Всеки път, когато отключваме мобилния си телефон с пръст, използваме биометрична технология. Въпреки че може да изглежда като магия, то е подкрепено от много наука и години на развитие. От всички налични опции, най-обсъжданата битка днес е между ултразвуковите четци за пръстови отпечатъци и оптичните сензори, особено след като производителите започнаха да интегрират четеца под екрана.
Изборът между оптичен или ултразвуков сензор не е само въпрос на скоростСигурността, точността с мокър или мръсен пръст, цената на устройството и дори обикновени детайли, като например дали използвате дебел протектор за екран, играят роля. Ако забележите бавност, научете се да... коригиране на забавянето на четеца на пръстови отпечатъциНека спокойно разгледаме как работи всяка технология, какви видове сензори за пръстови отпечатъци съществуват и в кои ситуации едната или другата е по-изгодна.
Какво е четец на пръстови отпечатъци и защо има толкова много видове?
Четецът на пръстови отпечатъци е система, която улавя уникалните ръбове на пръста ви. (върховете и долините) и ги трансформира в цифрови данни, за да провери дали това сте вие или не. Използва се в мобилни телефони, таблети, лаптопи, контрол на физическия достъп, банки, банкомати, проследяване на посещаемостта на служителите, граници и много други подобни.
Въпреки че в мобилните устройства обикновено говорим само за оптични или ултразвуковиВсъщност има четири основни вида сензори за пръстови отпечатъци: оптични, капацитивни, ултразвукови и термични. Всички те целят едно и също нещо (да ви идентифицират), но го правят, използвайки много различни техники: светлина, електричество, звук или температура.
Следата, която се запазва, никога не е снимка точно такава, каквато изглежда.Вместо това, той създава математически шаблон с характерни точки на вашите ръбове (минуции, пори, бифуркации и др.). Когато поставите пръста си върху него, сензорът генерира друг шаблон и системата изчислява дали съвпадението е достатъчно, за да ви предостави достъп.
Две показатели управляват тази игра: безопасност и комфорт.Сигурността означава, че е трудно да се заблуди (със снимка, калъп, латекс и др.). Комфортът означава, че се отключва бързо и рядко се поврежда, дори ако пръстът ви не е идеално подравнен или го държите под ъгъл.
Ето как работи оптичният сензор за пръстови отпечатъци
Оптичният сензор е ветеранът, основател на биометрията с пръстови отпечатъци. И остава много популярен, защото е евтин, стабилен и сравнително лесен за интегриране, както в мобилни устройства, така и в класически системи за контрол на достъпа.
Основната идея е да се направи висококонтрастна снимка на върха на пръстаЗа да се постигне това, модулът включва защитен стъклен слой, източник на светлина (обикновено светодиоди), призма, която насочва и отразява светлината, леща и камера със CCD или CMOS сензор, която заснема изображението.
Когато поставите пръста си върху стъклото, светлината осветява ръбовете и долините.Хребетите отразяват повече светлина, а долините - по-малко. Тази разлика в отражението води до много отчетливо черно-бяло изображение, което след това се трансформира, с помощта на аналогово-цифров преобразувател и няколко алгоритъма, в биометричен шаблон.
В съвременните мобилни телефони с оптичен четец под екранаЕкранът светва за кратко (обикновено с бяла или зелена светкавица), за да освети пръста отдолу, а малка камера, интегрирана в панела, заснема изображението. Следователно, ако екранът е много замърсен или има дебел, некачествен протектор, може да има по-големи затруднения с точното разчитане на пръстовия отпечатък. Някои устройства дори имат скрити функции за подобряване на взаимодействието, като например възможността за използвайте тайния бутон на четеца на пръстови отпечатъци в определени фърмуери.
Тези видове сензори изискват електроника за управление и обработка (MCU или DSP), който управлява осветлението, подобрява изображението, го двоично кодира, извлича характеристики и ги сравнява с базата данни. Комуникацията с останалата част от системата обикновено се осъществява чрез UART, SPI или USB в професионалните устройства.
Предимства на оптичния сензор
Едно от големите предимства на оптичния сензор е неговата цена.Те са значително по-евтини за производство от капацитивните или ултразвуковите сензори и затова остават кралете в решенията за голям обем: контрол на достъпа, терминали за отчитане на работно време, банки, електронни документи за самоличност и др.
Те се открояват и със своята наличност и технологична зрялост.Те се използват от десетилетия от правоприлагащите органи, регистрирането на избиратели, граничния контрол и банкоматите. Лесни са за инсталиране, сравнително невредими и предлагат бързо време за обработка.
На мобилни устройства, екранният оптичен четец обикновено е бърз и доста постоянен. Ако пръстът е сух и чист. Много потребители установяват, че се отключва бързо и с малко неуспешни опити, особено на устройства с добре настроен софтуер.
Друг тяхна полза е, че могат да продължат да функционират дори със счупен екран.Стига счупването да не засегне критично зоната на сензора или вътрешната оптика. С други думи, удар, който счупи стъклото, не означава непременно загуба на четеца.
Недостатъци и рискове на оптичния четец
Основният ахилесов недостатък на оптичния сензор е неговата защита срещу атаки чрез фалшифициране (spoufing).Въз основа на 2D изображение на повърхността, са демонстрирани успешни атаки с помощта на снимки с висока резолюция, силиконови форми или добре изработен латекс.
Освен това, те са доста взискателни по отношение на почистването на повърхността и пръстите си.Ако има мазнини, прах, следи от крем или вода, светлината не се отразява по същия начин и изображението губи контраст, което означава, че алгоритъмът може да има повече отхвърляния (фалшиви отрицателни резултати).
В трудни условия на околната средаФактори като прекомерна пряка слънчева светлина, влажност или интензивна употреба без поддръжка могат да влошат производителността на лошо поддържан оптичен сензор. Поради това се препоръчва редовно почистване на четците с физически достъп. Ако срещате чести неизправности, консултирайте се със специалист. Често срещани проблеми със сензора за пръстови отпечатъци на Android.
И накрая, при много мобилни телефони процесът може да бъде малко по-бавен от този на добър ултразвуков почистващ препарат.защото понякога е необходимо да заснемете няколко изображения и да регулирате яркостта, за да сте сигурни, че полученият шаблон е надежден.
Как работи ултразвуков четец на пръстови отпечатъци
Ултразвуковият четец прави концептуална крачка: вместо да вижда отпечатъка, той го „слуша“.Той използва високочестотни звукови вълни, за да създаде 3D карта на повърхността на пръста ви, включително неговите релефи и пори.
В основата на системата е набор от ултразвукови преобразувателиНякои излъчват звукови импулси, а други ги приемат. Когато поставите пръста си, емитерът освобождава микроимпулси, които проникват във външния слой на кожата и се отразяват от браздите и вътрешните структури като дермата.
Разликите във времето и интензитета на ехото ни позволяват да реконструираме триизмерен модел на пръстовия отпечатък, нещо като малък „радар“ на върха на пръста. Този модел улавя много по-богата информация от плоска снимка: дълбочина на браздите, потни пори, текстура и др.
Микропроцесорът на модула преобразува тези ехо сигнали в електрически сигнали.Той прилага 3D алгоритми за изображения и генерира биометричен шаблон. Този шаблон се съхранява криптиран в защитена област на устройството и се използва за бъдещи сравнения.
Голямото предимство е, че ултразвукът прониква по-добре от светлината през тънки слоеве мръсотия, вода или мазнини.Ето защо, на теория, разпознава пръстови отпечатъци по-добре, дори ако пръстът ви е леко мокър или мръсен, нещо, което е високо ценено във висок клас мобилни телефони и в тежки среди.
Предимства на ултразвуковите сензори
Първата сила е точността и стабилността на 3D изображението.Чрез измерване на обем, а не само на 2D проекция, за нападателя става много по-трудно да създаде убедително копие на вашия пръстов отпечатък, дори с помощта на 3D печат или усъвършенствани калъпи.
Това богатство от информация прави ултразвуковите скенери по-безопасни. срещу атаки, използващи HD снимки или латекс. Освен това, много модули включват техники за разпознаване на пръсти на живо, анализирайки характеристики като пулсов отговор, микро-вариации в налягането или признаци на изпотяване.
Друго очевидно предимство е неговата толерантност към несъвършени реални условия.Те работят сравнително добре с мокри, леко мазни или леко замърсени пръсти и са по-малко чувствителни към околната светлина. За потребителя това означава по-малко моменти на „опитване отново“.
В мобилните устройства ултразвуковите четци могат да бъдат интегрирани под стъклото, без да е необходимо да се осветяват толкова много.Това позволява повече свобода на дизайна, подобрява естетиката (без физически бутони) и може да увеличи активната зона за четене при определени модели.
Недостатъци и ограничения на ултразвука
Всичко това си има цена: ултразвуковите модули са по-скъпи за производство.Повече компоненти, по-сложна обработка и по-строги изисквания за интеграция повишават цената, така че те обикновено са запазени за среден до висок и висок клас.
Консумацията на енергия също е малко по-високаЗащото тези ултразвукови импулси трябва да бъдат генерирани и обработени. В съвременния смартфон това не е основен проблем, но е нещо, което трябва да се следи при малки или много енергоспестяващи устройства.
На практика потребителското изживяване не винаги съвпада с теориятаНякои потребители съобщават за повече проблеми с четенето при определени модели (например някои телефони от висок клас Samsung Galaxy S), отколкото при оптични четци от други производители като Google Pixel, до степен да продадат устройството поради разочарование от сензора. Ако вашият пръстов отпечатък често се проваля, има ръководства като например Моят Xiaomi не разпознава пръстовия ми отпечатък. което може да помогне с настройката и калибрирането.
Друг недостатък е чувствителността му към пукнатини или дефекти директно над зоната на сензора.Ако екранът се напука там, където се намира ултразвуковият модул, разпространението на вълните може да бъде сериозно засегнато и разпознаването се влошава или просто спира да работи.
И накрая, някои протектори за екрани могат да попречат на ултразвука.Производителите обикновено публикуват списъци със съвместими протектори за екрани; игнорирането им може да доведе до забележим спад в точността.
Капацитивни и термични сензори: другите играчи в света на биометричните технологии
Въпреки че медийният дебат е между оптичните и ултразвуковите сензори, не можем да забравим капацитивните и термичните сензори.които все още имат голяма тежест при лаптопите, устройствата за достъп с висока сигурност и специализираните устройства.
Как работи капацитивен сензор за пръстови отпечатъци
Капацитивният сензор не използва светлина или звук, а статично електричество.Състои се от масив от малки кондензатори (пиксели), изработени от полупроводников материал като силиций.
Когато поставите пръста си, ръбовете се докосват по-близо до повърхността на сензора. че долините, променяйки капацитета на всеки пиксел. Четещата верига измерва тези промени и ги преобразува в цифрово изображение на релефа на отпечатъка.
Контролерът действа върху тази матрица, филтрира шума, подобрява изображението и извлича характеристики.След това сравнява генерирания шаблон със съхранените шаблони, използвайки единица за сравнение, която изчислява оценка на сходство.
Тези сензори станаха много популярни, защото са компактни, бързи и доста точни.Това ги прави идеални за интегриране в бутони, рамки за лаптопи, платежни карти или mPOS терминали.
Плюсове и минуси на капацитивния четец
Предимствата му включват висока прецизност, ниска консумация на енергия и малък размер.Те поддържат както разпознаване на докосване, така и плъзване по екрана и се считат за подходящи за приложения с висока сигурност.
Те обаче имат няколко слаби страниТе са уязвими към електростатичен разряд (ESD), прекомерно сухите или наранени пръсти могат значително да влошат показанията, а производствените разходи са по-високи от тези на обикновените оптични сензори.
Какво предлага термичният сензор за пръстови отпечатъци?
Термичният сензор е в различна лига: той измерва температурата.Той открива топлинните разлики между ръбовете на кожата и въздуха, оставащ в долините, използвайки пироелектричен материал, интегриран в силициева матрица.
Когато поставите пръста си върху него, транзисторите в този масив генерират електрически заряд, пропорционален на нагряването и охлаждането., и микропроцесорът създава цифров шаблон от този термичен модел.
Основното му предимство е, че термовизионното изображение е много трудно за фалшифициране. Може да работи във влажни или сухи условия, което го прави изключително сигурен. Използва се във високочувствителни системи за контрол на достъпа, банки, превозни средства и устройства на правоприлагащите органи.
Недостатъкът им е, че са скъпи и изискват повече поддръжка.Те са чувствителни към екстремни промени в околната температура и времето за обработка може да бъде малко по-дълго, отколкото при оптичните или капацитивните сензори.
Ултразвуков срещу оптичен: Сравнение по точки
Ако се съсредоточим върху това, което интересува мобилния потребител, ключовото сравнение е между вграден оптичен сензор и ултразвуков четец.И двете служат за отключване на устройството и оторизиране на плащания, но го правят с различна сила на действие.
В технологията за заснемане на изображения, оптиката получава 2D изображение с помощта на светлина Ултразвуковият сензор генерира 3D модел, използвайки звукови вълни. Тази разлика се превръща в по-голям обем информация за ултразвуковия сензор.
По отношение на чистата безопасност, ултразвуковата технология има предимството.Триизмерното изобразяване и възможността за откриване на жив пръст значително усложняват използването на снимки, калъпи и техники за фалшифициране. Оптичните пръстови отпечатъци, от друга страна, са се доказали като уязвими за атаки, използващи отпечатани пръстови отпечатъци или добре подготвени материали като латекс.
По отношение на точността и процента на грешки, ултразвуковото изобразяване обикновено предлага по-малко фалшиви положителни резултати. и по-добро разграничаване между истински и фалшиви опити. В зависимост от внедряването обаче, може да има малко по-висок процент на фалшиви отхвърляния, ако софтуерът не е оптимизиран.
При ежедневна употреба, оптиците дават много добри резултати с чисти и сухи пръсти.Въпреки че ултразвуковият скенер е по-добър в работата с мокри или леко замърсени пръсти, действителното преживяване варира в зависимост от модела: някои потребители хвалят ултразвуковия скенер, докато други са имали повече проблеми, отколкото с оптичните скенери.
По отношение на скоростта, разликите намаляват.Много съвременни ултразвукови скенери удостоверяват идентификацията почти мигновено, но някои добре калибрирани оптични сензори също се отключват с висока скорост. Разликите са по-скоро въпрос на фина настройка, отколкото на самата технология.
Що се отнася до външни фактори, ултразвуковата технология е по-малко чувствителна към околната светлина.Оптичното почистване може да бъде повлияно от отражения или прекомерно замърсяване на стъклото. Ултразвуковото почистване, от друга страна, е по-податливо на пукнатини и някои протектори за екрани.
При физическа интеграция и двете могат да се скрият под екранаВъпреки това, ултразвуковите сензори станаха популярни във висок клас устройства (като серията Samsung Galaxy S10 и по-късните модели), докато оптичните сензори доминират в телефоните от среден клас поради по-ниската им цена. Samsung, например, поставя ултразвуковия сензор на по-удобно място от оптичния сензор в някои модели, което също влияе върху възприеманата ергономичност.
Приложения в реалния свят на всеки тип сензор
Оптичните сензори остават предпочитаният вариант, когато се търси обем и ниска цена.: национални документи за самоличност, регистрации на избиратели, системи за контрол на посещаемостта, граничен контрол, банкомати, основна домашна сигурност и др.
Капацитивните сензори доминират в лаптопите, таблетите и смартфоните с бутонни четци., платежни терминали и системи, където е желан баланс между точност, малък размер и ниска консумация на енергия.
Ултразвуковите сензори стават все по-често срещани във висок клас мобилни телефони. за отключване и мобилни плащания, както и в решения, където сигурността и толерантността към мокри или мръсни пръсти са от решаващо значение. Qualcomm, например, е разработила вградени в дисплея модули, които се използват в няколко водещи устройства.
Термичните скенери са запазени за ниши, където фалшифицирането трябва да е изключително трудно.: високосигурни контроли за достъп, системи за вход в чувствително професионално оборудване, входове за автомобили от висок клас или приложения за правоприлагане.
Поверителност, сигурност и обработка на биометрични данни
Цялото това технологично внедряване би било безсмислено, ако не защитаваше нещо основно: вашата поверителност.Биометричните данни са изключително чувствителни; за разлика от паролата, вашият пръстов отпечатък не може да бъде променен, ако някой го открадне.
Съвременните системи (както оптични, така и ултразвукови) съхраняват шаблона на вашия пръстов отпечатък на самото устройство.Този шаблон обикновено се съхранява в защитен, хардуерен анклав, отделен от операционната система. Той е криптиран и обикновено не се изпраща към външни сървъри.
Скенерът никога не запазва снимка на пръста ви такава, каквато е.а по-скоро набор от числови данни, описващи характерни точки. С този шаблон устройството може само да провери дали току-що прочетеният шаблон е достатъчно подобен на този, който е съхранило.
Производителите прилагат силно криптиране и строги политики за достъп до тази информацияминимизиране на каналите, през които тези данни могат да напуснат защитения анклав. Въпреки това, остава изключително важно да се избират устройства от марки, които предлагат прозрачност и чести актуализации на сигурността.
Допълнителни слоеве се добавят в корпоративна или правителствена среда., като например многофакторно удостоверяване (пръстов отпечатък + ПИН + карта), одит на достъпа и в някои случаи анонимизиране на шаблони, за да се предотврати директното им свързване с идентичност без предварителен контрол.
Актуални предизвикателства и накъде се насочва разпознаването на пръстови отпечатъци?
Нито оптичният, нито ултразвуковият сензор са перфектни.И двете са изправени пред предизвикателства: цена, консумация на енергия, фалшиви аларми, интеграция с все по-тънки екрани и, най-вече, все по-сложни атаки.
От ултразвукова гледна точка, предизвикателствата включват поевтиняване на технологията.за допълнително подобряване на скоростта на заснемане, намаляване на консумацията на енергия и минимизиране на проблемите със защитните фолиа на екрана и пукнатините.
В света на оптиката надпреварата за укрепване на защитата срещу фалшифицирането е в ход.Включете алгоритми, които по-добре откриват фалшиви пръстови отпечатъци и поддържат добра производителност, без да увеличават разходите.
Бъдещето сочи към мултимодални биометрични решениякъдето сканирането на пръстови отпечатъци се комбинира с лицево, ирисово или други фактори за разпознаване, като четците са интегрирани директно в повече области на екрана или дори безконтактно, нещо особено привлекателно в среда с висок трафик. Всъщност, Android 12 DP2 намеква за нов телефон Pixel със скенер в дисплея, което показва тенденцията на интеграция.
Ще видим и повече присъствие на изкуствен интелект в самото устройство., усъвършенстване на шаблоните с употребата им, намаляване на грешките и откриване на подозрителни модели на атаки, без да е необходимо изпращане на данни в облака.
Както оптичните, така и ултразвуковите сензори ще продължат да съществуват едновременно дълго време.Първият е като достъпен и достатъчно добър вариант за повечето потребители, а вторият е като залог за сигурност и гъвкавост във висок клас и критични среди, като биометрията се утвърждава като ключов елемент в начина, по който защитаваме данните си и дигиталното си ежедневие.
