Как устроены сканеры отпечатков пальцев в смартфонах?
Максим Подмарьков
Изучил плюсы и минусы разных видов сканеров
Сканер отпечатков пальцев — привычная технология, которая встречается почти в каждом смартфоне. Возможность быстро разблокировать устройство одним прикосновением уже давно не удивляет, но все равно есть нюансы: одни сканеры — быстрее и стабильнее работают, другие — более безопасные. Разбираемся, стоит ли обращать внимание на тип сканера при выборе смартфона.
Первый сканер был страшно медленным
Сканер отпечатков пальцев или дактилоскопический датчик — это устройство, которое распознает папиллярный узор на пальце. Поскольку отпечатки пальцев каждого человека уникальны, то такой датчик обеспечивает надежную защиту смартфона.
Первый сканер отпечатков пальцев для смартфона появился в модели Motorola Atrix в 2011 году. Но технология сканирования тогда была не самая удобная — приходилось проводить указательным пальцем по всей площади датчика. При этом движение пальца не должно было быть слишком быстрым или слишком медленным. У нерасторопного пользователя в конце концов могли сдать нервы, после чего он отключал функцию. Да и расположение сканера тоже было неудобным — он находился сверху на задней панели.
Motorola Atrix (2011) стал первым телефоном со сканером отпечатков пальцев
Затем компания Apple внедрила технологию Touch ID, которая была впервые применена в модели iPhone 5S. Удобство использования нового сканера отпечатков оценили сразу. Почему?
- Датчик распознавал любые пальцы – а не только указательные.
- Палец можно было приложить в любой ориентации – и вертикально, и горизонтально.
- Сканер был более удобно расположен – внутри кнопки Home на передней панели.
- Он работал быстрее и стабильнее.
С тех пор сканеры отпечатков пальцев благодаря безопасности и, самое главное, удобству стали быстро входить в жизнь пользователей смартфонов.
Типы сканеров отпечатков пальцев
От типа сканера зависит скорость распознавания отпечатков, риски возможных ошибок и другие особенности. При производстве смартфонов обычно используют один из трех типов сканера отпечатков пальцев. Вся разница между ними заключается в методе получения снимка пальца. Оптический сканер получает изображение с помощью света, емкостный — при помощи электрического заряда, а ультразвуковой использует звук. У каждого вида сканера есть свои преимущества и недостатки, которые мы и рассмотрим ниже.
Оптические сканеры
Эта технология основана на захвате оптического изображения отпечатка пальца. При прикосновении пальца к датчику встроенная в него камера фотографирует узор на пальце и сравнивает с сохраненным в базе данных изображением. Это первый тип сканеров, который стали встраивать прямо в экран. До этого их размещали в кнопках или на корпусе. Для работы такого сканера необходима подсветка — именно поэтому во время его использования экран загорается ярким цветом.
Схема работы оптического сканера
Первые сканеры этого типа отличались медленной скоростью работы. Время отклика в ранних моделях — таких как The Vivo X20 Plus UD 2018 года — составляло около 0,7 секунды. В современных устройствах оно сократилось до 0,2-0,3 секунды. На данный момент производители внедряют оптические сканеры в модели смартфонов по большей части из бюджетного сегмента, но и в топовых моделях они тоже встречаются.
Преимущества
- Быстрая скорость распознавания
- Удобное расположение на передней панели под экраном или в самом экране
- Небольшая себестоимость
Недостатки
- Чувствительность к освещению: под лучами солнца или при ярком свете в помещении точность распознавания может снизиться
- Если прикладывать мокрый, грязный или поврежденный палец, то могут возникать ошибки распознавания
- Защитное стекло или пленка могут влиять на стабильность и точность сканирования
- Самый низкий уровень безопасности из всех типов сканеров: при наличии правильного снимка пальца такой сканер можно обмануть
Оптические сканеры отпечатков можно встретить во многих моделях
Емкостные сканеры
Емкостные сканеры отпечатков пальцев состоят из множества тонких пластин-конденсаторов, которые хранят определенный электрический заряд. Чем больше используется таких конденсаторов в сканере, тем выше точность и скорость распознавания. Во время прикосновения пальца к датчику, заряд каждого конденсатора меняется. В выпуклых местах, где палец вплотную прилегает к датчику — заряд изменяется больше, а в местах углублений — меньше. Сканер измеряет эту разницу и создает на основе полученных данных рисунок отпечатка. Емкостные сканеры обычно устанавливаются на задней стороне корпуса смартфона или интегрируются в кнопку питания.
Схема работы емкостных сканеров
Именно емкостные сканеры стала применять компания Apple в своей технологии Touch ID с 2013 года, а их iPhone 5s стал первой успешной моделью. Следом стали подтягиваться другие производители, внедряя такой же тип датчиков в свои Android-смартфоны. Благодаря низкой себестоимости, высокой точности и надежной защите емкостные датчики встречаются в смартфонах совершенно разных категорий: как самых бюджетных, так и премиальных.
Преимущества
- Надежность: обмануть емкостные сканеры тяжелее, чем оптические — для этого потребуется полноценная 3D-модель пальца
- Мгновенная скорость считывания данных
- Низкая себестоимость
Недостатки
- Более требовательный к точности расположения пальца по сравнению с другими типами
- Данный тип сканера нельзя встроить в экран
- Чувствительность к повреждениям: царапины и загрязнения на поверхности могут привести к ошибкам распознавания
Примеры смартфонов с емкостными сканерами:
Ультразвуковые сканеры
Во время прикосновения к датчику сканер отправляет ультразвуковые волны и считывает сигналы — одна часть импульса поглощается, другая возвращается обратно. Чем дольше сканируется палец, тем лучше распознаются дополнительные данные об отпечатке. В результате получаются подробные 3D-изображения, которые усиливают безопасность и точность распознавания.
Схема работы ультразвукового сканера
Одним из первых смартфонов с ультразвуковым сканером отпечатков пальцев стал Le Max 2 от LeEco, который был выпущен в 2016 году. Сейчас этот тип можно встретить в флагманских моделях смартфонов.
Преимущества
- Высокая точность: ультразвуковые волны способны надежно идентифицировать отпечатки пальцев, даже в случае повреждения кожи
- Надежность: датчик сканирует трехмерную модель пальца, а ультразвук, проникая вглубь, распознает структуру кости и суставов, что является дополнительной защитой от муляжей
- Сканеры могут размещаться где угодно на корпусе, так как ультразвук легко проходит не только через стекло
- Загрязнения на поверхности пальца не мешают ультразвуку
Недостатки
- Ультразвуковые сканеры работают медленнее других
- Ультразвуковые сканеры дороже аналогов, поэтому используются только в флагманских смартфонах
- На работу сканеров влияют некоторые защитные стекла и пленки, которые рассеивают и частично гасят звуковую волну
Примеры смартфонов с ультразвуковыми сканерами:
Что происходит после сканирования?
После того как сканер считал отпечаток пальца, встроенный микроконтроллер переводит полученные данные в цифровую форму для передачи на процессор смартфона или выделенный чип безопасности, который встречается в некоторых моделях, вроде Google Pixel.
Далее система анализирует данные и сравнивает их с шаблоном, который создается при первоначальной настройке. Разные производители используют немного разные алгоритмы для определения ключевых характеристик отпечатков пальцев. Но в целом идея всех алгоритмов схожа — они не сравнивают весь отпечаток целиком, а отбирают только мелкие уникальные детали, свойственные конкретному узору пальца. Если соответствие деталей найдено, система подтверждает, что отпечаток пальца успешно распознан, и разрешает доступ.
Можно ли взломать сканер отпечатков пальцев?
Сейчас может показаться нонсенсом, но раньше взломать некоторые модели смартфонов можно было без особого труда. Снимки отпечатков пальцев могли храниться в незашифрованном виде в одной из папок на смартфоне (например, так было в HTC one MAX). Тогда не было никаких гарантий, что датчик интегрирован в систему правильным образом.
Для того чтобы обмануть сканер отпечатков потребуется подготовка и специальное оборудование
С появлением Android 6.0, где были прописаны все необходимые требования для сертификации устройств, оборудованных дактилоскопическими датчиками, многое изменилось. В современных смартфонах Android, как и в устройствах Apple, эталонное изображение хранится на специальном чипе либо в отдельной области на основном чипсете, что усложняет проникновение извне.
Однако и в современных устройствах взломать датчик отпечатков пальцев вполне возможно с помощью качественно выполненной имитации пальца. Сложность имитации зависит от типа датчика и конкретного производителя. Если оптический сканер взламывается с помощью правильной фотографии, то для обмана ультразвукового устройства у злоумышленника должна быть высококачественная имитация, отпечатанная на 3D-принтере.
Наиболее распространенный способ взлома среди злоумышленников все же является использование пальца владельца, находящегося в спящем или бессознательном состоянии.
Как избежать взлома смартфона
Соблюдая эти правила, вы снизите вероятность того, что ваш смартфон взломают:
- Регулярно обновляйте операционную систему и приложения для получения последних исправлений безопасности.
- Убедитесь, что на устройстве включено шифрование данных.
- Включите функции, позволяющие отслеживать местоположение устройства в случае его потери или кражи.
- По возможности отслеживайте, какие приложения имеют доступ к данным отпечатков пальцев и другим биометрическим данным. Оставьте доступ только для необходимых приложений.
- Установите автоматическую блокировку экрана с закрытием доступа в период бездействия.
- Скачивайте приложения только из официальных источников, таких как Google Play или App Store.
- Включите уведомления о безопасности, чтобы получать предупреждения о подозрительной активности или попытках несанкционированного доступа.
- При продаже смартфона другому пользователю удалите все биометрические данные и сбросьте устройство до заводских настроек.
- Избегайте использования неизвестных общедоступных Wi-Fi-сетей.
