадаться, бороздки такой сканер увидит как более светлые места. В мобильных устройствах оптические сканеры, работающие на просвет, не применялись.

Вторые два типа оптических сканеров схожи между собой тем, что имеют внутренний источник подсветки. Разница заключается в том, что сканеры, измеряющие отражённый свет, «видят» только бороздки пальца, поскольку они плотно прилегают к стеклу, а бесконтактные сканеры, фактически, создают полную фотографию отпечатка, а уже затем сравнивают её с эталоном. Для уменьшения габаритов таких сканеров используются протяжные (необходимо проводить пальцем над фотоэлементом) и роликовые (палец вращает подсвеченный ролик) механизмы, которые можно увидеть в современных ноутбуках.

К сожалению, информацию о том, какой именно тип оптического сканера используется в том или ином гаджете найти практически невозможно, но, в целом, первенство первого мобильного телефона с оптическим сенсором принадлежит упомянутому Pantech GI100.

С тех пор попытки внедрить оптические сканеры в смартфоны повторялись несколько раз — первым Android-смартфоном с таким сенсором (и дактилоскопическим сенсором вообще) стал Motorola Atrix 4G.

Оптические сенсоры довольно просты по своей конструкции, однако имеют ряд недостатков, включая низкую защищённость к муляжам. Но главной причиной отказа от подобных сканеров в смартфонах стали их большие габариты (даже несмотря на применение роликовых и протяжных механизмов), ведь им требуется полноценный оптический сенсор и подсветка.

Полупроводниковые сканеры

Полупроводниковые сенсоры используют свойство полупроводниковых материалов изменять свои характеристики при внешнем воздействии — температурном, физическом, электрическом. Первым карманным гаджетом с таким сканером отпечатков стал КПК HP iPAQ 5550. В нём использовался температурный сенсор, который реагировал на разницу температур между плотно прилегающим к сканеру папиллярным узором и самим сенсором. Главный недостаток температурных сенсоров — быстрый нагрев сенсора от пальца, который приводит к ослаблению сигнала (он имеет высокий уровень, когда высока разница температур между пальцем и сканером) и медленной работе сканера.

Ещё два типа полупроводниковых сканеров, радиочастотные и чувствительные к давлению, довольно редки и в мобильных гаджетах пока не использовались. Радиочастотные сенсоры издают слабый радиосигнал, который отражается от папиллярного узора и попадает на чувствительную матрицу. Обмануть такой сенсор почти невозможно, но при плохом контакте пальца со сканером его работа будет неустойчивой. Сенсоры, чувствительные к давлению, сканируют расположение папиллярного узора благодаря тому, что он давит на сканер сильнее, чем бороздки. Чтобы обмануть такой сканер достаточно простого слепка, а потому он и не снискал популярности.

Настоящую популярность в смартфонах получили ёмкостные сенсоры, причём не без помощи компании Apple. Несмотря на то, что сканеры отпечатков пальцев в смартфонах были и раньше, «яблочной компании» первой удалось реализовать компактный и быстрый сенсор, который, к тому же, имел бы удобное расположение. Принцип работы таких сканеров похож на принцип работы ёмкостных сенсорных дисплеев: пальцы человека проводят электрический ток, который изменяет заряд микроскопических конденсаторов сенсора. Причём, папиллярный узор изменяет заряд сильнее, чем бороздки, что позволяет получить чёткое изображение отпечатка. Но, в отличие от тачскринов, дактилоскопические сенсоры имеют намного более высокое разрешение: к примеру, в Touch ID плотность чувствительных элементов составляет 500 ppi.

Довольно часто ёмкостные сенсоры в современных смартфонах называют оптическими, но это в корне неверно. Несмотря на то, что ёмкостные сканеры, как и оптические, используют КМОП-матрицы для обработки сигналов и конденсаторы для измерения разницы в воздействии на сенсор между бороздками и выступами, ёмкостные сенсоры не содержат фотодиодов и не нуждаются в подсветке, что делает их компактнее и быстрее. Обмануть такой датчик хоть и сложно, но можно: для этого понадобится качественная фотография пальца, специально настроенный принтер и немного химии. Это станет помехой для большинства недоброжелателей, но рассматривать такой сенсор как абсолютно защищённый нельзя.

Ультразвуковые сенсорыstrong>

Пока что этот тип сенсоров мало распространён, но всё указывает на то, что именно за ним будущее. Во-первых, как можно понять из названия, такие сканеры используют ультразвуковые волны, что ведёт к отсутствию необходимости использовать для датчика отдельную площадку — его можно встроить куда угодно, даже под дисплей. Во-вторых, частота звука в таких сканерах настроена на отражение волн от человеческого тела, а это значит, что обмануть такой сенсор механическими способами пока что невозможно — такие методы ещё не найдены. Ну и, в-третьих, именно ультразвуковые сенсоры способны сканировать отпечатки в максимальном разрешении и даже создавать их трёхмерные модели — по точности и скорости срабатывания им нет равных.

Разработкой ультразвуковых сенсоров для использования в смартфонах занимается компания Qualcomm, которая назвала свою технологию Sense ID. Первым ультразвуковой сканер получил китайский смартфон LeTV Le Max Pro, а также их можно встретить во флагманской линейке Sony Xperia Z5. По слухам, сейчас к выпуску готовятся сразу несколько смартфонов разных компаний с такими сенсорами.

Безопасность хранения отпечатков

В настоящее время основная функция дактилоскопических сенсоров в смартфонах — безопасность. Причём, абсолютно во всех устройствах отпечатки пальцев используются только как дополнение к паролю, который всё равно потребуется вводить в случае ошибок распознавания, после перезагрузки гаджета и в некоторых других ситуациях. Несмотря на это, если пароль вы можете задать любой, то отпечаток является уникальным, и его попадание в чужие руки может обернуться неприятностью. Это делает необходимым применение специальных методов защиты для образов отпечатков. Первая особенность этих методов — использование специального защищённого чипа или отдельной области в чипсете для хранения информации об отпечатках. Разные компании дали этой технологии свои названия: TrustZone (ARM), Secure Enclave (Apple) и Snapdragon Mobile Security (Qualcomm).

Вторая особенность заключается в специальных методах хранения и обработки отпечатков. Несмотря на то, что современные ёмкостные и ультразвуковые сенсоры способы создавать высококачественные изображения отпечатков, информация о них в защищённых зонах хранится в виде математических образов. Этот механизм схож с хэш-функциями: имея оригинал, можно точно сказать, соответствует ли он эталонной хэш-сумме, но если у вас есть только хэш-сумма, то восстановить по ней оригинал невозможно. Кроме того, для увеличения скорости срабатывания сенсора, возможности распознавания отпечатка под углом или даже по части отпечатка применяется не полное сравнение отпечатков, а по так называемым «деталям». «Деталями» могут быть отдельные участки папиллярного рисунка, ветвления, повороты бороздок и другие характерные области. Этот подход значительно увеличивает быстродействие сканеров и при этом сохраняет высокий уровень точности.

Универсальный ключ

В первых гаджетах с дактилоскопическими сенсорами своим отпечатком можно было разве что разблокировать устройство, да и сами аппараты не имели такой глубокой интеграции с различными сервисами, как современные смартфоны. Но сейчас отпечатки пальцев уже могут использоваться для доступа к защищённым областям памяти в устройствах, как подтверждение покупок в магазинах приложений и как средство авторизации в различных сервисах, включая банковские. Всё идёт к тому, что пользователи мобильных устройств в скором времени забудут о паролях вовсе и даже вход на сайты в интернете будет производиться по отпечатку: браузеры уже умеют запоминать пароли и ничего не стоит научить их подставлять данные для аутентификации в нужные поля по отпечатку пальца. Эта функция уже реализована в смартфонах Samsung, но работает только со стандартным браузером. Стандартизировать аутентификацию с помощью отпечатков пальцев собирается альянс FIDO, куда входит множество IT-компаний, включая Samsung, Microsoft, Qualcomm, ARM и многие другие. По задумке альянса, хранить пароли от web-сайтов в устройстве будет вообще не обязательно: компании предлагают создавать криптографический ключ на основе отпечатка, по которому удалённый сервер сможет вас авторизовать.

Пока авторизация на удалённых серверах находится только в планах FIDO, сторонние приложения на смартфонах уже могут получать доступ к функциям сканеров отпечатков. И Apple (начиная с iOS 8), и Google (начиная с Android 6.0 Marshmallow) уже открыли API (интерфейс, предоставляющий определённую функциональность сторонним программам) в своих операционных системах, которым может воспользоваться каждый разработчик. Благодаря API, приложения не будут иметь доступ ни к отсканированному отпечатку, ни к хранящемуся в устройстве его образу. Сканирование и сравнение производятся на глубоком системном уровне, и всё, что могут узнать сторонние программы — совпали или не совпали отпечатки.

Заключение

Не всегда новая (или хорошо забытая старая) технология, однажды появившись в смартфоне, приобретает популярность. Так было с 3D-дисплеями и 3D-камерами, «ультрапикселями» и смартфонами с изогнутыми корпусами. Но сканеры отпечатков пальцев ждёт другая судьба и с каждым годом они всё больше входят в нашу жизнь. Главная причина этого заключается в том, что это «фишка» внедрена не для того, чтобы ей можно было похвастаться перед друзьями, а для того, чтобы решать конкретные задачи — делать использование смартфонов проще, ускорять процесс разблокировки и ввода паролей, а ведь время всегда остаётся наиболее ценным ресурсом.

Автор текста: Владимир Терехов

Часто читают

IT ВАКАНСИИ

Чего изволите

Наши партнеры


Интересное

Наши обзоры

Мы в соцсетях