Если для вас важнее скорость и простота разблокировки телефона или ноутбука, используйте отпечаток пальца. Или если вы считаете, что на вашем устройстве нет ничего ценного, и даже если кто-то получит доступ ко всем данным, вреда не будет. Другой вариант, если отпечатка пальца достаточно, — если вам нужен только родительский контроль.
Сканер отпечатка пальца на смартфоне. Как работает и что лучше — емкостный, оптический или ультразвуковой?
5-6 лет назад сканеры отпечатков пальцев можно было найти только в самых дорогих флагманских смартфонах, и даже они работали не очень хорошо. Вспомните, например, сканер на Samsung Galaxy S5, который требует проведения пальцем и повторения одного и того же движения снова и снова.
Сегодня даже самые дешевые телефоны оснащены такими датчиками, и они прекрасно работают! Но не всегда. Что еще хуже, цена смартфона не прямо пропорциональна качеству, надежности и стабильности используемого сканера отпечатков пальцев.
Так в чем же причина этого? Чем отличаются современные сканеры и как они работают? Мы рассмотрим это далее.
Виды современных сканеров отпечатков пальцев
Сегодня в смартфонах используются 3 основных типа сканеров: емкостной, оптический и ультразвуковой. Они различаются по способу получения изображения, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Но прежде чем мы поговорим о сканерах, позвольте мне задать простой вопрос: Что именно пытаются сканировать эти сканеры? Очевидный и не совсем правильный ответ — отпечатки пальцев. Ведь сканирование и анализ большого отпечатка пальца не является ни удобным, ни эффективным.
Во-первых, пользователь каждый раз по-разному прикладывает палец к сканеру. Иногда датчику удается захватить лишь небольшую часть пальца, а результат зависит от силы, с которой палец прижимается к сканеру. Кроме того, небольшие порезы или другие повреждения могут несколько изменить общую картину. Тем не менее, смартфон успешно разблокирован.
Во-вторых, смартфоны не хранят фотографии отпечатков и не накладывают ранее сохраненную копию на каждое сканирование.
Вместо этого смартфон пытается найти определенные уникальные особенности или контрольные точки в каждом отпечатке. Если вы внимательно посмотрите на сам отпечаток, то обнаружите и другие интересные вещи, помимо знакомых линий (так называемый узор вихляния):
Как мы видим, некоторые линии на отпечатке разветвляются, другие просто прерываются, а третьи выглядят как маленькие островки. Все это можно схематично проиллюстрировать следующим образом:
Смартфон пытается найти эти особые точки (называемые минуциями) в каждом отпечатке. Миниатюры — это уникальные особенности, и один отпечаток пальца может содержать более 70 миниатюр.
Чем лучше качество сканирования и чем чаще пользователь сканирует один и тот же отпечаток пальца, слегка сдвигая его в сторону, тем больше деталей получает смартфон для дальнейшего анализа. Часто хранятся именно эти особенности, а не снимки отпечатков пальцев.
Вся разница между различными типами сканеров отпечатков пальцев заключается в том, как именно они снимают отпечаток пальца для дальнейшей обработки:
- Емкостной сканер использует для этого электричество
- Ультразвуковой сканер использует звук.
- Оптический сканер использует свет для получения изображения.
Давайте теперь рассмотрим каждый из этих элементов более подробно.
Емкостный сканер отпечатка пальца
Такой сканер состоит из множества крошечных проводящих пластин, толщина которых меньше, чем линии отпечатка пальца. Эти пластины образуют конденсаторы, которые накапливают определенное количество заряда.
Наше тело способно отключать ток. Поэтому, когда палец касается поверхности сканера, заряд, хранящийся в конденсаторе, изменяется. Кроме того, в одних местах ваша кожа соприкасается со сканером, а в других — нет. Это связано с тем, что волнистый узор отпечатка пальца состоит из выступающих гребней и углублений между ними. Поэтому в конденсаторах имеются разные емкости в областях, где есть микрозазоры между сканером и пальцем, и в областях, где рисунок отпечатка пальца находится в непосредственном контакте со сканером:
Смартфон считывает все ячейки и по напряжению определяет, есть ли канавка (зазор) возле соответствующего конденсатора или это выступ и кожа соприкасалась с поверхностью сканера. Таким образом, происходит сборка всего изображения отпечатка пальца.
Преимущества емкостных сканеров отпечатков пальцев
По сути, это лучшие сканеры с точки зрения всех характеристик. Их строительство дешево, технология уже достаточно старая и проверенная. Эти сканеры не просто получают двухмерное (плоское) изображение, а сканируют трехмерный объект, учитывая выступы и углубления пальца.
Скорость емкостных сканеров очень высока. На iPhone, например, сканер Touch ID срабатывает мгновенно. Невозможно обнаружить какую-либо задержку.
Эти сканеры трудно обмануть. Стабильность работы очень высокая, палец не обязательно должен быть очень чистым и сухим.
Так что же с ними не так? Почему эти сканеры установлены только на дешевых смартфонах Android?
Недостатки емкостных сканеров
Прежде всего, емкостные сканеры бывают разных форм. Чем больше клеток в сканере, тем выше его «разрешение» и тем быстрее он работает. Дешевые устройства могут иметь самые дешевые сканеры с очень низким разрешением. Однако это не главная проблема.
Самый большой «недостаток» емкостного сканера отпечатков пальцев заключается в том, что его нельзя разместить внутри (или под) экраном. Современные технологии изменили внешний вид смартфонов, и теперь всю переднюю часть занимает экран. Следовательно, места для сканера недостаточно.
Некоторые производители размещают такой сканер сбоку и совмещают его с кнопкой питания (Honor 20, Galaxy S10e, Sony Xperia 1). Однако большинство емкостных сканеров расположены на задней панели. И это имеет смысл не во всех случаях. Например, если смартфон лежит на столе, его нужно держать в руке, чтобы дотянуться до сенсора (или использовать другие методы разблокировки).
Очень сложно совместить такой сканер с экраном, потому что сам экран использует точно такую же технологию для обнаружения прикосновений. В конце концов, современные сенсорные экраны — это только емкостные дисплеи.
Поэтому нас просят несколько раз прикоснуться к экрану, чтобы распознать и зафиксировать как можно больше уникальных особенностей. При правильном подходе их число может превышать сотню.
Как сканер получает данные
Первые сканеры работали по принципу фотоаппарата: они делали снимок пальца крупным планом, а затем сравнивали его с сохраненным изображением. Сложность заключалась в том, что идентификация могла быть успешной только в том случае, если палец использовался точно так же, как и при оригинальном сканировании. Если установить его на полдюйма ниже или выше, ничего не работает.
Второй недостаток такого визуального подхода заключается в том, что сканер можно легко обмануть, приложив к нему фотографию отпечатка. Сканер фотографирует его, делает такой же снимок, как и отпечаток, и разрешает доступ. По этой причине такие оптические сканеры практически никогда не используются для серьезных целей безопасности.
Современные сканеры работают с мельчайшими деталями, а не с общим изображением отпечатка. Теперь задача сканера заключается в следующем:
- Отсканируйте приложенный палец.
- Он сканирует все детали.
- Закодируйте их и их взаимное расположение на цифровой карте.
- Сравните эту таблицу с таблицами, уже имеющимися в базе данных.
- Если процент перекрытия больше определенного значения, мы нашли отпечаток пальца. Например, мы можем получить доступ к телефону.
Какие бывают сканеры отпечатков пальцев
Кадры ниже на экране. OLED-матрицы, используемые в современных смартфонах, могут пропускать свет изнутри и снаружи. Производители используют это свойство для размещения простого оптического сканера непосредственно под экраном. Технически такой сканер просто делает снимок отпечатка пальца, да и то некачественный — пиксели сенсора не позволяют сделать идеальный снимок. В результате эти сканеры склонны к ошибкам, имеют низкую производительность и могут обнаружить даже самый простой поддельный отпечаток пальца (например, на ленте или упаковке).
Визуальный бесконтактный. Помимо оптических сканеров, существуют также бесконтактные оптические сканеры. Это означает, что палец помещается не на сам сканер, а на стекло. Под этим стеклом находится несколько камер, которые делают снимок с разных сторон. Теоретически, этот сканер больше нельзя обмануть фотографией, поскольку несколько камер создают стереоизображение. Но если палец сделан с помощью 3D-принтера, его можно обмануть.
Вместимость. Этот тип сканера использовался в первых мобильных телефонах с датчиками отпечатков пальцев и с различными модификациями используется до сих пор. Они работают следующим образом: На поверхности сканера находится множество крошечных полупроводников. Когда на палец надевается палец, выступающие выводы на пальце замыкают эти проводники, и их емкость в цепи изменяется. Емкость меняется, и отпечаток пальца отображается в цифровом виде с первого взгляда.
Недостатки емкостного сканера:
- Мокрые пальцы плохо сканируются, поскольку вода засоряет многие дополнительные датчики и мешает распознаванию.
- Такой датчик также легко обмануть благодаря 3D-модели отпечатка пальца.
Ультразвук. В теории это самые передовые и надежные сканеры отпечатков пальцев, поскольку они могут не только собирать данные о линиях на пальце, но и отслеживать пульс и создавать 3D-модель линий и углублений. На практике это пока встречается только в некоторых телефонах Samsung — ультразвуковой сканер дороже в производстве, чем другие.
Что лучше — отпечаток или пароль
Если для вас важнее скорость и простота разблокировки телефона или ноутбука, используйте отпечаток пальца. Или если вы считаете, что на вашем устройстве нет ничего ценного, и даже если кто-то получит доступ ко всем данным, вреда не будет. Другой вариант, если отпечатка пальца достаточно, — если вам нужен только родительский контроль.
Во всех остальных случаях лучше использовать пароль. Существует множество способов обмануть сканер отпечатков пальцев и только два способа обойти пароль: Подслушивание или взлом. Если вы выберете сложный пароль и убедитесь, что никто не следит за вводом, взломать такой пароль будет очень сложно.
