Minden alkalommal, amikor az ujjunkkal feloldjuk a mobiltelefonunkat, biometrikus technológiát használunk. Bár varázslatnak tűnhet, rengeteg tudomány és éveknyi fejlesztés támasztja alá. Az összes elérhető opció közül a legtöbbet emlegetett csata az ultrahangos ujjlenyomat-olvasók és az optikai érzékelők között folyik, különösen mióta a gyártók elkezdték integrálni az olvasót a képernyő alá.
Az optikai vagy ultrahangos érzékelő közötti választás nem csak a sebesség kérdéseA biztonság, a pontosság nedves vagy piszkos ujjal is, a készülék ára, sőt még az olyan hétköznapi részletek is, mint például, hogy vastag képernyővédőt használsz-e, mind szerepet játszanak. Ha lassúságot tapasztalsz, tanulj meg... ujjlenyomat-olvasó késleltetésének javításaNyugodtan bontsuk le, hogyan működnek az egyes technológiák, milyen típusú ujjlenyomat-érzékelők léteznek, és milyen helyzetekben előnyösebb az egyik vagy a másik.
Mi az az ujjlenyomat-olvasó, és miért létezik ilyen sokféle típus?
Az ujjlenyomat-olvasó egy olyan rendszer, amely rögzíti az ujj egyedi domborulatait. (a csúcsokat és völgyeket), és digitális adatokká alakítja, hogy ellenőrizze, Ön-e vagy sem. Mobiltelefonokban, táblagépekben, laptopokban, beléptető rendszerekben, bankokban, ATM-ekben, alkalmazottak jelenlétének nyomon követésében, határellenőrzésekben és nagyon hosszú stb. használják.
Bár a mobiltelefonokban általában csak optikai vagy ultrahangosValójában négy fő típusú ujjlenyomat-érzékelő létezik: optikai, kapacitív, ultrahangos és hőérzékelő. Mindegyik ugyanazt a célt szolgálja (az Ön azonosítása), de ezt nagyon különböző technikákkal teszik: fénnyel, elektromossággal, hanggal vagy hőmérséklettel.
A megőrzött nyom soha nem egy fénykép pontosan úgy, ahogyan látszik.Ehelyett egy matematikai sablont hoz létre a gerincek jellemző pontjaival (apróságok, pórusok, elágazások stb.). Amikor az ujját ráhelyezi, az érzékelő egy másik sablont generál, és a rendszer kiszámítja, hogy az egyezés elegendő-e a hozzáférés megadásához.
Két kritérium vezérli ezt a játékot: a biztonság és a kényelem.A biztonság azt jelenti, hogy nehéz becsapni (fényképpel, öntőformával, latexszel stb.). A kényelem azt jelenti, hogy gyorsan kiold és ritkán hibásodik meg, még akkor is, ha az ujjad nincs tökéletesen a helyén, vagy ferdén tartod.
Így működik az optikai ujjlenyomat-érzékelő
Az optikai érzékelő az ujjlenyomat-biometria veterán nagyapja És továbbra is nagyon népszerű, mert olcsó, stabil és viszonylag könnyen integrálható, mind mobileszközökbe, mind klasszikus beléptetőrendszerekbe.
Az alapötlet az ujjbegy nagy kontrasztú fényképének elkészítése.Ehhez a modul tartalmaz egy védőüveg réteget, egy fényforrást (általában LED-eket), egy prizmát, amely irányítja és visszaveri a fényt, egy lencsét, valamint egy CCD vagy CMOS érzékelővel ellátott kamerát, amely rögzíti a képet.
Amikor az ujját az üvegre helyezi, a fény megvilágítja a gerinceket és völgyeket.A gerincek több fényt vernek vissza, a völgyek kevesebbet. Ez a visszaverődésbeli különbség egy nagyon jellegzetes fekete-fehér képet eredményez, amelyet aztán egy analóg-digitális átalakító és számos algoritmus segítségével biometrikus sablonná alakítanak.
A jelenlegi, képernyő alatt optikai olvasóval ellátott mobiltelefonokbanA képernyő röviden felvillan (általában fehér vagy zöld villanással), hogy alulról megvilágítsa az ujjat, és a panelbe integrált kis kamera rögzíti a képet. Ezért, ha a képernyő nagyon piszkos, vagy vastag, rossz minőségű képernyővédő fólia van rajta, nehezebben tudja pontosan leolvasni az ujjlenyomatot. Egyes eszközök rejtett funkciókkal is rendelkeznek az interakció javítása érdekében, például a következő képességgel: használd a titkos gombot az ujjlenyomat-olvasón bizonyos firmware-ekben.
Az ilyen típusú érzékelők vezérlő és feldolgozó elektronikát igényelnek (MCU vagy DSP), amely kezeli a világítást, javítja a képet, binárisan kezeli, kinyeri a jellemzőket, és összehasonlítja azokat az adatbázissal. A rendszer többi részével a kommunikáció általában UART, SPI vagy USB porton keresztül történik professzionális eszközökben.
Az optikai érzékelő előnyei
Az optikai érzékelő egyik nagy előnye az ára.Jelentősen olcsóbbak a gyártásuk, mint a kapacitív vagy ultrahangos érzékelőknél, és ezért továbbra is ezek a királyok a nagy volumenű megoldásokban: beléptető rendszerek, időzítő terminálok, bankok, elektronikus személyazonosító okmányok stb.
Emellett kiemelkednek elérhetőségükkel és technológiai érettségükkel.Évtizedek óta használják őket a bűnüldöző szervek, a szavazóregisztráció, a határellenőrzés és a bankautomaták. Könnyen telepíthetők, viszonylag sértetlenek, és gyors feldolgozási időt kínálnak.
Mobil eszközökön a képernyőn megjelenő optikai olvasó általában gyors és meglehetősen következetes. Ha az ujj száraz és tiszta. Sok felhasználó azt tapasztalja, hogy gyorsan és kevés sikertelen kísérlettel oldódik fel, különösen a jól hangolt szoftverrel rendelkező eszközökön.
Egy másik előnyük, hogy repedt képernyőn is képesek működni.Feltéve, hogy a törés nem befolyásolja kritikusan az érzékelő területét vagy a belső optikát. Más szóval, az üveget eltörő ütés nem feltétlenül jelenti az olvasó elvesztését.
Az optikai olvasó hátrányai és kockázatai
Az optikai érzékelő fő Achilles-sarka a hamisítási támadásokkal szembeni biztonsága.A felület 2D-s képe alapján sikeres támadásokat mutattak be nagy felbontású fényképek, szilikon öntőformák vagy jól kidolgozott latex segítségével.
Továbbá eléggé körültekintőek a felület és az ujjaik tisztításával kapcsolatban.Ha zsír, por, krémnyomok vagy víz van a képen, a fény nem ugyanúgy verődik vissza, és a kép veszít a kontrasztjából, ami azt jelenti, hogy az algoritmus több elutasítást (hamis negatívot) adhat.
Kihívást jelentő környezeti körülmények közöttAz olyan tényezők, mint a túlzott közvetlen napfény, a páratartalom vagy a karbantartás nélküli intenzív használat, ronthatják a rosszul karbantartott optikai érzékelő teljesítményét. Ezért a fizikai hozzáférésű olvasók rendszeres tisztítása ajánlott. Ha gyakori meghibásodásokat tapasztal, forduljon szakemberhez. Gyakori problémák az ujjlenyomat-érzékelővel Androidon.
Végül, sok mobiltelefonban a folyamat kissé lassabb lehet, mint egy jó ultrahangos tisztítóé.mert néha több képet kell készíteni, és be kell állítani a fényerőt, hogy a kapott sablon megbízható legyen.
Hogyan működik egy ultrahangos ujjlenyomat-olvasó
Az ultrahangos leolvasó fogalmi ugrást hajt végre: ahelyett, hogy látná a lábnyomot, „hallgatja” azt.Nagyfrekvenciás hanghullámokat használ az ujjad felszínének 3D-s térképének létrehozásához, beleértve a domborzatokat és a pórusokat is.
A rendszer szívében egy ultrahangos jelátalakító készlet található.Vannak, akik hangimpulzusokat bocsátanak ki, mások pedig érzékelik azokat. Amikor az ujjunkat a bőrre helyezzük, az adó mikroimpulzusokat bocsát ki, amelyek áthatolnak a bőr külső rétegén, és visszaverődnek a bőr barázdáiról és belső struktúráiról, például a irháról.
A visszhangok időzítésének és intenzitásának különbségei lehetővé teszik számunkra egy háromdimenziós modell rekonstruálását. az ujjlenyomatról, valami olyasmi, mint az ujjbegy apró „radarja”. Ez a modell sokkal gazdagabb információkat rögzít, mint egy sík fotó: a barázdák mélysége, az izzadságpórusok, a textúra stb.
A modul mikroprocesszora ezeket a visszhangokat elektromos jelekké alakítja.3D képalkotó algoritmusokat alkalmaz, és biometrikus sablont generál. Ezt a sablont titkosítva tárolja az eszköz egy biztonságos területén, és későbbi összehasonlításokhoz használja.
A nagy előnye, hogy az ultrahang jobban behatol a vékony szennyeződés-, víz- vagy zsírrétegekbe, mint a fény.Ezért elméletileg jobban felismeri az ujjlenyomatokat, még akkor is, ha az ujjunk kissé nedves vagy piszkos, ami nagy érték a csúcskategóriás mobiltelefonokban és az igényes környezetben.
Az ultrahangos érzékelők előnyei
Az első erősség a 3D-s kép pontossága és robusztussága.A térfogat mérésével, és nem csak a 2D-s vetülettel, sokkal nehezebb a támadó számára meggyőző másolatot készíteni az ujjlenyomatodról, még 3D nyomtatással vagy fejlett formákkal is.
Ez az információgazdagság biztonságosabbá teszi az ultrahangos szkennereket. HD fotókat vagy latexet használó támadások ellen. Továbbá számos modul tartalmaz élő ujjlenyomat-érzékelési technikákat, amelyek olyan jellemzőket elemeznek, mint a pulzusválasz, a nyomás mikrováltozásai vagy az izzadás jelei.
Egy másik egyértelmű előny a kevésbé tökéletes valós körülményekkel szembeni tolerancia.Nedves, enyhén zsíros vagy enyhén piszkos ujjakkal is viszonylag jól működnek, és kevésbé érzékenyek a környezeti fényre. A felhasználó számára ez azt jelenti, hogy kevesebbszer kell újrapróbálkozni.
Mobil eszközökben az ultrahangos olvasók az üveg alá integrálhatók anélkül, hogy annyira meg kellene világítaniuk.Ez nagyobb tervezési szabadságot biztosít, javítja az esztétikát (fizikai gombok nélkül), és bizonyos modellekben növelheti az aktív olvasási területet.
Az ultrahangos készülékek hátrányai és korlátai
Mindez árat jelent: az ultrahangos modulok gyártása drágább.Több alkatrész, összetettebb feldolgozás és szigorúbb integrációs követelmények emelik az árat, ezért általában a közép-, felső- és felsőkategóriás készülékekre vannak fenntartva.
Az energiafogyasztás is valamivel magasabbMivel ezeket az ultrahangimpulzusokat elő kell állítani és fel kell dolgozni. Egy modern okostelefonban ez nem jelent komoly problémát, de a kis vagy nagyon alacsony fogyasztású eszközökben érdemes odafigyelni rá.
A gyakorlatban a felhasználói élmény nem mindig egyezik az elmélettelEgyes felhasználók több olvasási hibáról számolnak be bizonyos modelleknél (például néhány csúcskategóriás Samsung Galaxy S telefonnál), mint más gyártók, például a Google Pixel optikai olvasóinál, odáig menően, hogy az érzékelővel való elégedetlenségük miatt eladják az eszközt. Ha az ujjlenyomat-olvasó gyakran hibázik, vannak útmutatók, például A Xiaomi telefonom nem ismeri fel az ujjlenyomatomat. ami segíthet a beállításban és a kalibrálásban.
További hátránya az érzékenysége a közvetlenül az érzékelő területe feletti repedésekre vagy hibákra.Ha a képernyő megreped az ultrahangos modul helyén, az súlyosan befolyásolhatja a hullámok terjedését, és a felismerés romlik, vagy egyszerűen leáll.
Végül, bizonyos képernyővédő fóliák zavarhatják az ultrahangot.A gyártók általában közzéteszik a kompatibilis képernyővédők listáját; ezek figyelmen kívül hagyása a pontosság észrevehető romlásához vezethet.
Kapacitív és hőérzékelők: a biometrikus világ további szereplői
Bár a médiavita az optikai és az ultrahangos érzékelők között folyik, nem feledkezhetünk meg a kapacitív és a hőérzékelőkről sem.amelyeknek még mindig nagy súllyal van latban a laptopok, a magas biztonságú hozzáférési rendszerek és a speciális eszközök.
Hogyan működik egy kapacitív ujjlenyomat-érzékelő
A kapacitív érzékelő nem fényt vagy hangot használ, hanem statikus elektromosságot.Apró kondenzátorok (pixelek) tömbjéből áll, amelyek félvezető anyagból, például szilíciumból készülnek.
Amikor az ujját a szenzorra helyezi, a bordák közelebb érnek az érzékelő felületéhez. hogy a völgyek, módosítva az egyes pixelek kapacitását. Az olvasó áramkör méri ezeket a változásokat, és a lábnyom domborzatának digitális képévé alakítja.
Egy vezérlő hat erre a mátrixra, kiszűri a zajt, javítja a képet és kinyeri a jellemzőket.Ezután összehasonlítja a létrehozott sablont a tárolt sablonokkal egy összehasonlító egység segítségével, amely kiszámítja a hasonlósági pontszámot.
Ezek az érzékelők azért váltak nagyon népszerűvé, mert kompaktak, gyorsak és meglehetősen pontosak.Ez ideálissá teszi őket gombokba, laptopkeretekbe, bankkártyákba vagy mPOS terminálokba való integráláshoz.
A kapacitív olvasó előnyei és hátrányai
Előnyei közé tartozik a nagy pontosság, az alacsony energiafogyasztás és a kis méret.Támogatják mind az érintés-, mind a húzásérzékelést, és alkalmasnak tekinthetők a magas biztonsági szintű alkalmazásokhoz.
Azonban számos gyenge pontjuk vanÉrzékenyek az elektrosztatikus kisülésre (ESD), a túlzottan száraz vagy hegesedett ujjak nagymértékben ronthatják a leolvasást, és az előállítási költségük magasabb, mint az egyszerű optikai érzékelőké.
Mit kínál egy termikus ujjlenyomat-érzékelő?
A hőérzékelő más kategória: hőmérsékletet mér.Egy szilícium mátrixba integrált piroelektromos anyag segítségével érzékeli a bőr bordái és a völgyekben maradó levegő közötti hőkülönbséget.
Amikor ráhelyezed az ujjad, a tömbben lévő tranzisztorok a fűtéssel és hűtéssel arányos elektromos töltést generálnak., és a mikroprocesszor egy digitális sablont hoz létre ebből a hőmintából.
Fő előnye, hogy a hőkamerás képalkotást nagyon nehéz hamisítani. Nedves vagy száraz körülmények között is működhet, így rendkívül biztonságos. Rendkívül érzékeny beléptetőrendszerekben, bankokban, járművekben és bűnüldöző eszközökben használják.
Hátrányuk, hogy drágák és több karbantartást igényelnek.Érzékenyek a környezeti hőmérséklet szélsőséges változásaira, és a feldolgozási idő valamivel hosszabb lehet, mint az optikai vagy kapacitív érzékelőknél.
Ultrahangos vs. optikai: Pontról pontra összehasonlítás
Ha arra koncentrálunk, hogy mi érdekli a mobilfelhasználót, a legfontosabb összehasonlítás a képernyőbe épített optikai érzékelő és az ultrahangos olvasó között történik.Mindkettő az eszköz feloldására és a fizetések engedélyezésére szolgál, de eltérő erősségűek.
A képalkotó technológiában az optika fény segítségével 2D képet készít. Az ultrahangos érzékelő hanghullámok segítségével generál egy 3D-s modellt. Ez a különbség nagyobb információmennyiséget jelent az ultrahangos érzékelő számára.
A tiszta biztonság szempontjából az ultrahangos technológia előnyben van.A háromdimenziós képalkotás és az élő ujjlenyomat-észlelés képessége jelentősen bonyolítja a fényképek, öntőformák és hamisítási technikák használatát. Az optikai ujjlenyomatok ezzel szemben sebezhetőnek bizonyultak a nyomtatott ujjlenyomatokat vagy jól előkészített anyagokat, például latexet használó támadásokkal szemben.
A pontosság és a hibaszázalék tekintetében az ultrahangos képalkotás jellemzően kevesebb téves pozitív eredményt ad. és a valódi és a hamis kísérletek jobb megkülönböztetése. A megvalósítástól függően azonban valamivel magasabb lehet a téves elutasítási arány, ha a szoftver nincs optimalizálva.
A mindennapi használat során az optikusok nagyon jó eredményeket adnak tiszta, száraz ujjakkalBár az ultrahangos szkenner jobban kezeli a nedves vagy enyhén piszkos ujjakat, a tényleges élmény modellenként változó: egyes felhasználók dicsérik az ultrahangos szkennert, míg másoknak több problémájuk akadt, mint az optikai szkennerekkel.
A sebesség tekintetében a különbségek csökkentek.Sok modern ultrahangos szkenner szinte azonnal hitelesít, de egyes jól kalibrált optikai érzékelők is nagy sebességgel feloldják a zárolást. A különbségek inkább a finomhangolásban rejlenek, mint magában a technológiában.
A külső tényezőket tekintve az ultrahangos technológia kevésbé érzékeny a környezeti fényre.Az optikai tisztítást befolyásolhatják a tükröződések vagy az üvegen lévő túlzott szennyeződés. Az ultrahangos tisztítás ezzel szemben érzékenyebb a repedésekre és bizonyos képernyővédő fóliákra.
Fizikai integráció esetén mindkettő a képernyő alá kerülhet.Az ultrahangos érzékelők azonban népszerűvé váltak a csúcskategóriás eszközökben (például a Samsung Galaxy S10 sorozatban és a későbbi modellekben), míg az optikai érzékelők a középkategóriás telefonokban dominálnak alacsonyabb áruk miatt. A Samsung például egyes modellekben az ultrahangos érzékelőt kényelmesebb helyre helyezi, mint az optikai érzékelőt, ami szintén befolyásolja az érzékelt ergonómiát.
Az egyes érzékelőtípusok valós alkalmazásai
Az optikai érzékelők továbbra is az előnyben részesített opciót jelentik, ha a mennyiséget és az alacsony költségeket keresik.: személyazonosító okmányok, szavazóregisztrációk, jelenlét-ellenőrző rendszerek, határellenőrzés, ATM-ek, alapvető otthoni biztonsági rendszerek stb.
A kapacitív érzékelők dominálnak a laptopokban, táblagépekben és gombolvasós okostelefonokban., fizetési terminálok és rendszerek, ahol a pontosság, a kis méret és az alacsony energiafogyasztás közötti egyensúlyra van szükség.
Az ultrahangos érzékelők egyre elterjedtebbek a csúcskategóriás mobiltelefonokban. feloldáshoz és mobilfizetéshez, valamint olyan megoldásokban, ahol a biztonság és a nedves vagy piszkos ujjakkal szembeni ellenállás kritikus fontosságú. A Qualcomm például olyan kijelzőbe épített modulokat fejlesztett ki, amelyeket számos csúcskészülékben használnak.
A hőszkennereket olyan piaci résekben alkalmazzák, ahol a hamisításnak rendkívül nehéznek kell lennie.: magas biztonságú beléptető rendszerek, bejelentkezési rendszerek érzékeny professzionális berendezéseken, csúcskategóriás járműbejáratok vagy bűnüldözési alkalmazások.
Adatvédelem, biztonság és biometrikus adatok kezelése
Ez a technológiai fejlesztés értelmetlen lenne, ha nem védene valami alapvető dolgot: a magánéletedet.A biometrikus adatok rendkívül érzékenyek; a jelszóval ellentétben az ujjlenyomat nem módosítható, ha valaki ellopja.
A modern rendszerek (mind az optikai, mind az ultrahangos) magán az eszközön tárolják az ujjlenyomat-sablont.Ez a sablon jellemzően egy biztonságos, hardveralapú enklávéban tárolódik, az operációs rendszertől elkülönítve. Titkosítva van, és általában nem küldik külső szerverekre.
A szkenner soha nem menti el az ujjadról készült fotót eredeti formájában.hanem inkább egy numerikus adathalmaz, amely a jellemző pontokat írja le. Ezzel a sablonnal a készülék csak azt tudja ellenőrizni, hogy az imént beolvasott minta kellően hasonlít-e a tárolt mintához.
A gyártók erős titkosítást és szigorú hozzáférési szabályokat alkalmaznak ezekre az információkra.minimalizálva azokat a csatornákat, amelyeken keresztül az adatok elhagyhatják a biztonságos enklávét. Ennek ellenére továbbra is kulcsfontosságú olyan márkák eszközeit választani, amelyek átláthatóságot és gyakori biztonsági frissítéseket kínálnak.
További rétegeket adnak hozzá vállalati vagy kormányzati környezetekben., mint például a többtényezős hitelesítés (ujjlenyomat + PIN-kód + kártya), a hozzáférés-ellenőrzés és bizonyos esetekben a sablonok anonimizálása, hogy megakadályozzák azok közvetlen összekapcsolását egy személyazonossággal előzetes ellenőrzések nélkül.
Jelenlegi kihívások és merre tart az ujjlenyomat-felismerés?
Sem az optikai, sem az ultrahangos érzékelő nem tökéletes.Mindkettő kihívásokkal néz szembe: költségek, energiafogyasztás, téves riasztások, az egyre vékonyabb képernyőkkel való integráció és mindenekelőtt az egyre kifinomultabb támadások.
Az ultrahangos technológia terén a kihívások közé tartozik a technológia olcsóbbá tétele.a rögzítési sebesség további javítása, az energiafogyasztás csökkentése, valamint a képernyővédő fóliákkal és repedésekkel kapcsolatos problémák minimalizálása érdekében.
Az optikai világban folyik a verseny a hamisítás elleni védelem megerősítéséért.Olyan algoritmusok beépítése, amelyek jobban felismerik a hamis ujjlenyomatokat, és a költségek növelése nélkül fenntartják a jó teljesítményt.
A jövő a multimodális biometrikus megoldások felé mutatahol az ujjlenyomat-leolvasást arc-, írisz- vagy más felismerési tényezőkkel kombinálják, az olvasók közvetlenül a képernyő több területére integrálva vagy akár érintésmentesen is, ami különösen vonzó a nagy forgalmú környezetben. Valójában, Az Android 12 DP2 egy új, kijelzőbe épített szkennerrel szerelt Pixel telefonra utal, ami az integrációs trendet mutatja.
Magában az eszközben is több mesterséges intelligencia jelenlétét fogjuk látni., a sablonok finomítása használat közben, a hibák csökkentése és a gyanús támadási minták észlelése anélkül, hogy adatokat kellene küldeni a felhőbe.
Mind az optikai, mind az ultrahangos érzékelők hosszú ideig együtt fognak működni.Az elsőt megfizethető és a legtöbb felhasználó számára megfelelő opcióként, a másodikat pedig biztonsági és sokoldalúsági szempontból a csúcskategóriás és kritikus környezetekben, ahol a biometrikus adatok kulcsfontosságú elemként jelennek meg adataink és digitális mindennapjaink védelmében.
