На сегодняшний день компьютеризация общества заставляет искать различные способы ограничения доступа к информации, хранимой на компьютере. Причем система авторизации и аутентификации пользователя по паролю является одной из самых распространенных, хоть и имеет множество недостатков. Альтернативой парольной защите может выступать аутентификация по биометрическим параметрам пользователя, в частности по отпечатку пальца. А для этого требуется всего лишь сканер отпечатков пальцев и соответствующее программное обеспечение, которое идет в комплекте вместе с устройством.
Сканер отпечатка пальца представляет собой устройство, которое считывает образ пальца со всеми его особенностями в виде папиллярного узора и передает результат сканирования в программное обеспечение. Специализированное приложение сравнивает полученное изображение с образцом, созданным на этапе формирования биометрического пароля.
Типы сканеров отпечатков пальцев
Все сканеры отпечатков пальцев, которые на сегодняшний день используются, можно классифицировать на три группы, исходя из физического принципа работы:
Полупроводниковые (кремниевые);
Оптические;
Ультразвуковые.
Полупроводниковые сканеры
Данный тип сканеров получает изображение на основе свойств полупроводников, которые изменяются в области контакта папиллярного узора и сканера. В основе работы данного типа сканирующих устройств может лежать несколько технологий:
Емкостные сканеры. В основе работы подобных сканеров лежит эффект, когда емкость pn-перехода в изменяется при соприкосновении гребней папиллярного узора и элементов полупроводниковой матрицы.
Чувствительные к давлению отпечатков пальцев данного типа в своей работе использует специальную матрицу пьезоэлементов. Когда палец соприкасается с матрицей, то гребни оказывают давление на неё, а впадины, соответственно, нет. Исходя из оказываемого давления на матрицу, и формируется изображение.
Устройства данного типа используют сенсоры, состоящие из пироэлектрических элементов. Данные сенсоры фиксируют температурную разницу, после чего преобразуют её в напряжение.
Радиочастотные сканеры. Сканеры данного типа состоят из микроантенн, которые генерируют слабый сигнал, а по полученной в ответ от папиллярного узора величине электро-движущей силы формируется итоговое изображение отпечатка пальца.
Протяжные термо-сканеры. То же самое, что и термо-сканеры. Единственное отличие заключается в том, что палец необходимо провести по сканирующей поверхности, а не приложить его.
Емкостные протяжные сканеры. Технология получения изображения та же, что и в емкостных, но способ получения отличается тем, что палец проводится по сканирующей поверхности.
Радиочастотные протяжные сканеры. Принцип работы данных устройств тот же, что и в радиочастотных приборах, но способ снятия изображения заключается не в приложении пальца к устройству, а в проведении пальцем по его поверхности.
Оптические сканеры
Сканер отпечатков пальцев данного типа получает изображение пальца по оптическому методу. В основе работы устройств данного типа лежат различные технологии
FTIR-сканеры. Данные устройства используют эффект нарушенного внутреннего отражения.
Оптоволоконные сканеры. представляет собой матрицу оптоволоконную, каждое волокно которой содержит фотоэлемент.
- Электрооптические сканеры. Получение изображения идет от электрооптического полимера, который в своем составе имеет светоизлучающий слой.
Оптические протяжные сканеры. Данный вид оборудования представляет собой доработку оптоволоконных устройств, в которых для получения изображения необходимо проводить пальцем по поверхности, а не прикладывать его.
Роликовые сканеры. Для получения изображения необходимо провести пальцем по ролику, где делаются снимки пальца с папиллярными узорами.
Бесконтактные сканеры. Сканирование пальца осуществляется бесконтактным способом. Палец прикладывается к отверстию, где его подсвечивают несколько источников, а встроенная камера фиксирует изображение пальца.
Ультразвуковые сканеры
Данный тип устройств сканирует поверхность пальца ультразвуковыми волнами, а на основании измеренного расстояния отраженных волн от впадин и выступов строится изображение. Данный тип устройств отличается от выше рассмотренных тем, что результат сканирования получается более качественным.
Мы уже давно привыкли к практически неограниченным возможностям современным смартфонов. Мобильные операционные системы предоставляют богатый набор функций, а приложения позволяют решить практически любую задачу. При этом производительность флагманских устройств фактически является избыточной: даже самые ресурсоемкие задачи и требовательные игры не могут полностью загрузить топовые чипы Qualcomm, Samsung и Mediatek. Ну не конвертировать же на телефоне 4K-видео, в конце концов. Хотя и с этим смартфоны вполне могут справиться. Однако некоторые ранее недоступные функции все же стали распространяться. К примеру, теперь широко стали доступны смартфоны со встроенным сканером отпечатков пальцев. Но нужны ли они вообще? Сегодня мы ответим на этот вопрос, а также разберемся, какими эти сканеры бывают.
Первопроходцы
Сегодня дактилоскопическая идентификация преподносится как инновация, а первопроходцем в мобильной отрасли считается компания Apple с моделью iPhone 5S. Однако, как и в случае со многими другими инновациями, «яблочный гигант» сыграл роль популяризатора. Многие уже забыли настоящего первопроходца: еще в 2004 году сканер отпечатков пальцев появился на телефоне Pantech GI100. Разумеется, это был не смартфон, поэтому возможности биометрической идентификации были существенно ограничены. К примеру, можно было записать до десяти секретных номеров в телефонную книгу.
В 2006 году вышла модель Pantech PG6200, которая по многим параметрам стала преемницей Pantech GI100. В ней тоже использовался сканер отпечатков пальцев. Возможно, Apple iPhone 5S был первым смартфоном с этим приятным дополнением? И снова мимо: в 2011 году вышла Motorola Atrix 4G на Android 2.2, в которой тоже был сканер.
Однако сравнивать те устройства с современными смартфонами можно лишь формально. Да, в них действительно были дактилоскопические сенсоры, однако они были выполнены по принципиально другой технологии. Для сканирования требовалось провести пальцем со строго заданной скоростью, к тому же на обработку информации уходило некоторое время. Вряд ли в таких условиях можно говорить об удобстве и комфорте.
Так что хоть Apple iPhone 5S де-факто и не является первым мобильным устройством со сканером отпечатков пальцев, именно он сделал эту функцию востребованной.
Возможности
Раньше сканеры отпечатков пальцев можно было увидеть в основном в научно-фантастических фильмах, где они использовались для идентификации персонала на какой-нибудь секретной военной базе. По большому счет, сенсоры в современных мобильных устройствах выполняются такую же функцию - определение пользователя, которому разрешен доступ. Вот только теперь откроется не комната с ядерным чемоданчиком, а разблокируется смартфон.
Датчики отпечатков пальцев позволяют быстро снять блокировку. И здесь они выполняют сразу два действия. Во-первых, обозначают намерение воспользоваться смартфоном (то есть, по сути, заменяют на нажатие центральной механической клавиши или кнопка блокировки). Во-вторых, выполняют действие из разряда «slide to unlock», то есть подтверждают желание разблокировать устройство.
Конечно, отдельно необходимо поговорить о безопасности. Раньше, если вы заботились о конфиденциальности хранящихся на телефоне данных, то пользовались паролем. Во многих случаях его заменял графический пароль, который можно было быстрее ввести. Однако доступ к устройству также получал тот, кому вы сообщали этот пароль, либо кому удавалось его подсмотреть. С отпечатками пальцев все куда сложнее. Их довольно сложно подделать, и вашему другу или коллеге наверняка это не удастся. Единственным человеком, который будет иметь полный доступ к вашему гаджету, станет ваш однояйцевый близнец, поскольку его отпечатки, как и весь набор хромосом, полностью идентичны вашим.
Если говорить про функцию Touch ID в исполнении Apple, то использовать биометрическую идентификацию можнотакже в стандартных приложениях iTunes и App Store. Там она заменяет ввод пароля, а ведь данная процедура может надоесть, если требуется скачать установить сразу несколько программ или треков. Также новыми возможностями поспешили воспользоваться сторонние разработчики. В частности, многие сервисы мобильного банкинга теперь тоже идентифицируют пользователя по рисунку на его пальцах.
В случае с Android-смартфонами вариаций куда больше, поскольку производители нередко стараются придумать разнообразные новые функции. К примеру, на некоторых моделях на каждый отпечаток пальца можно назначить отдельную задачу. К примеру, если указательный просто разблокирует устройство, то средний запустит камеры, а безымянный включит аудиоплейер. В некоторых случаях это может быть очень удобно, поскольку позволяет сэкономить время. Но многое зависит еще и от расположения датчика.
Опасения
Как и любая инновация, сканер отпечатков вызывает немало вопросов и даже опасений у тех, кто им еще не пользовался или только недавно приобрел смартфон с такой функцией. Относительно этой технологии существуют самые разнообразные мифы, некоторые из которых мы постараемся развенчать.
Первый миф касается возможности взлома. Частично его мы уже опровергли в предыдущем пункте: подделать отпечатки пальцев весьма непросто. Рядовому пользователю это точно не удастся сделать, тем более без предварительной подготовки, в полевых условиях.
Тем не менее, при должной сноровке можно получить доступ к содержимому чужого устройства. К примеру, группа немецких биометрических хакеров Chaos Computer Club в свое время успешно взломали защиту iPhone 5S и Samsung Galaxy S5. Для этого использовалась камера, принтер, клей и ряд других химикатов, позволяющих создать слепок пальца владельца смартфона. Правда, необходимо учитывать, что все это требует времени, кропотливого труда, специфических умений и материалов. И, разумеется, необходим сам образец, то есть тот палец, который уже зарегистрирован в мобильном устройстве.
Второй миф касается несанкционированного доступа третьими лицами с помощью пальца непосредственно владельца. К примеру, ревнивая супруга или ревнивый супруг хотят проверить переписку своей пассии, и для этого подносят смартфон к пальцу спящей второй половинки. Что ж, такое опасение вполне имеет место быть, тем более что никаких технических преград к осуществлению подобной процедуры не существует. В конце концов, телефон не может знать, что его хозяин в данный момент спит. Так что если вы так уже сильно боитесь подобного случая, то можно подыскать другие методы защиты, к примеру, пароль или сканер сетчатки глаза. Еще проще не допускать подобных ситуаций или просто удалять подозрительную информацию из памяти устройства.
Ко второму мифу можно придумать еще и криминальный вариант. Злоумышленники завладели вашим устройством, а для доступа к нему пытаются отрезать палец владельца. Все это не только комично звучит, но и в сводках новостей подобные действия никогда не пробегали. В крайнем случае можно сказать пароль, который позволяет обойти процедуру идентификации, или же вовсе отключить подобную защиту в настройках, если того требуют преступники.
Из этого вытекает еще и третий миф, который гласит, что смартфон на правах хитрой штуки может однажды не узнать хозяина по отпечаткам и не пустить дальше экрана блокировки. Это действительно может случиться, поскольку грязные, мокрые или наоборот слишком чистые пальцы могут не считываться сенсором. К тому же отпечатки могут пострадать в результате ожога или физического воздействия иного рода. Однако в этом случае опять же остается лишь ввести ранее установленный пароль.
Место установки сенсора
Производители смартфонов используют разных подход к выбору места установка сканера отпечатки пальцев. К примеру, Apple традиционно встраивает его в механическую клавишу «Домой», установленную под экраном. В этом случае наиболее удобно для разблокировки и прочих действий использовать большой палец.
Схожий принцип используется южнокорейская компания Samsung. Ее смартфоны тоже уже много лет оснащаются центральной механической клавишей, поэтому именно она является наиболее уместным пристанищем для дактилоскопический сенсора. К тому же все уже привыкли, что для разблокировки требуется нажать на эту кнопку, а затем провести по экрану, либо же ввести пароль. В данном случае можно даже не нажимать ее, а слегка коснуться: этого будет вполне достаточно.
Сегодня даже не самые продвинутые модели Samsung получили сканер. К примеру, им комплектуются не только флагманские устройства Galaxy S5, S6/S6 Edge, Galaxy S7/S7 Edge и Galaxy Note 4/5, но также и обновленная линейка Galaxy A 2016 модельного года: Galaxy A5, Galaxy A7 и Galaxy A9/A9 Pro.
Также фронтальный сканер отпечатков пальцев используют многие другие производители, которые оснащают свои смартфоны центральной механической клавишей. К ним относятся Meizu (Meizu MX5, Meizu PRO 5), Lenovo (Lenovo Vibe P1), Xiaomi (Xiaomi Mi 5, хотя в тех же Xiaomi Redmi Note 3 и Xiaomi Mi 4s сканер установлен сзади), Oppo (Oppo F1 Plus), HTC (HTC One M10, HTC One A9), Lenovo (Lenovo Vibe P1) и так далее.
Еще одним популярным местом установка сенсора является тыльная сторона смартфона. В таком случае логичнее пользоваться указательным или средним пальцем. Обычно сканер представляет собой небольшой углубление круглой и реже квадратной формы в корпусе, установленный по центру, чуть ниже основной камеры. Именно такой способ установки используется на многих моделях LG (LG G5, LG V10, LG Nexus 5X), Huawei (Huawei Honor 5X, Huawei G8, Huawei Nexus 6P), Xiaomi (Xiaomi Redmi Note 3, Xiaomi Redmi 3 Pro) и так далее.
Альтернативу двум самым популярным местам установки сканеров отпечатков пальцев предлагает компания Sony. Она встроила сенсор непосредственно в боковую клавишу блокировки. Для этого пришлось поменять ее форму: место круглой металлической кнопки заняла большая овальная. В любом случае пользоваться ей удобно, поскольку на нее как раз ложиться большой палец правой руки, либо же указательный палец левой в случае с левшой. В целом подобная схема тоже довольно удобна, ведь мы уже привыкли пользоваться установленной там же кнопкой блокировки на подавляющем числе смартфонов. Сегодня подобная схема используется на флагманских смартфонах Sony Xperia Z5, Xperia Z5 Premium, Xperia Z5 Compact, Sony Xperia X и X Performance.
Про цену вопроса
Изначально сканеры отпечатков пальцев устанавливались лишь во флагманские модели. Соответственно, порог вхождения в клуб владельцев подобных устройств был достаточно высок. Однако уже совсем производители стали использовать эту функцию и на более доступных смартфонах.
Если говорить о ведущих мировых брендах, то приобрести мобильный аппарат со встроенным дактилоскопическим датчиком можно уже в районе 15-20 тысяч рублей. Примером могут служить модели Lenovo A7010, Lenovo Vibe X3, Samsung Galaxy S5 mini, Huawei Honor 5X и Huawei G7 Plus.
В то же время молодые китайские компании предлагают смартфоны со сканером отпечатков пальцев даже по цене до 10 000 рублей. Среди новинок можно отметить Doogee Y200, UMI Fair, Oukitel U8 и Cubot S550. Однако необходимо помнить, что не все эти устройства из Поднебесной официально продаются в России, к тому же в некоторых самых дешевых устройствах сканеры могут работать не столь быстро и корректно.
Будущее
В ближайшей перспективе количество моделей со встроенным дактилоскопическим сенсором будет стремительно увеличиваться. Возможно, некоторые производители придумают новые интересные функции. К примеру, компания Qualcomm начала продвижение собственной технологии Snapdragon Sense ID. Она подразумевает использование ультразвуковых волн для создания трехмерной «карты» поверхности пальца. Это позволяет существенно повысить точность идентификации. К тому же становится возможным использование в сочетании сенсором не только пластика и сапфирового стекла, но и других материалов, в том числе металла. Первым серийным смартфоном с использованием Snapdragon Sense ID стал LeTV Le Max Pro.
Следующим шагом может стать использование иных методов биометрической идентификации. Из тех же научно-фантастических фильмов можно позаимствовать сканеры сетчатки глаза. На самом деле первые устройства с такой технологией уже доступны: свои инновационные модели представили компании Microsoft, Fujitsu, ZTE и Homtom.
Что же касается дактилоскопических сенсоров, то они могут появиться и в иных устройствах. К примеру, на днях компания SmartMetric представила первую в мире пластиковую банковскую карты со встроенным сканером отпечатков пальцев. Он используется для идентификации владельца при каждой оплате. Так что в будущем ваша супруга уже не сможет отправиться в отвязанный шоппинг, захватив вашу карту. Да и воры не смогут воспользоваться прикрепленной скрепкой бумажкой с PIN-кодом.
Выводы
Сегодня уже очевидно, что с каждым годом будет выходить все больше смартфонов, оснащенных сканерами отпечатков. Многие уже оценили их удобство, поэтому и при выборе следующего устройства данная функция станет обязательной. Получается, что подобные сенсоры делают мобильные устройства не только безопаснее, но и удобнее.
Датчики отпечатков пальцев на сегодняшний день вышли за пределы премиум-сегмента смартфонов, технология дополнительной аппаратной защиты может внедряться даже в относительно недорогие аппараты среднего ценового диапазона. Со времени выхода на рынок технология претерпела значительные эволюционные изменения, поэтому вашему вниманию предлагается обзор имеющихся на рынке дактилоскопических сенсоров с указанием различий между ними.
Оптические сканеры
Старейший способ захвата и сравнения отпечатков пальцев. Как и предполагает название, технология основывается на оптическом изображении, по сути – фотографии, и использует особые алгоритмы для определения уникальных последовательностей на поверхности, например, бугорков или уникальных отметин, анализируя самые светлые и самые темные области на изображении.
По аналогии с камерами в смартфонах подобные датчики имеют конкретное разрешение, чем оно выше, тем более мелкие детали будут доступны для обработки сканером, что повысит уровень защиты. Однако подобные датчики получают более контрастные изображения, нежели обычная камера. Обычно в них включено большое количество диодов на дюйм для более четкого отображения деталей вблизи. В момент сканирования пальца сканер находится в темноте, поэтому оптические сканеры также имеют «на борту» светодиоды, действующие как вспышка во время сканирования. Подобное внутреннее устройство придаст смартфону дополнительные миллиметры толщины и негативно отразится на конечном форм-факторе.
Главным недостатком оптических сканеров является их ненадёжность. С их помощью получается лишь двумерное изображение, «обмануть» такой сканер можно другим изображением хорошего качества или искусственно созданным отпечатком с него. Не стоит доверять подобному типу сканеров, он недостаточно безопасен для защиты самой важной информации.
Сегодня датчики отпечатка пальца в смартфонах имеют различные формы и размеры, но оптических сканеров в них нет. По аналогии с началом распространения резистивных сенсорных экранов, оптические сканеры на сегодняшний день можно встретить разве что в самых недорогих аппаратных решениях. Необходимость в усилении безопасности обусловила единогласный переход смартфонов на конденсаторные сканеры.
Конденсаторные сканеры
Самый распространенный тип датчиков отпечатка пальца. И снова название выдаёт главный компонент, если вы, конечно, немного разбираетесь в электронике – конденсатор. Вместо создания традиционного изображения отпечатка, конденсаторные сканеры используют для сбора информации об отпечатке массивы крошечных конденсаторов. Если подключить способные сохранять электрический заряд конденсаторы к проводящей плате, то это позволит использовать их для считывания деталей отпечатка. Заряд в конденсаторах будет незначительно меняться во время прикосновения пальца к плате и в то же время воздушная прослойка оставит заряд относительно без изменения. Для отслеживания изменений используется интеграционная цепь операционного усилителя, впоследствии изменения можно записать конвертером сигнала из аналогового в цифровой.
После сканирования цифровая информация может быть проанализирована на предмет отличительных и уникальных параметров отпечатка, которые могут быть сохранены для последующего сравнения. Подобный датчик намного сложнее «обмануть», чем оптический. Результаты невозможно воспроизвести на изображении и очень сложно подделать каким-либо искусственным отпечатком: разные материалы вызовут разные изменения в заряде конденсатора. Единственный риск для безопасности может исходить от возможности взлома программного или аппаратного обеспечения.
Благодаря созданию достаточно большого массива таких конденсаторов (сотни, если не тысячи конденсаторов в одном сканере) есть возможность получить изображение бугорков и желобков отпечатка пальца с высокой детализацией путем использования лишь электрических сигналов. По аналогии с оптическими датчиками, большее количество конденсаторов даст более высокое разрешение сканера и до определенного уровня повысит защиту.
Из-за большего количества компонентов в цепи конденсаторные сканеры могут стоить дороже. В некоторых ранних вариантах осуществлялись попытки урезать количество необходимых конденсаторов путем использования сканеров «свайпа», которые получали информацию от меньшего количества конденсаторных элементов быстрым обновлением результатов по мере проведения пальцем по сенсору. Метод был довольно изощренным и зачастую требовалось несколько попыток для успешного сканирования. К счастью, сегодня распространена более простая схема работы датчика: достаточно простого нажатия и удержания.
Ультразвуковые сканеры
Новейшая дактилоскопическая технология, впервые представленная в составе смартфона Le Max Pro. Немаловажную роль в ней сыграла Qualcomm и технология Sense ID. Для фактического сбора деталей об отпечатке в состав аппаратной платформы входят ультразвуковые передатчик и приёмник. Через помещенный на сканер палец передаётся ультразвуковой импульс. Он частично поглощается, частично передаётся обратно на сенсор в зависимости от бугорков, пор и других уникальных для каждого отпечатка деталей.
Никакого микрофона, считывающего возвращающийся сигнал, не предусмотрено, вместо этого используется сенсор, который может считывать механическое напряжение для подсчета интенсивности вернувшегося сигнала на разных участках датчика. Сканирование на протяжении более долгого периода времени позволяет считать дополнительную информацию, что в свою очередь может предоставить детализированную трехмерную модель сканированного отпечатка. Трехмерная природа технологии делает её еще более безопасной альтернативой конденсаторным сканерам.
Алгоритмы и криптография
Большинство дактилоскопических сенсоров основаны на весьма сходных принципах, но дополнительные компоненты и программного обеспечения могут играть главную роль в дифференциации продуктов по производительности и функциональности, доступной потребителям.
Физический сканер сопровождает выделенная микросхема, интерпретирующая отсканированную информацию и передающая её в необходимом формате в процессор смартфона. Разные производители используют слегка отличающиеся друг от друга по скорости и точности алгоритмы идентификации ключевых характеристик отпечатка.
Обычно эти алгоритмы «ищут» место, где заканчиваются бугорки и линии или где бугорок разделяется на два. Собирательно эти и другие отличительные особенности называются шаблоном отпечатка или детальным протоколом ввода отпечатка. Если в отсканированном отпечатке совпадают несколько таких особенностей, то отпечаток будет засчитан как совпавший. Вместо того, чтобы сравнивать каждый раз целый отпечаток, сравнение особенностей шаблона уменьшает количество необходимой для идентификации отпечатка вычислительной мощности, помогает избежать ошибок при смазывании отпечатка и также позволяет сканировать помещенный не по центру палец или вообще лишь часть отпечатка.
Несомненно, подобная информация должна надежно храниться на устройстве и сохраняться подальше от кода, который может скомпрометировать её. Вместо загрузки информации пользователя в сеть, процессоры ARM могут надежно хранить её в выделенной физической микросхеме с использованием своей технологии Trusted Execution Environment (TEE) на базе TrustZone. Это безопасное хранилище также используется для других криптографических процессов и напрямую сообщается с защищенными аппаратными компонентами, такими, как датчик отпечатка, чтобы предотвратить любые попытки перехвата посредством ПО. Доступ к утвержденной информация не личного характера, например, паролю могут получить только приложения, использующие API клиентов TEE.
Подобное решение от Qualcomm встроено в архитектуру Secure MSM, Apple называет подобный проект «Secure Enclave», но все они основаны на одном и том же принципе – хранении информации на отдельной части процессора, к которой не могут получить доступ приложения, работающие в обычной среде операционной системы. В рамках альянса FIDO (Fast Identity Online) были разработаны надежные криптографические протоколы, позволяющие использовать эти аппаратно защищенные зоны для аутентификации между «железом» и сервисами без пароля. Поэтому можно входить на сайт или онлайн-магазин, используя отпечаток пальца, а ваша персональная информация при этом не покинет пределы смартфона. Это достигается путем передачи на сервер цифровых ключей, а не биометрической информации.
Датчики отпечатка пальца стали довольно безопасной альтернативой тому, чтобы запоминать бесчисленные пароли и имена пользователей и дальнейшее развитие безопасных мобильных платежных систем означает, что эти сканеры станут более распространенными и важнейшими инструментами по сохранению безопасности в будущем.
Сегодня практически все современные модели смартфонов оснащаются сканером отпечатков пальцев. Наличие этого датчика позволяет пользоваться функциями, обеспечивающими высокую степень защиты персональных данных и другой информации в памяти телефона. В этой статье мы остановимся на возможностях и дополнительных функциях, которыми позволяют пользоваться смартфоны со сканером отпечатков пальцев. С каждым годом все больше моделей получают этот модуль, и теперь дактилоскоп можно встретить и на бюджетных аппаратах.
Итак, что же все-таки дает нам сканер отпечатков пальцев на смартфоне? Какие преимущества мы получаем, выбирая девайс с таким модулем? Остановимся на основных функциональных возможностях.
Защита персональных данных
Сегодня смартфон выполняет многочисленные функции - это не только телефон, но и фотоаппарат, органайзер, средство для хранения важных данных и даже устройство для проведения платежей и контроля банковских счетов. Благодаря наличию сканера отпечатков пальцев вся эта информация надежно защищена от посторонних глаз. Разблокировать устройство и получить доступ к информации, которая на нем хранится, можно только после того, как дактилоскопический модуль "распознает" владельца, либо после введения придуманного вами сложного пароля.
Доступ к приложениям
Иногда очень сложно сделать так, чтобы важные приложения не смог запустить посторонний человек. К примеру, ребенок, который взял поиграть девайс, может случайно совершить покупку в интернет магазине или перевести средства с банковского счета. Благодаря наличию сканера отпечатков пальцев в смартфоне таких неприятностей можно избежать. Достаточно установить запуск таких приложений и подтверждение финансовых операций через отпечаток пальца, и можно спокойно давать ребенку играть в игры на вашем смартфоне.
Удобная разблокировка
Чтобы разблокировать устройство, не оснащенное сканером отпечатков пальцев, нужно несколько секунд. Вначале требуется активировать смартфон кнопкой "питание", после чего либо провести пальцем по экрану, либо ввести защитный код. Но если в вашем гаджете имеется сканер отпечатков пальцев, то процесс разблокировки займет меньше секунды времени. Достаточно приложить палец к сканеру - и аппарат разблокирован. Просто, быстро и надежно.
Подтверждение оплаты
Используя сканер отпечатков пальцев также быстро можно подтвердить финансовую транзакцию по переводу денег или покупку в интернет магазине. Чтобы воспользоваться этой функцией, нужно ее включить в настройках соответствующего приложения.
Принцип работы дактилоскопического сканера
Чтобы понять, как работает сканер отпечатка пальца на смартфоне, коротко остановимся на принципах его работы и типах модулей. Дактилоскопический метод защиты смартфонов использует ряд программных и аппаратных средств, с помощью которых осуществляется распознавание отпечатка пальца владельца устройства. В результате, после распознавания, принимается решение - открыть или закрыть доступ к аппарату или определенному приложению, защищенному участку памяти и т.д. Можно встретить дактилоскопические модули таких типов:
Оптический сканер;
Емкостной сканер;
Ультразвуковой сканер.
Оптический сканер
Оптические сканеры самыми первыми появились на рынке. Такой метод захвата и сравнения отпечатков пальцев является одним из самых простых. Он основан на своеобразном снимке отпечатков, который после захвата сравнивается с использованием особых алгоритмов с имеющимся в памяти образцом. При обнаружении характерных особенностей принимается решение о совпадении или несовпадении отпечатка.
Хороший оптический датчик должен иметь модуль с высоким разрешением (как у камеры - чем выше, тем лучше). К недостаткам такого типа модулей можно отнести то, что их легко обмануть. Поскольку оптический сканер обрабатывает двухмерное изображение, можно воссоздать отпечаток пальца владельца при помощи обычного канцелярского клея ПВА. Такой тип сканеров отпечатков пальцев практически не встречается в современных смартфонах.
Емкостной сканер
Сегодня наиболее часто встречающийся в мобильных гаджетах тип дактилоскопического модуля - емкостной. В основе технологии лежит конденсатор, который, с помощью массивов цепей собирает данные об отпечатках пальцев. В памяти модуля хранится информация об электрическом заряде, и после того, как вы прикладываете палец к модулю, показатели сравниваются.
Данные, полученные при захвате отпечатков, преобразуются в цифровой формат. В таком виде и хранится информация обо всех отличительных особенностях и уникальном рисунке отпечатка пальца владельца устройства. Такая технология намного лучше и надежней оптического сканера. Емкостной сканер не отреагирует на слепок отпечатка, поскольку идентификация проводится не по рисунку, а по изменениям уровня заряда на конденсаторах.
Емкостные сканеры несколько дороже, но и намного надежней и эффективней оптических. Стоит только отметить, что такой сканер может "не узнавать" владельца, если пальцы будут влажными или жирными.
Ультразвуковой сканер
Ультразвуковые сканеры - самая новая технология по распознаванию отпечатков пальцев. Устанавливаются такие модули на дорогие смартфоны ТОП линейки. В основе технологии - ультразвуковые передатчик и приемник, передающие и получающие импульс на палец, помещенный на сканер. Часть ультразвука поглощается, а часть возвращается к приемнику, создавая определенный узор, в зависимости от индивидуальных особенностей отпечатка пальца.
Данная технология позволяет получать трехмерные изображения отпечатков, что позволяет обеспечить высокую степень защиты и безопасности. Минусом использования данной технологии на сегодняшний день является ее высокая цена и новизна. Пока ее не испытают на протяжении существенного отрезка времени, некоторые, даже ведущие производители смартфонов, не внедряют ультразвуковые сканеры в свои модели.
Оценить все преимущества сканера отпечатков пальцев могут владельцы мощного и недорогого Wileyfox Swift 2.
Почему Wileyfox
Эта компания заслуживает внимания, поскольку ее смартфоны отличаются стильным оригинальным дизайном, отличной аппаратной начинкой и доступной ценой. Британский производитель смартфонов появился на рынке в октябре 2016 года, и за короткий срок стал чрезвычайно популярным у пользователей. Каждая модель линейки Wileyfox получила тот функционал и возможности, которые сегодня наиболее востребованы. Все смартфоны бренда обладают такими преимуществами:
Возможность использовать две сим-карты;
Работа в сетях передачи данных 4-го поколения 4G LTE;
Отличные технические характеристики при доступной стоимости гаджета;
Стабильная производительная операционная система;
Высокое качество комплектующих и материалов корпуса.
Также стоит отметить наличие официальной 12-месячной гарантии и широкую сеть сервисных центров, включающую более 200 представительств по всей России. Благодаря таким достоинствам смартфоны бренда были положительно встречены экспертами рынка.
В декабре 2015 года коллектив журнала Forbes в номинации "Смартфон года" отдает победу модели Wileyfox Swift;
В феврале 2016 года компания Wileyfox становится победителем в номинации Manufacturer of the year престижной британской премии Mobile News Awards-2016;
В октябре 2016 года модель Wileyfox Spark+ становится победителем в номинации "Лучший смартфон до 10 тысяч рублей" по версии авторитетного ресурса Hi-Tech Mail.ru.
Смартфон Wileyfox Swift 2
Эта модель получила IPS 2.5D экран с диагональю 5 дюймов и поддержкой HD формата. Дисплей обеспечивает качественную передачу изображения даже при широких углах обзора (до 178°). Аппарат получил корпус из современного и высокотехнологичного сплава алюминия, который отличается высокой прочностью и легкостью. На борту Wileyfox Swift 2 установлен сканер отпечатков пальцев и модуль NFC, также установлены и навигационные модули Glonass, GPS и Assisted GPS.
Аппаратная база модели построена на производительном 8-ядерном процессоре Qualcomm Snapdragon 430 MSM8937 с частотой 1.4 ГГц. Телефон получил 2 Гб оперативной и 32 Гб встроенной памяти, поддерживается работа с картами microSDXC объемом до 64 Гб. Качественные снимки можно получить с помощью основной 16-мегапиксельной камеры. Для режима видеосвязи и селфи-снимков предусмотрен модуль фронтальной камеры с разрешением в 8 Мп.
Модель доступна для заказа на официальном сайте по цене в 9 990 рублей. Это один из самых доступных смартфонов, оснащенных сканером отпечатков пальцев.
Заключение
Сегодня модули сканеров отпечатков пальцев встречаются в большинстве современных Android смартфонов. Они становятся прекрасной альтернативой сложным паролям. Разблокировка устройства и получение доступа к его функциям при помощи отпечатка пальца - это быстро, удобно и безопасно.
Все существующие на сегодняшний день сканеры отпечатков пальцев по используемым ими физическим принципам можно выделить в три группы:
- оптические;
- кремниевые (или полупроводниковые);
- ультразвуковые.
Оптические сканеры
В основе работы оптических сканеров лежит оптический метод получения изображения. По видам используемых технологий можно выделить следующие группы оптических сканеров:
1. FTIR-сканеры - устройства, в которых используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection, FTIR) .
При падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части: одна отражается от границы, другая — проникает через границу раздела во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения. Начиная с некоторой его величины, вся световая энергия отражается от границы раздела. Это явление называется полным внутренним отражением . Однако при контакте более плотной оптической среды (в нашем случае поверхность пальца) с менее плотной (в практической реализации, как правило, поверхность призмы) в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся только пучки света, попавшие в такие точки полного внутреннего отражения, к которым не были приложены бороздки папиллярного узора поверхности пальца. Для фиксации получившейся световой картинки поверхности пальца используется специальная камера (ПЗС или КМОП в зависимости от реализации сканера).
2. Оптоволо
конные сканеры (fiber optic scanners)
- представляют собой оптоволоконную матрицу, каждое из волокон которой заканчивается фотоэлементом.
Чувствительность каждого фотоэлемента позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке прикосновения рельефа пальца к поверхности сканера. Изображение отпечатка пальца формируется по данным каждого из элементов.
3. Электрооптические сканеры (electro- optical scanners) основаны на использовании специального электрооптического полимера, в состав которого входит светоизлучающий слой.
При прикладывании пальца к сканеру неоднородность электрического поля у его поверхности (разность потенциалов между бугорками и впадинами) отражается на свечении этого слоя так, что он высвечивает отпечаток пальца. Затем массив фотодиодов сканера преобразует это свечение в цифровой вид.
4. Оптические протяжные сканеры (sweep
optical
scanners)
в целом аналогичны FTIR-устройствам.
Их особенность в том, что палец нужно не просто прикладывать к сканеру, а проводить им по узкой полоске - считывателю. При движении пальца по поверхности сканера делается серия мгновенных снимков (кадров). При этом соседние кадры снимаются с некоторым наложением, т. е. перекрывают друг друга, что позволяет значительно уменьшить размеры используемой призмы и самого сканера. Для формирования (точнее сборки) изображения отпечатка пальца во время его движения по сканирующей поверхности кадрам используется специализированное программное обеспечение.
5. Роликовые сканеры (roller- style scanners) . В этих миниатюрных устройствах сканирование пальца происходит при прокатывании пальцем прозрачного тонкостенного вращающегося цилиндра (ролика).
Во время движения пальца по поверхности ролика делается серия мгновенных снимков (кадров) фрагмента папиллярного узора, соприкасающегося с поверхностью. Аналогично протяжному сканеру соседние кадры снимаются с наложением, что позволяет без искажений собрать полное изображение отпечатка пальца. При сканировании используется простейшая оптическая технология: внутри прозрачного цилиндрического ролика находятся статический источник света, линза и миниатюрная камера. Изображение освещаемого участка пальца фокусируется линзой на чувствительный элемент камеры. После полной «прокрутки» пальца, «собирается картинка» его отпечатка.
6. Бесконтактные сканеры (touchless
scanners)
. В них 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.
Полупроводниковые (кремниевые) сканеры
В основе этих сканеров использование для получения изображения поверхности пальца свойств полупроводников, изменяющихся в местах контакта гребней папиллярного узора с поверхностью сканера. В настоящее время существует несколько технологий реализации полупроводниковых сканеров.
1. Емкостные сканеры (capacitive scanners) - наиболее широко распространенный тип полупроводниковых сканеров, в которых для получения изображения отпечатка пальца используется эффект изменения емкости pn-перехода полупроводникового прибора при соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы.
Существуют модификации описанного сканера, в которых каждый полупроводниковый элемент в матрице сканера выступает в роли одной пластины конденсатора, а палец - в роли другой. При приложении пальца к сенсору между каждым чувствительным элементом и выступом-впадиной папиллярного узора образуется некая емкость, величина которой определяется расстоянием между поверхностью пальца и элементом. Матрица этих емкостей преобразуется в изображение отпечатка пальца.
2. Чувствительные к давлению сканеры (pressure scanners) - в этих устройствах используются сенсоры, состоящие из матрицы пьезоэлементов.
При прикладывании пальца к сканирующей поверхности выступы папиллярного узора оказывают давление на некоторое подмножество элементов поверхности, соответственно впадины никакого давления не оказывают. Матрица полученных с пьезоэлементов напряжений преобразуется в изображение поверхности пальца.
3. Термо-сканеры (thermal scanners) - в них используются сенсоры, которые состоят из пироэлектрических элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение (этот эффект также используется в инфракрасных камерах).
При прикладывании пальца к сенсору по температуре прикасающихся к пироэлектрическим элементам выступов папиллярного узора и температуре воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца и преобразуется в цифровое изображение.
Данные типы сканеров являются самыми распространенными. Во всех приведенных полупроводниковых сканерах используются матрица чувствительных микроэлементов (тип которых определяется способом реализации) и преобразователь их сигналов в цифровую форму. Таким образом, обобщенно схему работы приведенных полупроводниковых сканеров можно продемонстрировать следующим образом:
4. Радиочастотные сканеры (RF- Field scanners) - в таких сканерах используется матрица элементов, каждый из которых работает как маленькая антенна.
Сенсор генерирует слабый радиосигнал и направляет его на сканируемую поверхность пальца. Каждый из чувствительных элементов принимает отраженный от папиллярного узора сигнал. Величина наведенной в каждой микроантенне электро-движущая сила (ЭДС) зависит от наличия или отсутствия в близи нее гребня папиллярного узора. Полученная таким образом матрица напряжений преобразуется в цифровое изображение отпечатка пальца.
5. Протяжные термо-сканеры (thermal
sweep
scanners)
- разновидность термо-сканеров, в которых для сканирования (так же как и в оптических протяжных сканерах), необходимо провести пальцем по поверхности сканера, а не просто приложить его.
6. Емкостные протяжные сканеры (capacitive sweep scanners) - используют аналогичный способ покадровой сборки изображения отпечатка пальца, но каждый кадр изображения получается с помощью емкостного полупроводникового сенсора.
7. Радиочастотные протяжные сканеры (RF- Field sweep scanners) - аналогичны емкостным, но используют радиочастотную технологию.
Ультразвуковые сканеры
Ультразвуковое сканирование
- это сканирование поверхности пальца ультразвуковыми волнами и измерение расстояния между источником волн и впадинами и выступами на поверхности пальца по отраженному от них эху. Качество получаемого таким способом изображения в 10 раз лучше, чем полученного любым другим, представленным на биометрическом рынке методом. Кроме этого, стоит отметить, что данный способ практически полностью защищен от муляжей, поскольку позволяет кроме отпечатка пальца получать и некоторые дополнительные характеристики о его состоянии (например, пульс внутри пальца).
Примеры использования сканеров отпечатков пальцев
Основное применение технологии распознавания по отпечаткам пальцев – защита от несанкционированного доступа. Чаще используются в охранных системах и системах учета рабочего времени сотрудников.
Для контроля доступа, сканеры отпечатков пальцев встраивают в ноутбуки, мобильные телефоны, внешние накопители, флэш-карты и т.д. и т.п.
