NFC Эксперт Как работает ультразвуковой сканер?
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.
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.
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.
Поверхность пальца не идеально ровная, как может показаться: на коже находится тонкий папиллярный узор из гребней, углублений и пор, а под кожей близко к ее поверхности проходят кровеносные сосуды. Вместе они образуют уникальный рисунок, который не повторяется даже на пальцах одного и того же человека.
Сканер запоминает узор. При попытке разблокировать смартфон он сверяет палец с изображением в памяти. Если рисунки совпадают, пользователь получает доступ к устройству.
Ультразвуковой сканер удобен и быстр, но что еще приятнее – он узнает ваш палец, даже если вы только что держали жирный кусок пиццы. Его не получится обмануть высококачественной фотографией. Грязь его работе не помешает: для звуковых волн небольшое количество воды или жира – совсем не преграда. Это возможности, которые не под силу емкостным модулям.
Для чего сканировать отпечаток пальца
Сейчас почти в каждом гаджете хранится много как личной, так и финансовой информации, которой требуется постоянная защита. Раньше для защиты данных использовались графические ключи, сложные пароли, а для сим-карт — PIN-коды. Но в XXI веке уже существует далеко не один метод для их взлома.
В своё время компания Apple решила использовать в изготовляемых телефонах технологию по идентификации пользователя с помощью отпечатка пальца. Сканер, как только попал в смартфоны, сразу же завоевал популярность. Его практически сразу включили в свои гаджеты все основные производители телефонов.
Но до сих пор не понятно, больше в этом положительных или отрицательных моментов. И, к сожалению, здесь не существует однозначного ответа. Ведь в любой технологии существуют как плюсы, так и минусы.
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.
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.
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.
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.
Плюсы
Главные плюсы данной технологии следующие: безопасность, комфорт и новые возможности.
Люди, которые в первый раз сталкиваются со сканером, отмечают его удобство. Ведь в этом случае нужно всего лишь один раз коснуться нужной ниши — и смартфон приходит в активный режим, отключая режим блокировки. Подобное действие не только экономит время, но и полезно тем, что теперь вам не нужно держать в голове набор цифр или графических ключей. Пароль запросто можно забыть или потерять, а пальцы всегда рядом с нами, и на них постоянный уникальный рисунок.
Причём на сегодняшний день сканер отпечатка служит уже не только для того, чтобы разблокировать телефон. Он используется и для авторизации в различных приложениях, чтобы избежать постоянного ввода пароля. Тем более, что существующие системы бесконтактных платежей (Samsung Pay или Apple Pay) сейчас вообще основаны на данной технологии, с помощью которой подтверждается проведение необходимого платежа с банковской карты, привязанной к телефону.
Получается, что с применением данной технологии доступ к телефону может получить лишь хозяин смартфона, который изначально добавил в телефон свои отпечатки. И если цифровые коды можно взломать или как-то подсмотреть, то подобное никак не сработает с защитой через отпечатки.
Минусы
Основной недостаток рассматриваемой технологии, как это ни удивительно, заключается в его безопасности. При первом запуске телефона гаджет просит вас оставить отпечатки, после этого информация оцифровывается и сохраняется в памяти устройства. Разработчики, конечно, хорошо поработали над защитой этой информации, но тут далеко не всё так безоблачно, как может показаться на первый взгляд.
Так, например, в смартфонах, построенных на базе системы Android, данные о ваших пальцах хранятся в виде незашифрованной информации, располагающийся в памяти, что приводит к их большой уязвимости для взлома. Причём программисты по всему земному шару уже неоднократно указывали на эту уязвимость, но разработчики девайсов почему-то не спешат её исправить.
В случае если PIN-код или цифровой пароль получит злоумышленник, вы можете просто его изменить, что надёжнее защитит ваши данные. Но если произойдёт кража всей информации по отпечаткам пальцев, то данные окажутся у других людей, а ваша информация будет находиться под постоянной угрозой нежелательного доступа.
Если вы хотите полностью защитить свои данные, следует использовать многоуровневую защиту. Причём это не сложно, учитывая, что выпускаемые на сегодняшний день смартфоны позволяют это сделать. Допустим, после ввода созданного вами графического ключа, а затем пароля и PIN-кода — уже можно отсканировать отпечаток пальца.
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).
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».
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.
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