NFC Эксперт Ультразвуковые 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.
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.
Недостатки
Под словами «дактилоскопический датчик» мы подразумеваем маленький сканер, который распознаёт узор на коже прикладываемого к нему пальца. Раньше подобный датчик был слишком дорогим, в связи с чем он применялся только в банках, а также в каких-нибудь правительственных и военных учреждениях. Да и размеры сканера были чересчур велики, из-за чего никто из производителей смартфонов даже не помышлял о его внедрении.
Pantech GI100 – первый мобильный телефон со сканером отпечатков пальцев
В первую очередь дактилоскопический датчик призван защитить содержимое смартфона от посторонних глаз. Если другой человек возьмет ваше устройство в руки, то дальше экрана блокировки он зайти не сможет. Отпечаток любого из его пальцев будет другим, в связи с чем разблокировать аппарат он не сможет. В теории сканер можно обмануть. Но это настолько трудоёмкий процесс, что справиться с ним могут только спецслужбы, да и то не всегда.
Именно с iPhone 5S началось массовое внедрение дактилоскопических датчиков
Также такой датчик используется в обеспечении безопасности платежей. Если раньше для подтверждения оплаты вводился пароль, то теперь его запоминать не нужно — достаточно приложить палец к сканеру. Это очень удобно! В том же Play Market люди не включают подтверждение платежа паролем, так как они его попросту забывают.
Конечно же, как и любая новая технология, сканер отпечатков пальцев обладает рядом недостатков.
- В недорогие смартфоны встраиваются бюджетные датчики, принадлежащие к первым поколениям данной технологии. Они обрабатывают информацию достаточно долго — порой вплоть до одной или даже полутора секунд. Бывают случаи, когда отпечаток не распознаётся с первого раза. Если в распоряжении вашего девайса именно такой датчик, то вам быстро надоест использовать для разблокировки именно его. Уже через несколько дней вы предпочтёте другие способы, так как они позволяют тратить на процесс меньше времени.
- Сканер отпечатков пальцев не нужен планшету, если им пользуется несколько членов семьи. Конечно, современные датчики позволяют внести в память отпечатки нескольких пальцев. Но даже с такой возможностью могут возникнуть проблемы, когда устройством захочет воспользоваться ребенок. Каждая разблокировка будет требовать прикладывание пальца к сканеру. И не факт, что маленькие мальчики малыша будут стабильно распознаваться. Если устройство предназначено для всей семьи, то в большинстве случаев сканер отпечатков пальцев будет отключаться, так как он привносит дополнительные сложности.
- В том, что вашим смартфоном не сможет воспользоваться другой человек, кроются не только достоинства. Если с вами что-то случится, то оказавшиеся рядом люди, медицинская бригада или полицейские не смогут позвонить вашим родственникам, так как они попросту не смогут разблокировать ваш телефон. Впрочем, о всяческих неприятностях думать никому не хочется.
- В смартфонах от Apple все отпечатки пальцев хранятся в зашифрованном виде. А вот на устройствах с Android до некоторых пор ситуация обстояла гораздо хуже. Все эти данных на них хранились в локальной памяти, в незащищенном виде. Некоторые хакеры при большом желании могут получить доступ к этой информации. К счастью, в новых смартфонах эта проблема решена.
- Apple iPhone 7 — один из самых дорогих смартфонов. Популярность его настолько высока, что рассказывать о нём во всех подробностях нет никакого смысла.
- Apple iPhone 7 Plus — у этого смартфона диагональ дисплея увеличена с 4,7 до 5,5 дюйма. Также устройство способно похвастать двойной камерой.
- Xiaomi Redmi 4 Pro — относительно недорогой аппарат с пятидюймовым экраном, разрешение которого составляет 1920 x 1080 пикселей. Ширина рамок по бокам дисплея сведена к минимуму.
- Xiaomi Redmi 3S — недорогой смартфон, оснащенный HD-дисплеем и 13-мегапиксельной камерой. Имеется поддержка LTE-Advanced.
- Samsung Galaxy S7 Edge — аппарат, который продается по всему миру огромными тиражами. Людям нравятся и технические характеристики, и изогнутый по краям AMOLED-дисплей. У смартфона имеется отличная камера, диафрагма которой раскрывается до значения f/1.7.
- Samsung Galaxy S7 — второй флагман южнокорейской компании. Его 5,1-дюймовый дисплей является плоским — углы у него не изогнуты. В остальном же устройство совершенно не отличается от своего собрата с припиской «Edge».
- Apple iPhone SE — бюджетный «яблочный» продукт, если его можно назвать таким при стоимости в 25-30 тыс. рублей. Это один из самых компактных смартфонов среди тех, что оснащены достойными характеристиками. Огорчает же здесь лишь отсутствие слота для карты памяти.
- Xiaomi Redmi Note 4 — аппарат с 13-мегапиксельной камерой (диафрагма f/2.0) и тремя гигабайтами оперативной памяти. Ёмкость аккумулятора доведена до внушительных 4100 мАч.
- Samsung Galaxy A5 (2017) — лучшее соотношение цены и качества, если рассматривать именно южнокорейские смартфоны. В отличие от предшественника, девайс получил водозащиту и улучшенную камеру (разрешение 16 Мп и диафрагма f/1.9).
- Meizu M3 Note — устройство, присутствующее на рынке уже достаточно давно. Но оно наделено вполне достойными характеристиками, в связи с чем смартфон ещё долго не потеряет своей актуальности.
- Meizu MX6 — функционирует при помощи Android 6.0. Обладает неплохой камерой, экраном с разрешением Full HD, мощным десятиядерным процессором и большим числом беспроводных модулей.
- ASUS ZenFone 3 ZE520KL — аппарат с повышенной до 424 PPI плотностью пикселей. Построен на базе восьмиядерного чипсета от Qualcomm, а в число поддерживаемых смартфоном беспроводных технологий входит даже Wi-Fi 802.11ac.
- Huawei P9 Lite — этот девайс создавался на основе восьмиядерного процессора HiSilicon. Располагает 13-мегапиксельной камерой, которая способна писать видео с частотой 60 кадров/с.
- Vernee Thor — одно из самых недорогих устройств с поддержкой 4G и сканером отпечатков пальцев на задней панели. При этом создатели не стали экономить ни на объеме оперативной памяти (3 Гб), ни на процессоре (8 ядер).
- OnePlus 3T — фаблет, располагающий огромным количеством памяти. Всё в порядке у него и со всеми остальными характеристиками. Многие профильные издания считают его лучшим китайским смартфоном.
Несмотря на ряд преимуществ, среди которых легкость в использовании и повышенный уровень защиты данных, датчики отпечатков пальцев страдают некоторыми недостатками.
С появлением царапин на тачскрине система распознавания отпечатков работает нестабильно. Кроме того, при использовании защитной пленки процесс регистрации отпечатков замедляется.
Бывает, что владелец вынужден прикасаться к устройству помногу раз. Комфортные условия для эксплуатации подобного сенсора предполагают отсутствие препятствий между пальцем и датчиком, а поверхность экрана должна быть чистой, без каких-либо повреждений.
Как устроен сканер в экране — разбираем новый смартфон (1 видео)
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.
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».
Подведение итогов
Некоторым людям указанные выше недостатки могут показаться надуманными. Но на самом деле это не так. Хотя никто не будет спорить с тем, что достоинств у смартфонов со сканером отпечатков пальцев больше. Неспроста компания Google внедрила в свою операционную систему поддержку дактилоскопического датчика на самом глубоком уровне. Не исключено, что в будущем им будут оснащаться даже самые дешевые смартфоны.
Ну а пока обязательно читайте отзывы на тот аппарат, который вы желаете приобрести. Если он оснащен стареньким датчиком, то пользователи обязательно отметят факт долгой разблокировки при помощи отпечатка пальца. В таком случае лучше рассмотреть какую-нибудь другую модель, чуть более современную.
Заключение
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