Что представляет собой отпечаток и как обмануть сканер отпечатков пальцев? По сути, отпечаток — это папиллярные узоры на коже. То есть выступы и углубления, которые складываются в определенный узор. У каждого человека они свои, индивидуальные.

Формирование папиллярных узоров

Формирование таких узоров происходит примерно на 12 неделе плода. В это же время формируется и нервная система. На узор оказывает влияние множество факторов. Это и положение плода в утробе матери, и генетический код, и состояние окружающей среды, и рацион питания матери, а также многое другое.

Узор способен восстанавливаться при небольших повреждениях эпидермиса. В данной статье мы рассмотрим, можно ли и как обмануть сканер отпечатков пальцев, а также каким образом он работает у современных телефонов.

Определение личности человека по отпечатку его пальцев является одним из наиболее надежных способов идентификации. К более точным методам можно отнести лишь анализ ДНК и сканирование сетчатки глаза.

Как работает сканер отпечатков

Сканер отпечатков пальцев должен выполнить два действия:

1. Получить изображение узора
2. Проверить, совпадает ли он с отпечатками, находящимися в базе данных.

Сканирование

Смартфоны в настоящее время снабжены оптическими сканерами. Принцип их работы похож на работу цифрового фотоаппарата. Матрица светодиодов освещает сам узор, а микросхема из светочувствительных светодиодов делает в это время снимок.

В то время, когда на светодиод попадает свет, он производит электрический заряд. Таким образом, формируется пиксель на будущем снимке узора. Цвет пикселя варьирует в зависимости от того, какое количество света попало.

Пиксели разной интенсивности и формируют узор. Прежде чем соотнести отпечаток с базой данных, сканер проверяет яркость и четкость снимка. При неудовлетворительных результатах весь процесс получения изображения повторяется.

Анализ отпечатка

Полученное изображение подвергается анализу программного обеспечения. Распознавание происходит при помощи сложных алгоритмов.

Можно разделить все узоры на три основных типа:

• дуговые,
• петлевые
• завитковые.

После того, как тип узора определен, сканер ищет минуции. Это места, где заканчивается линия узора. К примеру, происходит разрыв или раздвоение линии. В минуциях и заключается вся уникальность отпечатка пальцев. Сканер распознает, как располагаются минуции по отношению друг к другу. Для этого весь рисунок делится на небольшие зоны. Каждый участок включает определенное число минуций. Данные об их расположении записываются.

Аналогичные зоны исследуемого отпечатка и базы данных подвергаются анализу. Если узоры одинаковые – владельцем отпечатков пальцев является один и тот же человек. Сканер не занимается сопоставлением абсолютно всех линий узора. Он лишь ищет похожие закономерности в блоках и на основании этих данных делает выводы.

Виды сканеров отпечатка пальца

Оптические сканеры бывают двух видов:

• Сканеры Apple (iPhone 5s и далее) делают снимок пальца в то время, когда он прикасается к экрану телефона.
• Другой тип сканера делает сразу несколько изображений, пока вы проводите пальцем по экрану. Такой сканер использовался в смартфонах Самсунг Галакси S5. Позже сканер заменили на первый тип. Он удобнее, но при этом дороже, поскольку надо использовать большую матрицу.

Все сканеры подобного плана имеют один минус: царапины и загрязнения могут вывести его из строя.

Наверняка, у многих когда-либо возникал вопрос, как обмануть сканер отпечатков пальцев и вообще возможно ли это? Ответ утвердительный. Разумеется, в компании понимают сейчас и понимали раньше при создании подобного функционала телефона, что любую биометрическую систему можно обмануть.

Достаточно сделать слепок фаланги пальца и прикоснуться им к сканеру. К тому же владельца телефона можно заставить приложить его палец к устройству.

Компания Apple продумала некоторые меры безопасности для таких случаев. Но всё же способ имеет право на существование. Айфоны старых моделей можно обмануть, просто распечатав снимок пальца с большим разрешением.

Как видите, есть несколько способов, как обмануть сканер отпечатков пальцев. Причем,если в айфонах это сделать затруднительно, то в смартфонах с ОС Андроид дело обстоит намного проще.

Первым смартфоном, который получил сканер отпечатков пальцев, стал iPhone 5S. Спустя определенное время подобную функцию начали использовать и другие производители в устройствах средней ценовой категории. На данный момент сканер уже можно встретить даже в бюджетных вариантах. В статье рассмотрим наиболее интересные телефоны с описываемой функцией.

Что можно сказать о внешнем виде данной модели? Этот телефон выглядит так же, как и предыдущая модификация - iPhone 6s. Разница между ними в том, что «старшая» модель имеет большие габариты. Два телефона идентичны, если рассматривать их вместе. Покупатели не называют это недостатком. В целом у производителя всегда удавался хороший и играющий интересными нотками дизайн, который радует владельцев несколько лет.

Из-за рамок возле дисплея телефон кажется несерьезным, особенно сильно они выделяются в белом цвете на передней части. Этим данная деталь отличается от оформления экрана на iPhone 5S. Вес приспособления стал заметно больше, чем был ранее. Габариты увеличены немного (толщина на 0,2 см, ширина - 0,1 см), а вес - на 20 грамм. Общая масса устройства составила 192 г. Разница вроде бы несущественная, но при использовании смартфона сильно чувствуется. Но в целом эксплуатация вполне комфортная и удобная. Владельцы iPhone 6S Plus этот фактор минусом не считают.

Компания чересчур озабочена тем, что хочет увеличить габариты телефона, поэтому эргономичность пострадала. Иногда неудобно пользоваться боковыми клавишами - они слишком высоко. И если еще кнопка блокировки используется не сильно часто, то из-за постоянного нажатия на «качели» громкости, до которых трудно дотянуться, у человека портится впечатление о смартфоне. Подобная проблема была и при работе с экраном iPhone 5S.

Корпус сделан из качественных материалов. Боковые панели и тыльная часть созданы из алюминия. На экране находится специальное Сборка на высшем уровне, к ней нет никаких претензий.

Samsung Galaxy S7 Edge

Внешний вид данного смартфона со сканером отпечатка пальца был создан на базе телефонов S6 Edge и S6 Edge+. Однако компании удалось совместить все идеи таким образом, чтобы дизайн не повторялся и имел какие-то различия - свои особенности. На лицевой части можно заметить, что загиб виднеется не только сбоку, но еще сверху и снизу.

С этим же южнокорейский производитель смог поднять уровень сборки телефона. Были применены новые технологии. Между рамкой из металла и стекла практически нет зазора. Может показаться, что последний материал перетекает и дополняется прочной вставкой. За счет такого панель намного лучше выглядит, она более аккуратная.

Тыльная поверхность телефона с отпечатком пальца сделана тоже из стекла. По бокам оно загибается. Подобное решение уже встречалось в приспособлении Galaxy Note 5. В этой же модели оно намного лучше проявило себя.

Итак, в чем же заключается новое оформление данного телефона? Производитель использовал свои старые наработки, сделал их мощнее и использовал их все вместе в одном устройстве. Смартфон действительно отлично выглядит, привлекает взор, не надоедает, и эксплуатировать его одно удовольствие.

Корпус имеет скругленные грани, поэтому они неострые. Однако телефон от такого решения хуже не стал. Металл шероховатый, соответственно держать приспособление в руке намного проще. Стекло назвать цепким сложно. Оно хоть и покрыто олеофобным материалом, однако легко собираются отпечатки пальцев. Чтобы удалить их с поверхности, достаточно протереть маленькой тряпочкой.

Размер гаджета - 15 × 7,2 × 0,7 см. Весит прибор - 157 г. Он намного меньше, чем многие другие 5,5-дюймовые приспособления. Экран занимает всего лишь 80 % поверхности телефона. Из-за того, что дисплей изогнутый, может показаться, будто рамки отсутствуют. Имеется выступ, необходимый для защиты экрана.

Данный смартфон несильно отличился от предыдущих вариантов - в нем также установлен сканер отпечатков пальцев. Он находится в клавише «Домой». Не заметить ее сложно, так как расположилась она под экраном. Кнопка крупная, на нее легко нажимать. Сканер работает превосходно - отклик моментальный. Срабатывает он даже при касании влажным пальцем - прибор водонепроницаемый.

Описываемый далее телефон мало чем отличается от модели Redmi Note 3. Данная модификация также продается в нескольких цветовых вариантах. Корпус не разбирается. На верхней и нижней частях имеются вставки из пластика. От металла по внешнему виду их отличить сложно. Нужны они для того, чтобы хорошо функционировали антенны.

Сверху телефона с отпечатком пальца можно заметить разъем для работы с наушниками. Тут же расположился микрофон и инфракрасный порт. На нижней панели локализуется разъем для присоединения «микро-USB». Рядом с ним находится основной микрофон. Слева встроен слот, который нужен для подключения карточки сотового оператора, справа - клавиши включения/выключения телефона и регулировки громкости. Кнопки являются сенсорными, они находятся на основной панели и не занимают много места на ней.

На задней части можно заметить основную матрицу, тут же есть вспышка и встроен сканер отпечатков пальцев. Ни один из перечисленных деталей не выступает за корпус смартфона Xiaomi Redmi Note 3 Pro.

Панель не разбирается, поэтому телефон создает монолитное ощущение. Люфт и скрипы не могут присутствовать, ведь попасть внутрь устройства невозможно, а соответственно, заметить какие-то недостатки сложно. Эргономика телефона обычная. Пользоваться им удобно. Глянцевые элементы отсутствуют, приспособление гладкое. В ладони лежит отлично, не скользит и не врезается в нее.

Данная модель, как уже понятно, имеет сканер. Он работает прекрасно, распознает быстро - этот процесс занимает не больше 0,5 сек. Иногда может не срабатывать, но, как правило, дело в том, что человек неправильно приложил палец. Данный недостаток некритичен.

Meizu M3 Note

Данный производитель взял в правило подражать Apple, соответственно потенциальные покупатели уже давно этому не удивляются. Однако телефон, о котором пойдет речь далее, был создан под вдохновением сразу нескольких «шедевров». Если взглянуть на приспособление, а точнее, на его лицевую часть, то оно будет напоминать 6S+ от американского «яблока». Задняя же панель схожа с китайским Xiaomi, о котором мы рассказали выше. Это устройство нередко называют хорошим телефоном с отпечатком пальца.

Дисплей имеет размер 5,5 дюймов. На лицевой части можно заметить динамик, фронтальную камеру, датчики, а также клавишу со встроенным сканером отпечатков пальцев, индикатор уведомлений. Все это расположено максимально удобно. Сканер, а точнее, его кнопка, имеет обрамление из металла. В корпус она утоплена. Данный сенсор работает прекрасно. Он быстро распознает отпечатки, позволят не только разблокировать экран, но и защитить информацию. Сама кнопка также выполняет функцию «Домой» или «Назад». Эта функциональная часть понравится всем пользователям гаджета, которые привыкли к небольшому экрану и постоянным промахам по элементам интерфейса.

Справа у телефона с отпечатком пальца можно заметить клавиши. Они механического типа. Сильно выпирают из корпуса, ход максимальный. Претензии к смартфону небольшие - тем, кто привык к "качели" громкости, расположенной с левой стороны, придется переучиться. Многих поначалу раздражает, что при звонке путаешься, как убавить или прибавить звук. Снизу на устройстве расположились динамик и микрофон. Также имеются винтики, соединяющие панель устройства (вписались в дизайн на отлично), и разъем для работы со шнуром типа USB. Лот с сим-картами «нано» находится слева. Если нет второго мобильного номера, то вместо него можно установить внешний накопитель в порт.

Задняя часть этого смартфона со сканером отпечатка пальца обтекаемая. Многим кажется, что телефон весь сделан из алюминия, но это мнение ошибочно. Для того чтобы антенны работали без сбоев, наверху и внизу находятся пластиковые вставки. Они имеют цвет металла и матовый внешний вид. Маскировка рушится только тогда, когда человек прикасается к поверхности - нет специфического холодка, который характерен для прочного материала. Вся остальная часть приспособления сделана из алюминия.

Сверху находится модуль камеры со вспышкой, тут же можно найти логотип компании. Аппарат в руке лежит отлично. Он не кажется толстым, хоть и его ширина составляет 0,8 см. Весит прибор 163 грамма. Батарея получила мощность 4100 мАч. В продаже имеется несколько различных расцветок - сочетания золотого, белого и серебристого, а также темно-серого, черного и белого.

OnePlus 3

Предыдущие версии OnePlus сильно выделяются на фоне конкурентов. Они имеют отличительный внешний вид, особенно если разбирать серые модификации. У них шероховатая поверхность. Но после того как вышло второе поколение телефона, разработчики поняли, что пора менять оформление. OnePlus 3 получил не особо замысловатый дизайн, однако не менее интересный. Смартфон немного кажется похожим на Huawei и Meizu. Но о полном копировании оформления речь не идет.

Изменение основных аспектов внешнего вида телефона с отпечатком пальца пошло на пользу и компании, и самой модели. Корпус тонкий, грани скругленные. Благодаря этому устройство прекрасно лежит в руках. Продается два цветовых варианта: серый с черной передней частью и золотой с белой.

Детали телефона

Производитель уделил много внимания деталям. Все клавиши удобные, имеют прекрасный ход, сборка качественная. Установлен слот для сим-карт. Они должны быть типа «нано». Вставлен порт в корпус отлично. Разъемы и динамик находятся снизу.

Под экраном можно заметить сразу три клавиши. Они сенсорного типа. Центральная, как и полагается, имеет небольшое углубление. Этот прибор поддерживает блокировку телефона отпечатком пальца. Сканер в средней кнопке. Боковые клавиши имеют подсветку. Она работает во время нажатия на них, через пару секунд отключается.

Если человеку хочется пользоваться наэкранными клавишами и ему они нравятся больше, то можно в настройках активировать их. Тут же разрешается менять порядок. Над экраном находятся датчики вместе со специальным индикатором. Он переключает свой цвет в зависимости от выбранной настройки.

Elephone S3

Дизайн этого недорогого телефона с отпечатком пальца имеет свои особенности. Устройство узнаваемое, представлено в различных ценовых вариантах: черном, розовом, белом. Корпус тонкий: 0,8 см. Сделан из цельного металла. Сам корпус имеет изогнутую форму, углы скругленные, а фаска из хрома. Весит немного, всего 145 г. Соотношение экрана и корпуса - 5,2 дюйма. Из-за этого устройство кажется удобным. Прекрасно помещается в ладони, не выскальзывает. Можно с легкостью управлять одной рукой. Своей удачной эргономикой напоминает шестой айфон. Однако экран здесь немного больше.

На передней панели находится защитное стекло, можно заметить скругленную кромку. Сенсорные кнопки отдельного типа не используются. Встроены наэкранные - их легко скрыть обычным свайпом вниз.

Рамка экрана по бокам отсутствует. Точнее, она присутствует, однако ее ширина (менее одного миллиметра), позволяет говорить, что ее нет. Стекло 2.5D создает эффект скругленного дисплея. Экран на самом деле плоского типа, и это добавляет преимуществ. Благодаря такому можно с максимальным удобством использовать боковые клавиши.

На верхней панели находится динамик, фронтальная камера и два датчика. Индикатора уведомлений нет. Телефон имеет все нужные порты, выходы и слоты. На верхней части можно заметить разъем «мини-джек», слот для внешнего накопителя и одной сим-карты либо же для двух абонентских номеров. Съемное хранилище не должно превышать объем 128 Гб. Внизу телефона находится громкий динамик, микрофон и порт для подключения USB-шнура.

Тыльная сторона получила камеру, подсветку и сенсор отпечатков пальцев. Тут же расположилось небольшое отверстие, однако производитель не уточняет, что это. Покупатели предполагают, что это шумоподавляющий микрофон.

Если говорить о дизайне, то следует сказать и о сборке. Она имеет хорошее качество. Производитель не пожалел средств на создание конструкции из цельного металла. Корпус на ощупь приятен. Также он довольно прочный, поэтому может сохранять внешний вид в идеальном состоянии длительно время.

Ulefone Power

Продолжая обзор телефонов со сканером отпечатка пальца, следует сказать о Ulefone Power. Прибор весит 200 грамм и это первое, на что люди обращают внимание, беря его в руки. По остальным факторам все стандартно, хотя ширина немного больше обычной - 0,9 см.

Тем людям, кто уже ранее работал с крупными телефонами, данный не покажется каким-то неудобным. А вот обычным пользователям, чьи гаджеты имеют диагональ экрана до 5 дюймов, первое время придется привыкать. Продается устройство в нескольких цветовых вариантах: белый, темно-синий и светлый с матовой панелью. Два из них (первая и вторая версии) имеют глянцевую заднюю часть, сделана она из пластика, который покрыли лаком. Отпечатки пальцев остаются, но их трудно заметить.

На верхней тыльной части телефона находится основная камера, вспышка и дактилоскопический сканер. Он работает отлично. Установлен максимально удобно, имеет углубление в корпусе. Иногда ошибается, однако особо ничего критичного. Но если сравнивать с вышеописанной моделью Xiaomi, то скорость функционала меньше. В настройках можно поработать с калибровкой.

Каркас имеет грани из алюминия. На нем установлены все основные компоненты, необходимые для удобной работы с интернетом. Если телефон упадет на угол корпуса, то экран не пострадает.

Настройка сканера

Большая часть смартфонов имеет аналогичный способ настройки сканера, отличия лишь в интерфейсе. Поэтому рассмотрим универсальную технологию, чтобы ответить на вопрос пользователей: как установить отпечаток пальца на телефон. Для начала нужно зайти в общие настройки прибора, а далее следовать нижеописанным шагам.

Инструкция

Следует зайти в меню, которое отвечает за изменения опций сканера. Скорее всего, оно называется «Экран блокировки». Там будет подпункт, вмещаются в себя функции дактилоскопического сканера. Теперь следует нажать на «Управление отпечатками». Если телефон не имеет альтернативного способа разблокировки (пин-код, пароль или графический), то система автоматически предложит его настроить. Это обязательно.

После установки откроется меню, где описана инструкция. «Операционка» попросит «отсканировать» палец под разными углами несколько раз. Как только система полностью запомнит отпечаток, сразу же его сохранит и уведомит об успешном процессе. На этом настройка закончена. Теперь любой пользователь может ответить на вопрос о том, как работает отпечаток пальца на телефоне и как его установить.

30 марта 2011 в 04:01

Сканеры отпечатков пальцев. Классификация и способы реализации

• Компьютерное железо

Около года назад во время написания курсовой работы мне пришлось вплотную столкнуться со сканерами отпечатков пальцев. Отчетливо помню, как меня неприятно удивило их многообразие – еще бы, ведь для каждого мне надо было искать каналы утечки информации и писать методику их оценки. И все же факт остается фактом – в настоящее время существуют принципиально разные способы получения отпечатков пальцев с разной степенью надежности и эффективности.

О сканировании

Чуть больше года назад на Хабре поднимался вопрос биометрической идентификации, поэтому общую информацию я дам вкратце. Физиологически отпечаток пальца представляет собой так называемый паппилярный узор - конфигурацию выступов (гребней), содержащих индивидуальные поры, разделенные впадинами. Под кожей пальца расположена сеть кровеносных сосудов. Также отпечаток пальца связан с определенными электрическими и тепловыми характеристиками кожи. Это означает, что для получения изображения отпечатка пальца может использоваться свет, тепло или электрическая емкость (а также их комбинация). Отпечаток пальца формируется во время развития плода и не изменяется на протяжении всей жизни человека, кроме того, при повреждении через некоторое время он восстанавливает свою первоначальную структуру. Даже однояйцовые близнецы не имеют идентичных отпечатков пальцев. По показателям надежности сканирование отпечатков уступает только анализу ДНК, а также сканированию радужной оболочки или сетчатки глаза.

Все существующие сканеры отпечатков пальцев можно разделить на три группы: оптические, полупроводниковые и ультразвуковые. К тому же в каждом методе существует несколько способов реализации.

Оптические сканеры

Оптические сканеры - основаны на использовании оптических методов получения изображения. Существует несколько основных способов реализации оптического метода:

Оптический метод на отражение

В данном методе используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frusted Total Internal Reflection). Эффект заключается в том, что при падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части - одна отражается от границы, другая проникает через границу во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения светового потока. Начиная с некоторой величины данного угла, вся световая энергия отражается от границы раздела.

Это явление называется полным внутренним отражением. В случае контакта более плотной оптической среды (поверхности пальца) с менее плотной в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся лишь пучки света, попавшие в определенные точки полного внутреннего отражения, к которым не был приложен папиллярный узор пальца. Для захвата полученной световой картинки поверхности пальца используется специальный датчик изображения (КМОП или ПЗС, в зависимости от реализации сканера).

Недостатки метода:

Чувствительность к загрязнениям

Ведущими производителями подобных сканеров являются компании BioLink, Digital Persona, Identix.

Оптический метод на просвет

Сканеры данного типа представляют собой оптоволоконную матрицу, в которой все волноводы на выходе соединены с фотодатчиками.

Чувствительность каждого датчика позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке соприкосновения пальца с поверхностью матрицы. Изображение всего отпечатка формируется по данным, считываемым с каждого фотодатчика.

У данного метода гораздо больше плюсов:
Высокая надежность считывания
Устойчивость к обману

Однако у данного метода имеется также существенный недостаток – сложность его реализации:

Данный тип сканеров выпускается компанией Security First Corp.

Оптические бесконтактные сканеры

В Оптических бесконтактных сканерах (touchless scanners), вы не поверите, не требуется непосредственного контакта пальца с поверхностью сканирующего устройства. Палец прикладывается к отверстию в сканере, несколько источников света подсвечивают его снизу с разных сторон, в центре сканера находится линза, через которую, собранная информация проецируется на КМОП-камеру, преобразующую полученные данные в изображение отпечатка пальца.

Ведущий производитель сканеров данного типа Touchless Sensor Technology.
(Про достоинства/недостатки почему-то ничего нет)

Полупроводниковые сканеры

В основе полупроводниковых сканеров лежит использование для получения изображения поверхности пальца свойств полупроводников, изменяющихся в местах контакта гребней папиллярного узора с поверхностью сканера.

Емкостные сканеры

Емкостные сканеры (Сapacitive Scanners) являются сегодня наиболее распространенными полупроводниковыми устройствами для получения изображения отпечатка пальца. Их работа основана на эффекте изменения емкости p-n-перехода полупроводника при соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы. Существуют модификации емкостных сканеров, в которых каждый полупроводниковый элемент в матрице выступает в роли одной пластины конденсатора, а палец - в роли другой. При приложении пальца к датчику между каждым чувствительным элементом и выступом-впадиной папиллярного узора образуется емкость, величина которой определяется расстоянием между рельефной поверхностью пальца и элементом. Матрица этих емкостей преобразуется в изображение отпечатка пальца.

Достоинствами вследствие его популярности является:
Низкая себестоимость
Надежность

Недостатки:
Неэффективная защита от муляжей

Ведущими производителями сканеров данного типа являются компании Infineon, STMicroelectronics, Veridicom.

Радиочастотные сканеры

В радиочастотных сканерах (RF-Field Scanners) используется матрица элементов, каждый из которых работает как миниатюрная антенна. Радиочастотный модуль генерирует сигнал низкой интенсивности и направляет его на сканируемую поверхность пальца. Каждый из чувствительных элементов матрицы принимает отраженный от папиллярного узора сигнал. Величина наведенной в каждой миниатюрной антенне ЭДС зависит от наличия или отсутствия вблизи нее гребня папиллярного узора. Полученная таким образом матрица напряжений преобразуется в цифровое изображение отпечатка пальца.

Достоинства:
Поскольку анализируются физиологические свойства кожи, вероятность обмана данного сканера стремится к нулю

Недостатки:
Неустойчивая работа при плохом контакте пальца

Известным производителем радиочастотных сканеров является компания Authentec.

Сканеры, использующие метод давления

Чувствительные к давлению сканеры (Pressure Scanners) в своей конструкции используют матрицу пьезоэлектрических элементов, чувствительных к нажатию. При прикладывании пальца к сканирующей поверхности гребешковые выступы папиллярного узора оказывают давление на некоторое подмножество элементов матрицы. Впадины кожного узора никакого давления не оказывают. Таким образом, совокупность полученных с пьезоэлектрических элементов напряжений преобразуется в изображение отпечатка пальца.

Данный метод имеет ряд недостатков:
низкая чувствительность
неэффективная защита от муляжей
подверженность к повреждениям при чрезмерно прилагаемых усилиях

Чувствительные к давлению сканеры выпускает компания BMF.

Термосканеры

Термосканеры (Thermal Scanners) - в таких устройствах используются датчики, которые состоят из пироэлектрических элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение.
При прикладывании пальца к сканеру по температуре прикасающихся к пироэлектрическим элементам выступов папиллярного узора и температуре воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца, которая в дальнейшем преобразуется в цифровое изображение.

Температурный метод имеет множество преимуществ:
 высокая устойчивость к электростатическому разряду
устойчивая работа в широком температурном диапазоне
эффективная защита от муляжей.

К недостаткам данного метода можно отнести то, что изображение быстро исчезает. При прикладывании пальца в первый момент разница температур значительна и уровень сигнала, соответственно, высок. По истечении короткого времени (менее одной десятой доли секунды) изображение исчезает, поскольку палец и датчик приходят к температурному равновесию.

Ультразвуковой метод

В данной группе пока существует только один метод, который так и называется. Ультразвуковые сканеры (Ultrasonic Scanners) сканируют поверхность пальца ультразвуковыми волнами. Расстояния между источником волн и гребешковыми выступами и впадинами папиллярного узора измеряются по отраженному от них эху.

Качество получаемого изображения в десятки раз лучше, чем у любого другого представленного на биометрическом рынке метода. Кроме того, данный способ практически полностью защищен от муляжей, поскольку позволяет помимо отпечатка папиллярного узора пальца получать информацию и о некоторых других характеристиках, например, о пульсе.

Недостатки:
 Высокая стоимость

Ведущим производителем сканеров данного типа является компания Ultra-Scan Corporation.

Не так давно технология считывания отпечатков пальцев была связана в основном с научно-фантастическими фильмами. Теперь, даже в бюджетном смартфоне Xiaomi есть сканер отпечатков пальцев. Мы объясним читателям принцип его работы.

Сканер отпечатков пальцев (Touch ID) позволяет идентифицировать пользователя на основе уникального рисунка кожи на кончике пальца. У каждого человека свой собственный отпечаток и «рисунок», который не повторяется даже в случае идентичных близнецов.

Отпечаток пальца (fingerprint) позволяет идентифицировать любого человека, например в случае поиска преступников. Как оказалось, функция Touch ID также полезна для пользователей смартфонов. С её помощью можно защитить смартфон от несанкционированного доступа.

В настоящее время на рынке существует несколько типов сканеров. Все они работают по одному и тому же принципу – сканер считывает отпечаток владельца смартфона и при попытке разблокировать его сравнивает «рисунок» с тем, который запрограммирован заранее в устройстве. Если отпечаток пальца совпадает, устройство будет разблокировано. В противном случае появится сообщение об ошибке.

Интересно, что сканеры не анализируют весь рисунок отпечатка пальца. Проверяются только некоторые из характерных черт или узоров. Это, например, ветвление, раздвоение или обрывание отпечатков пальцев.

Сканеры преобразуют картинку в темплит (шаблон), и по алгоритму сравнивают расстояние между кривыми и линиями. Это позволяет сделать процесс проверки намного короче, чем если бы вам нужно было проанализировать весь отпечаток пальца.

Алгоритмы подтверждают отпечаток, если примерно 40% минуций совпадает с сохранённым рисунком. На практике, этого достаточно для идентификации конкретного пользователя и обеспечения отказоустойчивости.

Минуции (или «точки Гальтона») – это уникальные для каждого пальца участки рисунка кожи (точки), которые показывают в каких местах папиллярные линии сливаются, раздваиваются или обрываются.

Типы сканеров отпечатков пальцев

1. Оптический сканер «снимает» всю панель пальцев и использует CCD-матрицу (как и большинство камер) для этого. В местах, где свет не приходит (гребни), матрица записывает «черные» пиксели, создавая точно отображаемое изображение пальца. Часто оптические сканеры имеют встроенный источник света (обычно светодиодный), чтобы сделать изображение максимально прозрачным.

2. Емкостный сканер – вместо матрицы, используются специальные миниатюрные схемы конденсаторов (ёмкостных датчиков). Когда мы прикладываем палец к этому считывателю, ёмкость отдельных конденсаторов мгновенно меняется. Емкостные сканеры гораздо точнее и эффективнее оптических сканеров, поскольку их сложнее обмануть.

3. Тепловой сканер – он работает аналогично емкостному считывателю, но вместо микроконденсаторов они используют микроскопические тепловые датчики, которые определяют разницу температур между гребнями и долями пальцевой подушки. Такой сканер невозможно обмануть имитацией пальца (т.е. фрагментом с кожным покровом).

4. Ультразвуковой сканер – использует явление дифракции, т. е. отражение и рассеяние звуковых волн. Когда мы прикладываем палец к считывателю он начинает генерировать неслышимые звуки для нас. Поведение звуковых волн в точках контакта «гребня» площадки отпечатка со сканером совершенно иное, чем во «впадинах» (где есть воздух). Это позволяет ультразвуковому сканеру создавать точный отпечаток вашего пальца.

Какой сканер отпечатка пальца лучше?

В настоящее время большинство смартфонов Xiaomi используют ёмкостные считыватели, например популярные Redmi Note 3 или Mi 5. Однако большие надежды связаны с ультразвуковыми сканерами, установленными непосредственно под дисплеем, и, вероятно, эта технология будет наиболее популярна в ближайшем будущем.

Функция Touch ID в смартфоне, хотя и очень безопасна, не гарантируют безопасность на 100%. С помощью правильных технологий и инструментов можно подделать отпечаток пальца, который сможет обмануть сканер.

Так что же такое сканер отпечатков пальцев?

Это тип биометрической технологии безопасности, которая использует комбинацию аппаратных и программных методов дли распознавания отпечатка пальца пользователя. Он идентифицирует и проверяет подлинность отпечатков пальцев человека, чтобы разрешить или запретить доступ к смартфону, приложению и другим местам, которые нуждаются в защите от нежелательного вмешательства. Есть много других способов защиты персональной информации, такие как: биометрия, сканирование радужной оболочки глаза, сканирование сетчатки глаза, сканирование черт лица и так далее вплоть до спец анализа крови или походки. Кстати, анализ походки был продемонстрирован в фильме серии Миссия Невыполнима с Томом Крузом. В некоторых смартфонах даже используется сканер радужной оболочки глаза, но реализация этой фичи, естественно, далека от идеала. Почему именно сканер отпечатков? Все просто: платы для сканирования отпечатков довольно дешевы и просты как в изготовлении так и в использовании. Прикоснулся к сканеру и твой Redmi Note 3 мгновенно разблокирован и готов к работе.

Как существуют разные виды технологий биометрической безопасности, так и типы сканеров отпечатков пальцев имеют разные технологии и способы реализации. Всего существует три вида сканеров отпечатков:

1. Оптические сканеры;
2. Емкостные сканеры;
3. Ультразвуковые сканеры.

Оптические сканеры

Оптические сканеры отпечатков пальцев являются самым старым методом захвата и сравнения отпечатков пальцев. Как нетрудно догадаться из названия, этот метод основан на захвате оптического изображения отпечатка. По сути, это фотография отпечатка пальца, которая после захвата обрабатывается с использованием специальных алгоритмов для обнаружения уникальных узоров на поверхности, таких как гребней и уникальных завиток, анализируя самые светлые и темные участки изображения.

Так же как и камера в смартфоне, эти датчики имеют конечное разрешение и чем выше это разрешение, тем более мелкие детали узора датчик сможет различить на вашем пальце, тем выше безопасность. Тем не менее сенсоры этих датчиков имеют намного больший контраст, чем обычный фотоаппарат. Как правило, они имеют очень большое количество диодов на дюйм, чтобы захватывать изображение на близком расстоянии. Но когда прикладываешь палец к сканеру, то его камера ничего не видит, ведь темно, возразите вы. Верно. Поэтому оптические сканеры также имеют целые массивы светодиодов в качестве вспышки, чтобы осветить область сканирования. Очевидно, такая конструкция слишком громоздкая для телефона, где тонкость корпуса играет важную роль.

Основным недостатком оптических сканеров является то, что их довольно легко обмануть. Оптические сканеры захватывают только 2D изображение. Многие видели как с помощью незамысловатых манипуляций с тем же клеем ПВА или просто с качественной фотографией взламывается сканер и доступ к вашим важным документам или котикам получен. Поэтому этот тип обеспечения безопасности не подходит для смартфонов.

Так же как и сейчас вы можете найти смартфоны с резистивным экраном, вам могут встретиться и оптические сканеры отпечатков. Их еще используют в многих сферах, кроме тех, где нужна реальная безопасность. В последнее время с развитием технологий и увеличением спроса на более серьезную безопасность, смартфоны единогласно приняли и используют емкостные сканеры. Речь о них пойдет ниже.

Емкостные сканеры

Это наиболее часто встречающийся тип сканера отпечатков пальцев на сегодняшний день. Как видно из названия, конденсатор является основным модулем для сканирования в емкостном сканере. Вместо того, чтобы создавать традиционное изображение отпечатка пальца, емкостные сканеры используют массивы крошечных цепей конденсатора для сбора данных о отпечатках. Конденсаторы хранят электрический заряд и, приложив палец к поверхности сканера, накапливаемый в конденсаторе будет слегка изменен в тех местах, где гребень на узоре прикасается к пластине, и останется относительно неизменным, где наоборот впадины на узоре. Схема интегратора операционного усилителя используется для отслеживания этих изменений, которые затем могут быть записаны с помощью преобразователя в аналого-цифровой.

После того, как данные о отпечатке были захвачены, данные преобразуются в цифровые и уже в них ведется поиск отличительных и уникальных атрибутов отпечатка пальца, которые в свою очередь могут быть сохранены для сравнения на более позднем этапе. Главный плюс этой технологии в том, что она намного лучше оптических сканеров. Результаты сканирования не могут быть воспроизведены с изображением и его невероятно сложно обмануть с помощью протезирования, то есть слепка отпечатка. Как написано выше, это потому, что при распознавании отпечатка записываются несколько иные данные, а именно, изменения заряда на конденсаторе. Единственная реальная угроза безопасности исходит от любого аппаратного или программного вмешательства.

В емкостных сканерах отпечатков используют достаточно большие массивы этих конденсаторов, как правило сотник, если не тысячи в одном сканере. Это позволяет с высокой степенью детализировать изображение гребней и впадин отпечатка пальца. Так же как и в оптических сканерах большее количество конденсаторов обеспечивает более высокое разрешение сканера, повышая точность распознавания и, соответственно, уровень безопасности, вплоть до распознавания мельчайших точек.

Из-за большего количества компонентов в цепи распознавания отпечатка емкостные сканеры обычно немного дороже оптических. В ранних итерациях емкостных сканеров многие производители пытались уменьшить стоимость, сократив количество конденсаторов, необходимых для распознавания отпечатка. Такие решения были почти всегда не очень успешными и многие пользователи жаловались на качество распознавания, ведь приходилось несколько раз прикладывать палец, чтобы отсканировать отпечаток. К счастью, в наши дни эта технология уже доведена до ума и даже привередливый пользователь останется доволен. Стоит заметить, что если палец грязный или слишком влажный/жирный, то и емкостный сканер иногда не сможет распознать отпечаток. Впрочем, все же моют руки?:)

Ультразвуковые сканеры

Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев на данный момент являются новейшими технологиями распознавания отпечатков. Впервые данный тип сканера был использован в смартфоне Le Max Pro. В этом телефоне используются технологии американской компании Qualcomm с ее Sense ID.

Для распознавания отпечатка ультразвуковой сканер использует ультразвуковой передатчик и приемник. Ультразвуковой импульс передается непосредственно на палец, который помещен перед сканером. Часть этого импульса поглощается, а часть возвращается к приемнику и далее распознается в зависимости от гребней, впадин и других деталей отпечатка, которые являются уникальными для каждого пальца. В ультразвуковых сканерах датчик, который обнаруживает механическое напряжение, используется для расчета интенсивности возвращающегося ультразвукового импульса в различных точках на сканере. Сканирование в течение более продолжительного времени позволяет распознать дополнительные данные по глубине отпечатка, которые будут захвачены, и дадут в результате очень подробные 3D изображения отсканированного отпечатка пальца. Использование 3D технологии в этом методе сканирования делает его наиболее безопасной альтернативой емкостным сканерам. Единственный минус данной технологии в том, что на данный момент она еще не отработана и слишком дорогая. Первые смартфоны с такими сканерами являются первопроходцами в этой сфере. По этой же причине Xiaomi не стала использовать ультразвуковой сканер в своем флагмане Mi5.

Алгоритмы обработки отпечатков

Хоть, большинство сканеров отпечатков и основаны на очень схожих аппаратных принципах, дополнительные компоненты и программное обеспечение может играть важную роль в распознавании отпечатков. Различные производители используют несколько различных алгоритмов, которые будут наиболее “удобны” для конкретной модели процессора и операционной системы. Соответственно, у различных производителей определение ключевых характеристик отпечатков пальцев может различаться по скорости и точности.

Как правило, эти алгоритмы ищут где гребни и впадины заканчиваются, пересекаются и разделяются на две части. В совокупности особенности узора отпечатка называются “мелочами”. Если отсканированный отпечаток соответствует нескольким “мелочам”, то он будет рассмотрен как совпадение. Для чего это? Вместо того, чтобы сравнивать целые отпечатки каждый раз, сравнивание по “мелочам” уменьшает количество затрачиваемой вычислительной мощности, необходимой для обработки и идентификации каждого отпечатка пальца. Также данный способ помогает избежать ошибок при сканировании отпечатка и, главное, появляется возможность прикладывать палец не полностью. Ведь вы никогда не прикладываете палец точь в точь? Конечно, нет.

Эта информация должна храниться в безопасном месте на вашем устройстве и в достаточном удалении от кода, который потенциально может поставить под угрозу надежность сканера. Вместо того, чтобы хранить пользовательские данные в интернете, процессор надежно хранит информацию об отпечатке на физическом чипе в TEE (доверенная среда для выполнения задач). Эта безопасная зона используется также и для других криптографических процессов и напрямую обращается к защитным аппаратным платформам, таким как тот же сканер отпечатков, чтобы предотвратить любую программную слежку и любое вторжение. Эти алгоритмы у разных производителей могут отличаться или вовсе быть организованны по разному, например у Qualcomm это архитектура Secure MCM, а у Apple - Secure Enclave, но все они основаны на одном и том же принципе хранения этой информации в отдельной части процессора.