Считыватель отпечатков пальцев, что это такое
Обновлено: 21.11.2024
Компьютерные сканеры отпечатков пальцев десятилетиями были основой шпионских триллеров, но до недавнего времени они были довольно экзотической технологией в реальном мире. Однако в последние несколько лет сканеры начали появляться повсюду — в полицейских участках, в зданиях с высоким уровнем безопасности и даже на клавиатурах ПК. Вы можете приобрести персональный USB-сканер отпечатков пальцев менее чем за 100 долларов, и ваш компьютер будет защищен высокотехнологичной биометрией. Вместо пароля или в дополнение к нему для получения доступа вам потребуется ваш отличительный отпечаток.
В этой статье мы рассмотрим секреты этой захватывающей разработки в правоохранительной сфере и защите личных данных. Мы также увидим, как системы безопасности со сканерами отпечатков пальцев сочетаются с обычными системами паролей и удостоверений личности, и выясним, как они могут выйти из строя.
Отпечатки пальцев — это одна из странных закономерностей природы. У людей есть встроенные, легкодоступные удостоверения личности. У вас есть уникальный дизайн, который представляет вас одного, буквально на кончиках ваших пальцев. Как это произошло?
У людей есть крошечные гребни кожи на пальцах, потому что эта конкретная адаптация была чрезвычайно выгодна для предков человеческого вида. Рисунок гребней и «впадин» на пальцах облегчает захват вещей руками, точно так же, как рисунок резинового протектора помогает шине сцепляться с дорогой.
Другая функция отпечатков пальцев – полное совпадение. Как и все в человеческом теле, эти гребни формируются в результате сочетания генетических факторов и факторов окружающей среды. Генетический код в ДНК дает общие указания о том, как должна формироваться кожа у развивающегося плода, но конкретный способ ее формирования является результатом случайных событий. Точное положение плода в матке в определенный момент, а также точный состав и плотность окружающей амниотической жидкости определяют, как будет формироваться каждый отдельный гребень.
Итак, в дополнение к бесчисленным факторам, которые в первую очередь определяют вашу генетическую структуру, существует бесчисленное множество факторов окружающей среды, влияющих на формирование пальцев. Точно так же, как погодные условия, формирующие облака или береговую линию пляжа, весь процесс развития настолько хаотичен, что за всю историю человечества практически не существует шансов, что одна и та же модель может сформироваться дважды.
Следовательно, отпечатки пальцев являются уникальным маркером человека, даже однояйцевого близнеца. И хотя на первый взгляд два отпечатка могут выглядеть практически одинаково, опытный исследователь или продвинутое программное обеспечение могут выявить четкие и определенные различия.
Это основная идея анализа отпечатков пальцев как при расследовании преступлений, так и при обеспечении безопасности. Работа сканера отпечатков пальцев состоит в том, чтобы заменить человека-аналитика, собрав образец отпечатка и сравнив его с другими зарегистрированными образцами. В следующих нескольких разделах мы узнаем, как это делают сканеры.
Система сканера отпечатков пальцев выполняет две основные задачи: она должна получить изображение вашего пальца и определить, соответствует ли структура гребней и впадин на этом изображении структуре гребней и впадин на предварительно отсканированных изображениях. .
Существует несколько способов получить изображение чьего-либо пальца. Наиболее распространенными методами сегодня являются оптическое сканирование и емкостное сканирование. Оба типа создают одинаковый образ, но делают это совершенно по-разному.
Основой оптического сканера является устройство с зарядовой связью (ПЗС), та же самая система световых датчиков, которая используется в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах. ПЗС-матрица — это просто массив светочувствительных диодов, называемых фотоэлементами, которые генерируют электрический сигнал в ответ на световые фотоны. Каждый фотосайт записывает пиксель, крошечную точку, представляющую свет, попавший в это место. В совокупности светлые и темные пиксели образуют изображение сканируемой сцены (например, пальца). Обычно аналого-цифровой преобразователь в системе сканера обрабатывает аналоговый электрический сигнал для создания цифрового представления этого изображения. Подробную информацию о ПЗС-матрицах и цифровом преобразовании см. в разделе «Как работают цифровые камеры».
Процесс сканирования начинается, когда вы кладете палец на стеклянную пластину, и ПЗС-камера делает снимок. Сканер имеет собственный источник света, обычно набор светодиодов, для освещения гребней пальца. ПЗС-система фактически генерирует перевернутое изображение пальца, при этом более темные области представляют собой более отраженный свет (гребни пальца), а более светлые области представляют менее отраженный свет (углубления между гребнями).
Прежде чем сравнивать распечатку с сохраненными данными, процессор сканера проверяет, что ПЗС-матрица захватила четкое изображение. Он проверяет среднюю темноту пикселей или общие значения в небольшом образце и отклоняет сканирование, если общее изображение слишком темное или слишком светлое.Если изображение отклонено, сканер регулирует время экспозиции, пропуская больше или меньше света, а затем повторяет попытку сканирования.
Если уровень затемнения достаточен, система сканирования продолжает проверку разрешения изображения (насколько четкое изображение отпечатка пальца). Процессор смотрит на несколько прямых линий, перемещающихся по изображению по горизонтали и вертикали. Если изображение отпечатка пальца имеет хорошее разрешение, линия, идущая перпендикулярно гребням, будет состоять из чередующихся участков очень темных и очень светлых пикселей.
Если процессор обнаруживает, что изображение четкое и правильно экспонировано, он переходит к сравнению захваченного отпечатка пальца с отпечатками в файле. Мы рассмотрим этот процесс через минуту, но сначала мы рассмотрим другую основную технологию сканирования — емкостной сканер.
Как и оптические сканеры, емкостные сканеры отпечатков пальцев создают изображение выступов и впадин, составляющих отпечаток пальца. Но вместо того, чтобы воспринимать отпечаток с помощью света, конденсаторы используют электрический ток.
На приведенной ниже схеме показан простой емкостный датчик. Датчик состоит из одного или нескольких полупроводниковых чипов, содержащих массив крошечных ячеек. Каждая ячейка включает две токопроводящие пластины, покрытые изолирующим слоем. Клетки крошечные — меньше ширины одного выступа на пальце.
Датчик подключен к интегратору — электрической цепи, построенной на инвертирующем операционном усилителе. Инвертирующий усилитель представляет собой сложное полупроводниковое устройство, состоящее из ряда транзисторов, резисторов и конденсаторов. Детали его работы сами по себе заняли бы целую статью, но здесь мы можем получить общее представление о том, что он делает в емкостном сканере. (Технический обзор см. на этой странице, посвященной операционным усилителям.)
Как и любой усилитель, инвертирующий усилитель изменяет один ток в зависимости от колебаний другого тока (дополнительную информацию см. в разделе «Как работают усилители»). В частности, инвертирующий усилитель изменяет напряжение питания. Изменение основано на относительном напряжении двух входов, называемых инвертирующей клеммой и неинвертирующей клеммой. В этом случае неинвертирующий вывод подключается к земле, а инвертирующий вывод подключается к источнику опорного напряжения и контуру обратной связи. Контур обратной связи, который также подключен к выходу усилителя, включает в себя две проводящие пластины.
Как вы, возможно, заметили, две проводящие пластины образуют основной конденсатор — электрический компонент, способный накапливать заряд (подробности см. в разделе «Как работают конденсаторы»). Поверхность пальца действует как третья пластина конденсатора, разделенная изолирующими слоями в клеточной структуре и, в случае впадин отпечатков пальцев, воздушным карманом. Изменение расстояния между пластинами конденсатора (путем перемещения пальца ближе или дальше от проводящих пластин) изменяет общую емкость (способность накапливать заряд) конденсатора. Из-за этого качества конденсатор в ячейке под выступом будет иметь большую емкость, чем конденсатор в ячейке под впадиной.
Для сканирования пальца процессор сначала закрывает переключатель сброса для каждой ячейки, что приводит к короткому замыканию входа и выхода каждого усилителя, чтобы «сбалансировать» схему интегратора. Когда ключ снова размыкается и процессор подает фиксированный заряд на схему интегратора, конденсаторы заряжаются. Емкость конденсатора контура обратной связи влияет на напряжение на входе усилителя, которое влияет на выход усилителя. Поскольку расстояние до штыря изменяет емкость, гребень штыря приведет к другому выходному напряжению, чем впадина штыря.
Процессор сканера считывает выходное напряжение и определяет, является ли оно характеристикой хребта или впадины. Считывая каждую ячейку массива датчиков, процессор может составить общую картину отпечатка пальца, аналогичную изображению, снятому оптическим сканером.
Основное преимущество емкостного сканера заключается в том, что он требует реальной формы отпечатка пальца, а не схемы света и тени, которая создает визуальное впечатление от отпечатка пальца. Это затрудняет обман системы. Кроме того, поскольку в них используется полупроводниковый чип, а не ПЗС-матрица, емкостные сканеры, как правило, более компактны, чем оптические устройства.
В фильмах и сериалах автоматические анализаторы отпечатков пальцев обычно накладывают друг на друга изображения отпечатков пальцев, чтобы найти совпадения. На самом деле, это не особенно практичный способ сравнения отпечатков пальцев. Размазывание может привести к тому, что два изображения одного и того же отпечатка будут выглядеть совершенно по-разному, поэтому вам редко удастся получить идеальное наложение изображений. Кроме того, использование всего изображения отпечатка пальца в сравнительном анализе требует большой вычислительной мощности, а также упрощает кражу данных печати.
Вместо этого большинство систем сканирования отпечатков пальцев сравнивают определенные особенности отпечатка пальца, известные как мелкие детали.Как правило, люди и компьютерные исследователи концентрируются на точках, где линии хребта заканчиваются или где один хребт разделяется на два (бифуркации). В совокупности эти и другие отличительные признаки иногда называют типичными.
Системное программное обеспечение сканера использует очень сложные алгоритмы для распознавания и анализа этих мелочей. Основная идея состоит в том, чтобы измерить относительное положение мелких деталей таким же образом, как вы могли бы распознать часть неба по относительному положению звезд. Простой способ подумать об этом — рассмотреть формы, которые формируются различными мелочами, когда вы проводите прямые линии между ними. Если два отпечатка имеют три конца гребня и два бифуркации, образуя одну и ту же форму с одинаковыми размерами, велика вероятность, что они принадлежат одному и тому же отпечатку.
Чтобы получить совпадение, системе сканирования не нужно находить весь набор мелких деталей как в образце, так и в отпечатке на записи, ей просто нужно найти достаточное количество шаблонов мелких деталей, которые есть на двух отпечатках. общий. Точное число зависит от программирования сканера.
Ничто не является полностью безопасным. Замки можно взломать, сейфы можно взломать, а онлайн-пароли можно угадать рано или поздно. Как же тогда мы можем защитить то, что нам дорого? Один из способов — использовать биометрические данные — отпечатки пальцев, сканирование радужной оболочки глаза, сканирование сетчатки глаза, сканирование лица и другую личную информацию, которую труднее подделать. Не так давно, если у вас брали отпечатки пальцев, скорее всего, вас обвиняли в преступлении; теперь невинные люди обращаются к отпечаткам пальцев, чтобы защитить себя. И вы можете найти сканеры отпечатков пальцев везде, от зданий с высоким уровнем безопасности до банкоматов и даже ноутбуков. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!
Фото: снятие отпечатка большого пальца с помощью ручного сканера отпечатков пальцев. Область сканирования находится в верхней части машины (слева, если смотреть на нее), и вы можете видеть изображение отпечатка, появляющееся на ЖК-экране. Фото TSgt. Эфрен Лопес предоставлен армией США.
Содержание
<ПР>Почему отпечатки пальцев уникальны?
Очевидно, почему у нас есть отпечатки пальцев: крошечные бороздки трения на концах наших пальцев облегчают захват предметов. Делая наши пальцы более грубыми, эти выступы увеличивают силу трения между нашими руками и предметами, которые мы держим, что затрудняет их падение. У вас есть отпечатки пальцев еще до вашего рождения. На самом деле отпечатки пальцев полностью формируются к тому времени, когда вам исполняется семь месяцев в утробе матери. Если с вами не случится несчастного случая с руками, ваши отпечатки пальцев останутся неизменными на протяжении всей вашей жизни.
Фото: Ваши отпечатки пальцев подобны уникальным ключам, которые вы всегда носите с собой. Теоретически ни у кого нет таких отпечатков, как у вас. Слово "отпечаток пальца" немного вводит в заблуждение: эти выступы на концах ваших пальцев рук и ног нужны не для того, чтобы помочь людям идентифицировать вас, а для того, чтобы вы могли лучше удерживать предметы, которые вы поднимаете или по которым ходите.
Что делает отпечатки пальцев таким блестящим способом отличить людей друг от друга, так это то, что они практически уникальны: отпечатки пальцев формируются в результате случайного процесса в соответствии с кодом в вашей ДНК (генетический рецепт, который сообщает вашему телу, как развиваться). Поскольку среда в утробе матери также оказывает влияние, даже отпечатки однояйцевых близнецов немного отличаются. Хотя вполне возможно, что могут быть найдены два человека с идентичными отпечатками пальцев, шансы на это настолько малы, что ими практически можно пренебречь. В уголовном деле обычно есть другие улики, которые можно использовать вместе с отпечатками пальцев, чтобы доказать вину или невиновность человека вне всяких разумных сомнений. Там, где отпечатки пальцев используются для управления доступом к чему-то вроде компьютерной системы, шансы случайного человека, имеющего правильный отпечаток пальца, получить доступ, вообще говоря, слишком малы, чтобы о них беспокоиться, и гораздо меньше вероятность того, что кто-то угадает правильный отпечаток пальца. пароль или возможность взломать физический замок.
Фото: сканеры отпечатков пальцев преобразуют аналоговые отпечатки пальцев в цифровую (числовую) форму, которую компьютеры могут хранить, обрабатывать и сравнивать. Когда дело доходит до судебно-медицинской экспертизы, аналоговые методы часто остаются лучшими.Здесь судебно-медицинский эксперт посыпал стекло апельсиновым порошком, чтобы скрытые на нем отпечатки пальцев проявились в ультрафиолетовом свете. Фото Микея Энтони предоставлено ВВС США.
Регистрация и проверка
Предположим, вы отвечаете за безопасность в крупном банке и хотите установить систему сканирования отпечатков пальцев на турникете главного входа, куда каждое утро входят ваши сотрудники. Как именно это будет работать?
Использование такой системы состоит из двух отдельных этапов. Сначала вам нужно пройти процесс, называемый регистрацией, когда система узнает обо всех людях, которых ей придется распознавать каждый день. Во время регистрации отпечатки пальцев каждого человека сканируются, анализируются, а затем сохраняются в закодированной форме в защищенной базе данных. Обычно для сохранения отпечатков пальцев требуется менее полсекунды, и система работает более чем у 99 % типичных пользователей (частота отказов выше у работников физического труда, чем у офисных работников).
Фото: Регистрация: «Узнать» означает идентифицировать что-то или кого-то, кого вы видели раньше. Таким образом, вы можете распознать отпечаток пальца только в том случае, если вы уже видели его хотя бы один раз. Регистрация — это процесс сканирования отпечатков пальцев в первый раз, чтобы их можно было проверить позже. Фото Эмбер Лич предоставлено армией США и Викискладом.
После регистрации система готова к использованию — это второй этап, известный как проверка . Любой, кто хочет получить доступ, должен приложить палец к сканеру. Сканер берет их отпечатки пальцев, сверяет их со всеми отпечатками в базе данных, сохраненными при регистрации, и решает, имеет ли человек право на получение доступа или нет. Сложные системы отпечатков пальцев могут проверять и сопоставлять до 40 000 отпечатков в секунду!
Как хранятся и сравниваются отпечатки пальцев
Когда в 1900 году сэр Эдвард Генри из столичной полиции Лондона впервые систематически использовал отпечатки пальцев в уголовном расследовании, они медленно и тщательно сравнивались вручную. Вы взяли отпечаток пальца с места преступления и еще один отпечаток пальца у подозреваемого и просто сравнили их под увеличительным стеклом или микроскопом. К сожалению, отпечатки пальцев, снятые в разных условиях, часто могут выглядеть совершенно по-разному — отпечатки пальцев с места преступления с большей вероятностью будут неполными или смазанными, — и сравнение их для доказательства их идентичности (или различия) иногда требует большого мастерства. Вот почему криминалисты (люди, которые изучают улики, собранные с мест преступлений) разработали надежную систему сопоставления отпечатков пальцев, в которой они искали от восьми до шестнадцати различных признаков. В Великобритании два отпечатка пальца должны совпадать во всех шестнадцати отношениях, чтобы отпечатки считались одинаковыми; в США должны совпадать только восемь функций.
Фото: компьютер может сравнивать отпечатки пальцев, определяя ключевые особенности, а затем измеряя расстояния и углы между ними. Алгоритмы могут превращать подобные шаблоны в уникальные числовые коды.
Когда компьютер проверяет ваши отпечатки пальцев, очевидно, что внутри сидит не маленький человечек с увеличительным стеклом, сравнивающий ваши отпечатки со всеми сотнями или тысячами, хранящимися в базе данных! Так как же компьютер может сравнивать отпечатки? Во время регистрации или проверки каждый отпечаток анализируется на наличие очень специфических функций, называемых мелочами, где линии вашего отпечатка пальца заканчиваются или делятся на две части. Компьютер измеряет расстояния и углы между этими объектами — что-то вроде рисования линий между ними — и затем использует алгоритм (математический процесс), чтобы преобразовать эту информацию в уникальный числовой код. Тогда сравнение отпечатков пальцев — это просто сравнение их уникальных кодов. Если коды совпадают, отпечатки совпадают, и человек получает доступ.
Как работают сканеры отпечатков пальцев
Чтобы снять отпечатки пальцев в полицейском участке, нужно прижать пальцы к чернильной подушечке, а затем провести пальцами по бумаге, чтобы оставить чистый отпечаток на странице. Ваши отпечатки пальцев также хранятся в компьютерной базе данных, чтобы полиция могла проверить, не совершали ли вы какие-либо известные преступления и не совершите ли вы их в будущем.
Но когда отпечатки пальцев используются для контроля доступа в здания и компьютерные системы, приходится использовать более сложные методы: компьютер должен очень быстро сканировать поверхность вашего пальца, а затем превращать отсканированное изображение в код, который он может проверить. против его базы данных. Как это происходит?
Фото. Типичный оптический сканер отпечатков пальцев. Это похоже на фотокопирование руки или помещение ее на компьютерный сканер. Фото Тех. сержант Франсиско В. Говеа II, предоставлено армией США.
Есть два-три способа сканирования пальцев. Оптический сканер освещает ваш отпечаток ярким светом и делает цифровую фотографию. Если вы когда-либо делали фотокопии своей руки, вы точно знаете, как это работает. Вместо создания грязно-черной ксерокопии изображение загружается в компьютерный сканер. Сканер использует светочувствительный микрочип (либо ПЗС, устройство с зарядовой связью, либо датчик изображения CMOS) для создания цифрового изображения. Компьютер автоматически анализирует изображение, выбирая только отпечаток пальца, а затем использует сложное программное обеспечение для сопоставления с образцом, чтобы преобразовать его в код.
Фото: емкостный сканер отпечатков пальцев на задней панели смартфона Samsung Galaxy A20e.
Другой тип сканера, известный как емкостной сканер, измеряет палец с помощью электричества. Когда ваш палец лежит на поверхности, выступы ваших отпечатков пальцев касаются поверхности, а впадины между выступами остаются немного в стороне от нее. Другими словами, существуют различные расстояния между каждой частью вашего пальца и поверхностью под ним. Емкостный сканер создает изображение вашего отпечатка пальца, измеряя эти расстояния. Подобные сканеры немного похожи на сенсорные экраны на таких устройствах, как iPhone и iPad. Хотя емкостные сканеры быстрее и надежнее оптических, они плохо работают во влажных условиях (если у вас мокрые пальцы) и могут быть повреждены статическим электричеством.
Третий тип считывателя отпечатков пальцев называется ультразвуковым сканером , потому что он использует высокочастотные звуковые волны (ультразвук) для «картирования» вашего пальца вместо света. Если у вас есть новый смартфон Samsung, вы, вероятно, обнаружите, что он имеет один из них, встроенный под дисплей, который вы можете использовать для разблокировки телефона или безопасного доступа к вашим приложениям и данным. По данным Samsung, ультразвуковые сканеры более безопасны (поскольку они сканируют отпечатки пальцев в трех измерениях) и лучше работают на открытом воздухе (при ярком свете или низкой температуре), чем оптические сканеры, хотя они, как правило, медленнее, чем емкостные сканеры.
Что происходит во время сканирования?
В отличие от обычных цифровых фотографий, отсканированные изображения должны фиксировать точное количество деталей — яркость и контрастность, — чтобы отдельные бороздки и другие детали отпечатка можно было точно сопоставить с ранее сделанными сканами. Помните, что отпечатки пальцев могут быть использованы в качестве доказательства в уголовных процессах, где осуждение может привести к длительному тюремному заключению или даже к смертной казни. Вот почему "контроль качества" является такой важной частью процесса сканирования отпечатков пальцев.
Фото: качество имеет значение: сканирование отпечатков пальцев должно производить изображения с достаточной детализацией, чтобы их можно было точно сравнить с другими отсканированными изображениями.
Вот как работает простой оптический сканер:
<ПР>Для чего можно использовать сканирование отпечатков пальцев?
Фото: биометрия не обязательно зловещая. Здесь у ребенка берут отпечатки пальцев, чтобы помочь в идентификации после гуманитарной катастрофы. Фото Портера Андерсона предоставлено ВМС США.
Сканирование отпечатков пальцев — самая популярная биометрическая технология (используется более чем в половине всех биометрических систем безопасности), и легко понять, почему. Мы храним все больше и больше информации на наших компьютерах и делимся ею в Интернете все более рискованными способами. Большую часть времени наша банковская информация и личные данные защищены всего несколькими наспех придуманными цифрами в наших паролях. Любой может использовать вашу кредитную или дебетовую карту для получения денег в банкомате (банкомате или «банкомате»), если он знает всего четыре цифры!
В будущем гораздо чаще потребуется подтверждать свою личность с помощью биометрической информации: отпечатка пальца, сканирования радужной оболочки или сетчатки глаза или сканирования лица. Некоторые ноутбуки и большинство смартфонов теперь используют сканирование отпечатков пальцев, чтобы сделать их более безопасными. Крупные банки, такие как Bank of America и JPMorgan Chase, внедрили аутентификацию по отпечатку пальца как часть процесса входа в свои приложения для смартфонов. Скоро мы сможем увидеть сканеры отпечатков пальцев на банкоматах, в сканерах безопасности в аэропортах, на кассах в продуктовых магазинах, в электронных системах голосования и, возможно, даже вместо ключей в наших (автономных) автомобилях!
Некоторым людям не нравится, как звучит общество "Большого брата", где вы должны делать все с помощью своих отпечатков пальцев, и это правда, что существуют важные вопросы конфиденциальности. Но люди всегда использовали биометрию для идентификации личности: мы различаем друг друга, главным образом, узнавая лица и голоса друг друга. Во что бы то ни стало беспокойтесь о недостатках, но не забывайте и о преимуществах: ваша информация должна быть гораздо более защищена от преступников, и у вас больше никогда не будет проблем с потерей ключей или забыванием пароля!
Сканеры отпечатков пальцев теперь используются не только в самых дорогих смартфонах. В наши дни даже многие бюджетные телефоны используют эту технологию, и она является краеугольным камнем безопасности приложений. Технология также сильно продвинулась по сравнению с ее ранними итерациями, становясь быстрее и точнее при считывании отпечатков пальцев. Имея это в виду, давайте посмотрим, как работают новейшие сканеры отпечатков пальцев и в чем их отличия.
Оптические сканеры
Оптические сканеры отпечатков пальцев – это старейший метод получения и сравнения отпечатков пальцев. Как следует из названия, этот метод основан на захвате оптического изображения — по сути, фотографии. Затем он использует алгоритмы для обнаружения уникальных узоров на поверхности, таких как выступы или отметки, путем анализа самых светлых и самых темных областей изображения.
Как и камеры смартфонов, эти сенсоры имеют конечное разрешение. Чем выше разрешение, тем мельче датчик может различить ваш палец, повышая уровень безопасности. Однако эти датчики захватывают гораздо более контрастные изображения, чем обычная камера. Оптические сканеры обычно имеют очень большое количество диодов на дюйм для захвата этих деталей с близкого расстояния. Конечно, очень темно, когда палец находится над сканером. Поэтому сканеры включают в себя массивы светодиодов или даже дисплей вашего телефона в качестве вспышки, чтобы подсветить изображение во время сканирования.
Основной недостаток оптических сканеров заключается в том, что их несложно обмануть. Поскольку эта технология захватывает только 2D-изображение, можно использовать протезы и даже изображения хорошего качества, чтобы обмануть этот конкретный дизайн. Сам по себе этот тип сканера недостаточно безопасен, чтобы доверить ему самые важные данные. Таким образом, отрасль перешла на более безопасные гибридные решения.
В связи с растущим спросом на более надежную защиту смартфоны единодушно используют превосходные емкостные и оптико-емкостные гибридные сканеры. Эти сканеры используют данные оптического отпечатка пальца в сочетании с емкостным датчиком для обнаружения настоящего пальца. Снижение стоимости технологий сделало эти альтернативы жизнеспособными и для продуктов среднего класса.
С переходом на безрамочные дисплеи возвращаются компактные оптические модули. Их можно встроить под стекло дисплея, и они занимают небольшую площадь. Некоторые представленные на рынке модели могут успешно работать под стеклом толщиной 1 мм и с мокрыми пальцами, что мешает емкостным альтернативам. Гибридные оптические сканеры никуда не денутся.
Емкостные сканеры
Еще один широко используемый сегодня тип сканера отпечатков пальцев – емкостный сканер. Вы найдете этот тип сканера на передней и задней панелях смартфонов и даже используете его как часть передовых вариантов дисплея. Емкостные сканеры приобрели известность из-за их дополнительных преимуществ в плане безопасности. Опять же, название выдает основной компонент — конденсатор.
Вместо традиционного изображения отпечатка пальца в емкостных сканерах отпечатков пальцев для сбора данных используются массивы крошечных конденсаторных цепей. Поскольку конденсаторы сохраняют электрический заряд, подключение их к токопроводящим пластинам на поверхности сканера позволяет использовать их для отслеживания деталей отпечатка пальца. Сохраненный заряд немного изменится, если поместить ребро пальца на проводящие пластины. И наоборот, воздушный зазор оставит заряд на конденсаторе относительно неизменным. Схема интегратора операционного усилителя используется для отслеживания этих изменений, которые затем могут быть записаны аналого-цифровым преобразователем.
После захвата эти цифровые данные анализируются для поиска характерных и уникальных атрибутов отпечатков пальцев. Затем их можно сохранить для последующего сравнения. Что особенно хорошо в этой конструкции, так это то, что ее гораздо сложнее обмануть, чем оптический сканер. Результаты не могут быть воспроизведены с изображением. Кроме того, их невероятно сложно обмануть с помощью какого-либо протеза, так как разные материалы будут записывать немного разные изменения заряда на конденсаторе. Единственные реальные угрозы безопасности исходят от взлома оборудования или программного обеспечения.
Создание достаточно большого массива таких конденсаторов, обычно сотен, если не тысяч, в одном сканере, позволяет создать очень подробное изображение гребней и впадин отпечатка пальца, используя только электрические сигналы. Как и в оптическом сканере, чем больше конденсаторов, тем выше разрешение сканера. Это повышает уровень безопасности до определенного момента. Тем не менее производство с высокой плотностью обходится намного дороже.
Из-за большего количества компонентов в схеме обнаружения емкостные сканеры ранее были довольно дорогими. В некоторых ранних реализациях пытались сократить количество необходимых конденсаторов с помощью сканеров «смахивания». Они будут собирать данные с меньшего количества компонентов конденсатора, быстро обновляя результаты, когда палец проводится над датчиком. Как жаловались многие потребители в то время, этот метод был очень привередливым и часто требовал нескольких попыток для правильного сканирования результата. К счастью, в наши дни простой дизайн «нажми и удерживай» является настройкой по умолчанию.
Однако с помощью этих сканеров можно не только считывать отпечатки пальцев. Более новые модели также поддерживают функции жестов и смахивания. Их можно использовать в качестве поддержки программных кнопок, которые действуют как клавиши навигации, возможности измерения силы или как способ взаимодействия с другими элементами пользовательского интерфейса. Однако смартфоны премиум-класса перешли на технологии, встроенные в дисплей.
Ультразвуковые сканеры
Последняя технология сканирования отпечатков пальцев, появившаяся на рынке смартфонов, — это ультразвуковой датчик. Впервые об этом было объявлено в смартфоне Le Max Pro 2016 года. Qualcomm и ее технология Sense ID являются основной частью дизайна. Фактически, Qualcomm сейчас использует технологию ультразвукового сканирования отпечатков пальцев второго поколения (технически это третий продукт). Он обещает большую область чтения и более высокую скорость обработки.
Чтобы точно зафиксировать детали отпечатка пальца, оборудование состоит из ультразвукового передатчика и приемника. Ультразвуковой импульс передается на палец, который находится над сканером. Часть этого импульса поглощается, а часть отражается обратно к датчику в зависимости от выступов, пор и других деталей, уникальных для каждого отпечатка пальца.
Микрофон не прослушивает эти возвращающиеся сигналы. Вместо этого датчик, который может обнаруживать механическое напряжение, используется для расчета интенсивности возвращающегося ультразвукового импульса в разных точках сканера. Сканирование в течение более длительных периодов времени позволяет получить дополнительные данные о глубине.В результате получается детальное трехмерное воспроизведение отсканированного отпечатка пальца. Трехмерная природа этого метода захвата делает его еще более безопасной альтернативой емкостным сканерам.
Впоследствии ультразвуковой датчик отпечатков пальцев Qualcomm 3D, встроенный в дисплей, был использован во флагманских моделях Samsung серий Galaxy S10, Note 10 и Note 20. Сканер Qualcomm второго поколения также используется в сенсоре дисплея Samsung Galaxy S21. Samsung отмечает, что этот новый сканер на 77 % больше и на 50 % быстрее, чем продукт предыдущего поколения.
Недостаток ультразвукового сканера в том, что он еще не такой быстрый, как другие сканеры. Отчасти это связано с причинами, указанными выше. Тем не менее, Qualcomm решила эту проблему с помощью своей технологии второго поколения. Ультразвуковая технология также плохо работает с некоторыми защитными пленками для экрана, особенно с более толстыми. Они могут ограничить способность сканера правильно считывать отпечатки пальцев. Положительным моментом является то, что рамки стали тоньше, чем когда-либо, благодаря возможности скрыть сканер под дисплеем.
Несколько слов о сканерах, встроенных в дисплей
Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев — не единственный вариант, если вы хотите скрыть датчик на дисплее. Для этой цели также используются оптико-емкостные сканеры отпечатков пальцев. В настоящее время отрасль разделена между этими двумя. Однако вы редко найдете ультразвуковые сканеры в более доступной части рынка.
Оптико-емкостные сканеры устраняют некоторые прежние проблемы безопасности с оптическими конструкциями. Они сочетают в себе требования «реального прикосновения» емкостных сканеров со скоростью и энергоэффективностью оптических конструкций. Эта технология внедряется путем вставки датчика под дисплей. Он улавливает свет, отраженный отпечатком пальца, через щели в OLED-дисплее. Это требует некоторой работы для интеграции с дисплеем, но работает достаточно хорошо.
Вы найдете различные технологии оптического отпечатка пальца на дисплее как в недорогих, так и в премиальных телефонах, от Samsung Galaxy A50 до Huawei P40 Pro.
Для сравнения, ультразвуковые сканеры немного проще внедрить и настроить их размещение в соответствии с любым телефоном. Крошечный датчик толщиной 0,2 мм находится за экраном, пропуская свои ультразвуковые волны через дисплей к кончику пальца. Хотя это отлично подходит для разработки, это само по себе привело к нескольким проблемам с безопасностью. Samsung пришлось выпускать исправления для своих флагманских смартфонов, чтобы решить проблемы, из-за которых практически любой отпечаток пальца позволял разблокировать телефоны при использовании защитной пленки.
У обеих технологий есть свои плюсы и минусы, и, скорее всего, они останутся жизнеспособным выбором для встроенных в дисплей сканеров отпечатков пальцев на долгие годы. Однако ультразвуковым сканерам может потребоваться больше времени, чтобы перейти к более доступным ценам.
Криптография и безопасная обработка
Хотя большинство сканеров отпечатков пальцев основаны на очень похожих аппаратных принципах, дополнительные компоненты и программное обеспечение также могут играть важную роль в том, как продукты работают и какие функции доступны потребителям.
К физическому сканеру прилагается специальная микросхема. Он интерпретирует отсканированные данные и передает их в полезной форме на главный процессор вашего смартфона. Разные производители используют немного разные алгоритмы для определения ключевых характеристик отпечатков пальцев, которые могут различаться по скорости и точности.
Обычно эти алгоритмы ищут места, где ребра и линии заканчиваются или где ребро разделяется на две части. В совокупности эти и другие отличительные признаки называются мелочами. Если отсканированный отпечаток пальца соответствует нескольким из этих деталей, он будет считаться совпадением. Вместо того, чтобы каждый раз сравнивать весь отпечаток пальца, сравнение мелких деталей снижает вычислительную мощность, необходимую для идентификации каждого отпечатка. Кроме того, это помогает избежать ошибок, если отсканированный отпечаток смазан. Это также позволяет расположить палец не по центру или идентифицировать его только по частичному отпечатку.
Конечно, эта информация должна быть надежно защищена на вашем устройстве и защищена от кода, который может ее скомпрометировать. Вместо того, чтобы загружать эти пользовательские данные онлайн, процессоры ARM могут безопасно хранить эту информацию на физическом чипе, используя технологию TrustZone на основе Trusted Execution Environment (TEE). Эта защищенная область также используется для других криптографических процессов и для прямой связи с защищенными аппаратными платформами, такими как сканер отпечатков пальцев. Утвержденные части личной информации, такие как ключ пароля, могут быть доступны только приложениям, использующим клиентские API TEE.
Подход Qualcomm к этому заложен в его архитектуре Secure MSM и Secure Processing Unit (SPU). Apple, с другой стороны, называет это «безопасным анклавом». В любом случае, он основан на том же принципе хранения этих защищенных данных в отдельной части процессора. Там к нему не могут получить доступ приложения, работающие в обычной среде операционной системы.
Альянс FIDO (Fast IDentity Online) разработал надежные криптографические протоколы, которые используют эти защищенные аппаратные зоны, чтобы обеспечить аутентификацию без пароля между оборудованием и службами. Таким образом, вы можете войти на веб-сайт или в интернет-магазин, используя свой отпечаток пальца, и ваши уникальные данные никогда не будут покидать ваш смартфон. Это достигается путем передачи на серверы цифровых ключей, а не биометрических данных.
Сканеры отпечатков пальцев стали очень надежной альтернативой запоминанию бесчисленных имен пользователей, пин-кодов и паролей, хранящихся на наших телефонах. Их растущая скорость, высокий уровень безопасности и скрытый дизайн на дисплее гарантируют, что они останутся с вами, несмотря на растущее внедрение дорогостоящей технологии разблокировки по лицу. Широкое внедрение безопасных мобильных платежных систем означает, что эти сканеры наверняка останутся важным инструментом безопасности в будущем.
Сканеры отпечатков пальцев для смартфонов, планшетов, ноутбуков и др.
Стэнли Гуднер – бывший журналист Lifewire, который пишет об аудиооборудовании, управлении музыкой, компьютерном оборудовании и других потребительских технологиях.
В этой статье
Перейти к разделу
Сканер отпечатков пальцев – это тип электронной системы безопасности, которая использует отпечатки пальцев для биометрической аутентификации, чтобы предоставить пользователю доступ к информации или подтвердить транзакции.
Раньше сканеры отпечатков пальцев в основном появлялись в фильмах и сериалах или читались в научно-фантастических романах. Но те времена, когда воображение превосходило человеческие инженерные способности, давно прошли — сканеры отпечатков пальцев использовались десятилетиями! Сканеры отпечатков пальцев не только становятся все более распространенными в новейших мобильных устройствах, но и постепенно проникают в повседневную жизнь. Вот что вам следует знать о сканерах отпечатков пальцев и о том, как они работают.
Что такое сканеры отпечатков пальцев (также известные как сканеры отпечатков пальцев)?
Человеческие отпечатки пальцев практически уникальны, поэтому с их помощью можно успешно идентифицировать людей. Не только правоохранительные органы собирают и ведут базы данных отпечатков пальцев. Многие виды профессий, требующие профессиональной лицензии или сертификации (например, финансовые консультанты, биржевые маклеры, агенты по недвижимости, учителя, врачи/медсестры, охранники, подрядчики и т. д.), требуют снятия отпечатков пальцев в качестве условия приема на работу. Также принято сдавать отпечатки пальцев при нотариальном заверении документов.
Благодаря достижениям в области технологий сканеры отпечатков пальцев (также называемые «считывателями» или «датчиками») стали еще одной (дополнительной) функцией безопасности для мобильных устройств. Сканеры отпечатков пальцев являются одними из последних в постоянно растущем списке способов блокировки и разблокировки смартфонов — пин-коды, коды шаблонов, пароли, распознавание лиц, определение местоположения, сканирование радужной оболочки глаза, распознавание голоса, надежное соединение Bluetooth или NFC. Зачем использовать сканер отпечатков пальцев? Многим он нравится за безопасность, удобство и футуристический вид.
Сканеры отпечатков пальцев фиксируют узор из выступов и впадин на пальце. Затем информация обрабатывается программным обеспечением для анализа/сопоставления образов устройства, которое сравнивает ее со списком зарегистрированных отпечатков пальцев в файле. Успешное совпадение означает, что личность была подтверждена, и доступ был предоставлен. Способ захвата данных отпечатков пальцев зависит от типа используемого сканера:
- Оптический датчик. Сканеры этого типа в основном создают ксерокопию пальца. Многие подсвечивают палец, чтобы обеспечить четкий контраст линий, поскольку светочувствительный сканер (обычно датчик изображения или светочувствительный микрочип) записывает информацию для создания цифрового изображения. Многие сканеры отпечатков пальцев, подключаемые к ПК, используют оптические датчики.
- Емкостной датчик. Вместо света емкостные сканеры используют электричество (вспомните, как работают сенсорные экраны) для определения отпечатков пальцев. Когда палец ложится на сенсорно-емкостную поверхность, устройство измеряет заряд; гребни показывают изменение емкости, в то время как впадины практически не вызывают никаких изменений. Датчик использует все эти данные для точного отображения отпечатков. В большинстве смартфонов со сканерами отпечатков пальцев используются емкостные датчики.
- Ультразвуковой датчик. Подобно тому, как летучие мыши и дельфины используют эхолокацию для поиска и идентификации объектов, ультразвуковые сканеры работают с помощью звуковых волн. Аппаратное обеспечение предназначено для отправки ультразвуковых импульсов и измерения степени их отражения. Выступы и впадины по-разному отражают звук, поэтому ультразвуковые сканеры могут создавать подробную трехмерную карту узоров отпечатков пальцев. В настоящее время создаются прототипы ультразвуковых датчиков (например, Qualcomm Technologies, Inc.) и тестируются для использования в мобильных устройствах.
Анализ отпечатков пальцев
Возможно, вы сейчас смотрите на кончики своих пальцев и удивляетесь, как сканеры могут так быстро определить совпадение или нет. Десятилетия работы привели к классификации мелочей отпечатков пальцев — элементов, которые делают наши отпечатки пальцев уникальными. Хотя в игру вступают более сотни различных характеристик, анализ отпечатков пальцев в основном сводится к нанесению точек, где гребни резко заканчиваются и разветвляются на две ветви (и направление).
Объедините эту информацию с ориентацией общих рисунков отпечатков пальцев — арками, петлями и завитками — и вы получите довольно надежный способ идентификации людей. Сканеры отпечатков пальцев объединяют все эти точки данных в шаблоны, которые используются всякий раз, когда требуется биометрическая аутентификация. Собранный больший объем данных помогает обеспечить большую точность (и скорость) при сравнении различных наборов отпечатков.
Сканеры отпечатков пальцев в повседневной жизни
Motorola Atrix был первым смартфоном со сканером отпечатков пальцев еще в 2011 году. С тех пор эта технологическая функция используется во многих других смартфонах. Примеры включают (но не ограничиваются): Apple iPhone 5S, модели Apple iPad, Apple iPhone 7, Samsung Galaxy S5, Huawei Honor 6X, Huawei Honor 8 PRO, OnePlus 3T, OnePlus 5 и Google Pixel. Вполне вероятно, что со временем все больше мобильных устройств будут поддерживать сканеры отпечатков пальцев, тем более что сканеры отпечатков пальцев уже можно найти во многих повседневных предметах.
Что касается безопасности ПК, то существует множество вариантов сканирования отпечатков пальцев, некоторые из которых уже интегрированы в определенные модели ноутбуков. Большинство ридеров, которые вы можете приобрести отдельно, подключаются с помощью USB-кабеля и совместимы как с настольным компьютером, так и с ноутбуком (как правило, с ОС Windows, но также и с macOS). Некоторые считыватели по форме и размеру ближе к USB-накопителям — на самом деле, некоторые USB-накопители имеют встроенный сканер отпечатков пальцев для предоставления доступа к данным, хранящимся внутри!
Вы можете найти биометрические дверные замки, которые используют сканеры отпечатков пальцев в дополнение к сенсорному экрану/клавиатуре для ручного ввода. Биометрические автомобильные стартовые комплекты, устанавливаемые в автомобилях в качестве дополнительного аксессуара, используют сканеры отпечатков пальцев для добавления еще одного уровня безопасности. Также есть замки и сейфы со сканером отпечатков пальцев. И если вы когда-нибудь планируете поездку в Universal Studios, вы можете арендовать бесплатную камеру хранения, которая использует отпечатки пальцев вместо физических ключей или карт. Другие тематические парки, такие как Мир Уолта Диснея, сканируют отпечатки пальцев при входе в целях борьбы с подделкой билетов.
Популярнее, чем когда-либо (несмотря на опасения)
Ожидается, что применение биометрии в повседневной жизни будет расти, поскольку производители разрабатывают новые (и более доступные) способы внедрения этой технологии. Если у вас есть iPhone или iPad, возможно, у вас уже были полезные разговоры с Siri. Динамик Amazon Echo также использует программное обеспечение для распознавания голоса, предлагая множество полезных навыков через Alexa. Другие динамики, такие как Ultimate Ears Boom 2 и Megaboom, интегрировали распознавание голоса Alexa через обновления прошивки. Во всех этих примерах используется биометрия в форме распознавания голоса.
Неудивительно, что с каждым годом появляется все больше продуктов, предназначенных для взаимодействия с нашими отпечатками, голосами, глазами, лицами и телом. Современные фитнес-трекеры уже могут отслеживать сердцебиение, кровяное давление, режим сна и движения в целом. Это лишь вопрос времени, когда аппаратное обеспечение фитнес-трекера станет достаточно точным, чтобы идентифицировать людей с помощью биометрических данных.
Тема использования отпечатков пальцев для биометрической аутентификации вызывает горячие споры, и люди спорят о серьезных рисках и значительных преимуществах в равной степени. Поэтому, прежде чем вы начнете использовать новейший смартфон со сканером отпечатков пальцев, вы можете взвесить некоторые варианты.
Позволяет быстро и легко открывать устройства одним пальцем.
Отличный способ идентифицировать уникальных людей.
Чрезвычайно сложно подделать/копировать.
Практически невозможно угадать/взломать.
Вы не можете забыть свой отпечаток пальца.
Не совсем надежный.
Не удается получить новые отпечатки.
Повреждения пальцев могут помешать успешному сканированию и лишить доступа авторизованных пользователей.
Использование сканеров отпечатков пальцев в потребительской электронике все еще является новым явлением, поэтому мы можем ожидать, что со временем будут установлены стандарты и протоколы. По мере развития технологии производители смогут настраивать и улучшать качество шифрования и безопасности данных, чтобы предотвратить возможную кражу личных данных или неправомерное использование украденных отпечатков пальцев.
Несмотря на проблемы, связанные со сканерами отпечатков пальцев, многие считают их более предпочтительными, чем ввод кодов или шаблонов. Простота использования на самом деле приводит к тому, что мобильные устройства больше защищены в целом, поскольку люди скорее проведут пальцем, чтобы разблокировать смартфон, чем запомнят и наберут код. Что касается страха перед преступниками, отрубающими пальцы обычным людям, чтобы получить доступ, то это скорее голливудская и (иррациональная) реклама в СМИ, чем реальность. Больше беспокойства, как правило, вызывает случайная блокировка доступа к вашему собственному устройству.
Заблокирован с помощью сканера отпечатков пальцев
Несмотря на то, что сканеры отпечатков пальцев, как правило, довольно точны, может быть ряд причин, по которым они не разрешат ваш отпечаток. Вероятно, вы пытались вернуться к своему телефону во время мытья посуды и обнаружили, что датчики обычно не считывают мокрые пальцы. Иногда это странный глюк. Большинство производителей ожидали, что это время от времени произойдет, поэтому устройства все еще можно разблокировать с помощью паролей, пин-кодов или кодов шаблонов. Обычно они устанавливаются при первой настройке устройства. Поэтому, если палец не сканируется, просто используйте один из других методов разблокировки.
Если вы случайно забыли код устройства в приступе беспокойства, вы можете удаленно сбросить пароли и PIN-коды экрана блокировки (Android). Пока у вас есть доступ к вашей основной учетной записи (например, Google для устройств Android, Microsoft для настольных систем/ПК, Apple ID для устройств iOS), существует способ войти в систему и сбросить пароль и/или сканер отпечатков пальцев. Наличие нескольких средств доступа, а также двухфакторная аутентификация могут повысить вашу личную безопасность, а также уберечь вас от таких забывчивых ситуаций.
Ультразвуковой сканер отпечатков пальцев – это функция биометрической аутентификации, которая дебютировала в телефонах серии Galaxy S10. Ультразвук означает, что он использует звуковые волны для обнаружения трехмерного изображения отпечатка пальца.
Для сканеров отпечатков пальцев, поддерживающих биометрическое сканирование, вы войдете на удаленный сервер, отсканируете свои отпечатки пальцев локально, а затем биометрические данные будут переданы на сервер для аутентификации.
Читайте также: