Как работает сканер отпечатка пальца на смартфоне: принцип действия, преимущества и недостатки

Сегодня смартфон выполняет не только своё основное назначение, он является местом хранения личной, финансовой, а иногда и корпоративной информации. На защите информации надёжным щитом стоит сканирование отпечатка. Это наиболее точный способ идентифицировать личность человека, несколько уступающий более ранним — сканированию сетчатки глаза, анализу ДНК. Выступы и углубления на коже – папиллярные узоры — образуют рисунок, который уникален у каждого человека. Повреждение кожного покрова не страшно — со временем узор приобретёт прежний вид. Как работает один из самых надёжных защитников нашей информации на телефоне, расскажем в этой статье.

Отпечаток пальца

Раньше сенсорный датчик, обеспечивающих контроль доступа, можно было встретить только в фэнтезийном кино или научно-фантастических романах. Но времена воображения, превосходящие человеческие инженерные способности, уже давно закончились — сканеры отпечатков используются на протяжении десятилетий! Такие технологии становятся более обыденными в новейших мобильных устройствах и постепенно продвигаются в повседневную жизнь.

Что такое сканеры отпечатков пальцев

Отпечатки пальцев каждого человека уникальны, поэтому они успешно идентифицируют людей. Не только правоохранительные органы собирают и поддерживают базы данных отпечатков. Во многих видах профессий, требующих лицензирования или сертификации (например, финансовые консультанты, биржевые посредники, агенты по недвижимости, учителя, врачи и медсестры, охрана, подрядчики и т. д.) применяют отпечатки пальцев в качестве условия работы. Также типично предоставлять эти идентификаторы при нотариальном заверении документов.

Усовершенствования технологий позволили включить считыватель отпечатков на задней крышке или на экране в качестве другой (необязательной) функции безопасности для мобильных устройств. Этот идентификатор можно вручную включить для безопасности (это делается в настройках безопасности), или отключить при необходимости.

Сканер отпечатка пальца появился самым последним из всех способов идентификации. Уже были пин-коды, коды шаблонов, пароли, распознавание лиц, определение местоположения, сканирование диафрагмы, распознавание голоса, надежное соединение Bluetooth/NFC.

Зачем же нужен новый метод защиты, если можно поставить пароль?

Многие пользуются новой технологией защиты для безопасности, удобства и футуристического ощущения.

Принцип работы и типы

Технология, как работают датчики, довольно проста. Сканер захватывает рисунок гребней и долин на пальце. Затем информация обрабатывается программным обеспечением анализа/сопоставления патчей устройства, которое сравнивает его со списком зарегистрированных отпечатков в файле. Успешное совпадение означает, что идентификация проверена. После этого предоставляется доступ к данным.

Метод захвата данных отпечатков зависит от типа используемого сканера:

• Оптический датчик: эти типы датчиков в основном делают фотокопию пальца. Многие освещают палец, чтобы обеспечить четкий контраст линий, поскольку светочувствительный датчик изображения или светочувствительный микрочип записывает информацию для создания цифрового изображения. Многие компьютерные устройства и смартфоны на Андроид и iOS с хорошей камерой для сканирования используют оптические датчики.
• Емкостный датчик: вместо света, эти системы используют электричество (аналогично работают сенсорные экраны), чтобы определить образцы отпечатков пальцев. Как только палец опирается на сенсорную поверхность, устройство измеряет заряд; хребты демонстрируют изменение емкости, а долины практически не меняются. Датчик использует все эти данные для точной печати отпечатков. Большинство смартфонов со сканерами пальцев используют емкостные датчики.
• Ультразвуковой датчик: Подобно тому, как летучие мыши и дельфины используют эхолокацию для поиска и идентификации объектов, ультразвуковые датчики работают через звуковые волны. Аппарат предназначен для отправки ультразвуковых импульсов и измерения количества отскоков назад. Хребты и долины отражают звук по-разному, именно так ультразвуковые сканеры могут создавать подробную 3D-карту отпечатков пальцев. Ультразвуковые датчики в настоящее время прототипируются (например, Qualcomm Technologies, Inc.) и протестированы для использования в мобильных устройствах, например, iPhone.

Плюсы и минусы использования сканеров отпечатков пальцев

Плюсы использования сканеров отпечатков пальцев:

• Простота блокировки и разблокировки одним пальцем.
• Отличный способ идентифицировать уникальных людей.
• Чрезвычайно сложно подделать/дублировать (по сравнению с карточками идентификации/доступа и т. д.).
• Практически невозможно угадать/взломать (по сравнению с пин-кодами, паролями и т. д.), но можно обмануть, далее в статье мы расскажем, как это сделать.
• Пользователь не сможет забыть свой отпечаток пальца (как это часто бывает с паролями, кодами, шаблонами, картами доступа и т. д.).

Минусы использования сканеров отпечатков пальцев:

• Не 100% надежность. Люди с нужными ресурсами, временем и самоотверженностью могут обманывать сканеры фальшивками и/или отпечатками мастера.
• Невозможно получить новые отпечатки. Можно менять/заменять карты, коды и пароли, но нельзя сделать это, если кто-то украдет данные отпечатка пальца.
• Шифрование по-прежнему вызывает сомнения. Безопасность данных зависит от производителя программного обеспечения/оборудования.
• Дефект на пальце может затруднить успешное сканирование и запретить доступ к авторизации пользователям. Даже небольшие недостатки могут создавать трудности. Царапина, укус – все, датчик не работает.
• Микробы. Знаете ли вы, сколько людей коснулись этого общественного сканера, прежде чем это сделали вы? Лучше сначала продезинфицировать его.

Как получить денежный перевод Золотая Корона

Данная технология защиты в электронике потребительского уровня по-прежнему является совершенно новой, поэтому можно ожидать, что стандарты и протоколы будут установлены с течением времени. По мере созревания производители смогут точно настраивать и улучшать качество шифрования и защиты данных, чтобы предотвратить кражу или неправильное использование.

Телефоны с технологией сканирования

Motorola Atrix стала первым смартфоном, который использовал эту технологию защиты, еще в 2011 году. С тех пор появились многие другие телефоны с отпечатком пальца. Примеры включают (но не ограничиваются ими): 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. Вероятно, что еще больше мобильных устройств будут поддерживать сканеры отпечатков пальцев с течением времени.

На большинстве смартфонов уже предустановленна программа для сканирования, но на некоторых моделях придется установить приложение самостоятельно.

Проблемы со считыванием

Несмотря на то, что считыватели считаются довольно точными, может быть несколько причин, по которым не происходит авторизация.

Если перестал работать датчик, может проблема кроется в следующем:

• Влажные или жирные руки.
• Электронный сбой. Нужно перезагрузить устройство.
• Дефект на пальце – царапина, укус и другой след могут стать причиной того, что считыватель не сработает.

Большинство производителей предвосхитили эти моменты, поэтому некоторые устройства все еще могут быть разблокированы паролями, пин-кодами или сканированием диафрагмы.

Поэтому, если палец не сканируется, просто используйте один из других методов разблокировки, которые необходимо заранее добавить.

Некоторые пользователи спрашивают, как разблокировать телефон с отпечатком пальца другого человека?

В принципе, защиту можно обойти. Например, ситуация: муж спит на диване, а жена хочет забраться в его сообщения, поискать компромат. Для разблокировки девайса можно просто прислонить палец спящего мужа. Конечно, такой путь не всегда доступен. Но можно сделать хитрее – найти место, где касался человек и остался его явный след, посыпать пудрой и приклеить скотч. Дальше кусок скотча прислоняется к телефону и, в большинстве случаев, считыватель открывает доступ.

Чем отличаются емкостные, оптические и ультразвуковые сканеры

Оптический, емкостный, тепловой, ультразвуковой, радиочастотный и так далее — технологий сканеров отпечатков пальцев на рынке более чем достаточно. В большей степени, именно от их выбора зависит точность срабатывания сенсора и распознавания пальца. Тем не менее, нельзя упускать из вида и производительность гаджета, которая также играет не самую последнюю роль. От процессора не в последнюю очередь зависит то, насколько быстро устройство узнает своего владельца по пальцу. А вот тройка из основных технологий отпечатков пальцев — однозначно сказать, какой дактилоскопический сканер лучше, нельзя.

Емкостные. Такие сканеры отпечатков пальцев работают на базе массивов конденсаторов, которые хранят электрический заряд. Во время прикосновения пальца к сенсору, заряд каждого конкретного конденсатора меняется, и после анализа всей их сети появляется возможность создать рисунок отпечатка. Выпуклые места на коже явно меняют состояние заряда, а впадины оставляются его практически без изменений — вот и вся «математика». Именно эту технологию компания Apple использует в своих смартфонах, которые оборудованы Touch ID. Она до сих пор считается самой распространенной.

В числе очевидных преимуществ данной технологии — высокая точность, до которой практически не дотягиваются другие решения. Но есть у нее и недостатки. Главный — сегодня ее невозможно встроить в экран, и это делает ее неактуальной для большинства современных гаджетов.

Оптические. Судя по названию, не так сложно догадаться, что данный метод биометрической аутентификации основан на захвате оптического изображения отпечатка пальца. Если утрировать, то сенсор, использующий данную технологию, фотографирует рисунок на коже во время прикосновения и сравнивает его с тем, который был сохранен во время настройки. Для работы такого сканера необходима подсветка — именно поэтому во время его использования экран загорается ярким (обычно зеленым) цветом. Явный пример смартфона, который использует данную технологию, — Xiaomi Mi 9 со сканером отпечатков пальцев в экране.

В числе достоинств данной технологии — небольшая себестоимость, и именно поэтому ее используют в относительно недорогих смартфонах. Среди недостатков нашлось место для не самой высокой безопасности. Так как технология работает с 2D-изображением, обмануть ее проще, чем конкурентов.

Ультразвуковые. Эта относительно новая технология считывания отпечатков пальцев, которая только начинает набирать популярность. Для определения рисунка на коже пальцев во время прикосновения она отправляет в их стороны ультразвук и считывает сигналы, которые вернулись обратно. При длительном сканировании с помощью данного метода вообще можно создать точную трехмерную модель пальца. Тем не менее, и быстрого вполне достаточно для безопасной аутентификации. Яркий представитель «жанра» — Samsung Galaxy Note10, который отличается и другими топовыми технологиями.

В числе преимуществ данного решения — высокая точность. А вот недостатков пара: технология достаточно новая, поэтому иногда «радует» не самой стабильной работой, а еще она все еще очень дорогая, поэтому используется только в топовых решениях компаний из негласной группы AAA.

Принцип действия

Метод получения копии папиллярного узора зависит от типа сканера, который встроен в мобильное устройство. Однако любое устройство, вне зависимости от его типа, обеспечивает следующие операции – получение узора пальца, проверка его совпадения с рисунком из уже имеющейся базы данных. Наиболее распространены три типа:

• Оптический. Этот считыватель наиболее часто применяется в смартфонах. Принцип работы аналогичен работе цифровых «мыльниц». Основой является матрица, которая состоит из светочувствительного диода и автономного источника питания. Попадание пучка света на светочувствительный фотодиод, вызывает образование электрического заряда, пропорциональный интенсивности потока. В результате получается «картинка» с участками разной освещённостью, которая является отображением отпечатка. Если яркость или чёткость, полученного узора недостаточна, то производится повторная проверка.
• Ёмкостной. Работают аналогично сенсорному экрану. При прикосновении пальца происходит изменение ёмкости, которая затем преобразуется в напряжение. Выпуклости дают определённую разность потенциалов, впадины практически нет. На основании этого формируется точный рисунок.
• Ультразвуковой. Как летучие мыши и дельфины ориентируются в пространстве при помощи эхолокации, так и данный датчик работает, используя звуковые волны. Источник постоянно отправляет импульсы в направлении экрана. Отражение волны от выпуклости и впадины происходит по-разному — различно время отражения. На основании этого составляется 3D картинка, которая повторяет папиллярные узоры пальца. Пока такие датчики не используются в мобильных устройствах, поскольку достаточно дорогие. Но работы ведутся.

Если сканирование отпечатка пальца происходит различными методами, то дальнейшая обработка информация одинакова. Она обрабатывается при помощи программного обеспечения, проводится его анализ, сравнение / сопоставление имеющихся в базе отпечатков с получившимся узором. Если получено полное совпадение, то идентификация проведена – вход в устройство разрешён.

Виды технологий сканеров

Существует несколько разных типов сканеров отпечатков пальцев, в зависимости от применяемой технологии. Разберем их по порядку.

• Оптический сканер. Он распознает всю площадь пальца, и задействует матрицу CCD, как и многие камеры. В тех местах, где не проходит свет, датчик сохраняет темные пиксели, образуя рисунок кожи на пальце. Обычно оптический вид датчика оснащен собственным источником света в виде светодиода. Это позволяет создать четкое прозрачное изображение.
• Емкостный сканер. Такую технологию применяют в виде микроскопической схемы конденсаторов. Их еще называют емкостными датчиками. При прикосновении пальца к поверхности датчика, емкость конденсаторов быстро изменяется. Такая технология позволяет обеспечить высокую точность, которая превосходит оптические сканеры. Получить доступ к телефону с таким сканером отпечатков пальцев значительно сложнее.
• Тепловой сканер действует по аналогии с емкостным датчиком. Но вместо конденсаторов применяется термодатчик. Он реагирует на отличие температур гребней кожи пальца и другими участками. Его нельзя обмануть прикосновением похожего куска кожи, так как температура не будет соответствовать сохраненному эталону.
• Ультразвуковой сканер работает на основе интересного явления дифракции. Это рассеяние и отражение волн звука. При касании пальца поверхности датчика, создается ультразвук, не слышимый человеком. Звуковые волны в местах касания гребней кожи и ее впадин ведут себя по-разному. Это дает возможность ультразвуку создать точную копию отпечатка пальца.

Каких типов бывают дактилоскопические сканеры

Оптические сканеры бывают двух основных видов. Что касается первого из них, то он снимает нужную область пальца при посредстве его прикосновения непосредственно к сканеру. Такой тип применяется в «яблочных» смартфонах, начиная с iPhone 5s. В отношении второго типа отметим, что в этом случае пользователь проводит пальцем по оптическому сканеру. В результате получается серия снимков, которые программным обеспечением объединяются в один. Этот тип какое-то время использовала в своих продуктах компания Samsung, однако, со временем она перешла на первый тип, поскольку он более удобен, хотя и более дорогостоящий. Основной недостаток оптического дактилоскопического сканера является уязвимость к царапинам и загрязнению. Также его можно «обвести вокруг пальца» при помощи слепка фаланги пальца.

Стоит также отметить о полупроводниковом типе сканера отпечатка пальца, который в смартфонах не применяется по целому ряду причин. Его невозможно обмануть с помощью слепка пальца. Еще одним типом дактилоскопических сканеров является ультразвуковой сканер. Он отличается большой перспективой развития, а действует он по принципу медицинского УЗИ. Обмануть его практически нереально, так как он способен проникнуть в эпидермальный слой кожи, которые уникален.

Следует отметить, что сканеры могут быть размещены в разных частях смартфона. Многие производители устанавливают сканер отпечатков пальцев на тыльной панели, недавно пошла мода на боковую грань, а компания HMD подготавливает свой новый флагман с интегрированным сканером в дисплей.

Зачем нужен сканер отпечатков пальцев на смартфоне

Рассматриваемая технология для телефонов имеет сложную структуру, и значительно повышает стоимость мобильного устройства. Есть ли выгода от такой дорогостоящей функции, разберемся по ее работе.

• Высокий уровень защиты информации. Если вы решили скрыть от посторонних лиц личную информацию на мобильном телефоне, активируйте специальные функции. В результате данные станут доступными только после идентификации владельца по отпечатку пальца.
• Быстрое управление разными функциями. Дактилоскопический датчик настраивается таким образом, что при касании пальца открывается доступ к проведению оплаты и вход на портал с зарегистрированной учетной записью.
• Закрытие доступа к приложениям. Сканер отпечатков пальцев на смартфоне удобен для блокировки приложений. При этом дети не смогут запустить приложение.
• Быстрый прием вызова абонента. Если подержать палец на датчике сканера, то можно сразу отвечать звонящему человеку.
• Удобное использование камеры. Сканер отпечатков пальцев на смартфоне можно задействовать для фото- и видеосъемки. Это удобно, когда создается селфи.
• Выключение будильника. Данная функция позволяет быстро отключить звонящий будильник легким касанием пальца датчика сканера.

Кроме указанных возможностей, дактилоскопический сканер можно настроить по типу тачпада. После этого его можно использовать для работы с некоторыми приложениями в телефоне. Например, для быстрого запуска настроек или перехода на домашний экран.

Настройка сканера на телефоне

Включается датчик на большинстве устройств Android примерно одинаково. Для этого необходимо:

• Войти в настройки.
• Перейти в раздел «Безопасность», затем – в «Блокировку экрана». На некоторых моделях выключатель функции расположен в «Расширенных настройках».
• Найти что-нибудь типа Fingerprint, «Управление отпечатками пальцев», «Замок приложений», «Экран блокировки и отпечаток пальца», «Безопасность и отпечаток», «Жесты сканера отпечатков» или «Блокировка и отпечаток».
• Задать PIN-код, который будет использоваться в случае несрабатывания.
• Выбрать «Отпечаток №1» (если нужно несколько, потом можно нажать на «Добавить отпечаток»).
• Несколько раз прикоснуться к сканеру одним пальцем, пока не появится подтверждение готовности или разблокировки экрана (вид сообщения тоже зависит от модели).

На некоторых устройствах реализована функция менеджера отпечатков, войдя в который можно задать несколько образцов.

В качестве рекомендации можно посоветовать немного изменять положение пальца на площадке сканера так, чтобы он имел возможность охватить максимум площади. Тогда ошибок срабатывания будет меньше. И еще – не используйте большой и указательные пальцы. Их отпечатки злоумышленники легко могут найти, а вот мизинец и безымянный отпечатков на предметах почти не оставляют. Если владелец правша, лучше использовать отпечаток пальца левой руки и наоборот.

Настройка отпечатка для подтверждения платежей в Google Play

Подтверждение платежей с помощью отпечатка пальца уже становится трендом. Чтобы подключить функцию, нужно:

• Войти в магазин Google Play.
• Открыть настройки.
• Найти пункт «Аутентификация по отпечатку» и поставить рядом галочку.
• Включить обязательную аутентификацию для покупок.

Такая аутентификация удобнее и безопаснее, чем традиционные способы подтверждения оплаты. Но все же не рекомендуется пользоваться сканером для авторизации в платежных сервисах и банковских приложениях.

Виды сканеров и их отличия

На сегодняшний день существует несколько видов сканеров на мобильных устройствах. Несмотря на это, каждый из них работает по одному принципу – распознает узоры пальца и в случае попытки разблокировки устройства незнакомым «рисунком» блокирует доступ к данным.

Итак, различают четыре вида Touch ID:

• Оптический. Его цель: снять всю панель пальцев. Для этого используется CCD-матрица, которая входит в состав большинства камер. В тех местах, куда не проходит свет, фиксируются черные пиксели, таким образом и создается модель отпечатка подушечки. Многие оптические разработки включают в себя встроенный источник света, как правило, светодиодный. Это сделано для того, чтобы создать максимально прозрачное изображение.
• Емкостный. В этом сканере вместо матрицы работают небольшие схемы конденсаторов или емкостных датчиков. Такой вид устройств намного эффективнее оптических, так как во время прикладывания подушечки к считывателю происходит мгновенное изменение емкости отдельных конденсаторов, которые гораздо сложнее обмануть.
• Тепловой. По принципу своей работы он похож на емкостный, отличие лишь в том, что в своей работе он использует не конденсаторы, а тепловые датчики, которые распознают разницу температуры между гребнями и долями пальца.
• Ультразвуковой. Он работает на основе такого явления, как дифракция – иными словами, на отражении и рассеивании звуковых волн. Дело в том, что когда пальцевая подушечка соприкасается с таким сканером, то она начинает генерировать неслышимые нашим ухом звуки. Гребни и впадины в пальце издают совершенно разные звуки, поэтому такое устройство сможет создать максимально точный узор.

Насколько высок уровень безопасности

Нельзя говорить о 100% безопасности, так как Touch ID не сканирует весь отпечаток, а проверяет только часть узоров. Это могут быть некоторые особенные ветвления или раздвоения, а также расстояния между кривыми и ровными линиями. Это делается для того, чтобы ускорить и упростить процесс распознавания.

Алгоритм, встроенный в устройство, открывает доступ к данным, если 40% отпечатка совпадает с сохраненным в памяти. Считается, что этого достаточно, чтобы обезопасить смартфон от злоумышленников, но все же риск, что они смогут подделать отпечаток, остается.

Итак, нужно понимать, что технология Touch ID – это не панацея, а лишь одно из средств, которое может помочь сохранить конфиденциальные данные в целостности и сохранности. Действительно, сканер пальца является полезной функцией, но она скорее создана для удобства, чтобы не вводить пароль, а просто приложить палец к нужному месту и начать пользоваться смартфоном.

Установка блокировки по отпечатку с помощью App Lock

С помощью данного приложения блокировка на Android по отпечатку пальца превращается в незаметно, но быстро и эффективно действующую функцию. Поддерживает 10 языков и даже после перезагрузки гаджета запускается автоматически и защищает заблокированные приложения.

Детальная инструкция

Использование утилиты предполагает следующий порядок действий:

• Сначала программу нужно скачать и установить. Она бесплатна и представлена в Google Play.
• При первом входе утилита предлагает установить PIN-код или графический пароль, а затем добавить email.
• Появится список всех программ, установленных на устройстве, а также не/заблокированных. Рядом с каждой находится переключатель в виде ползунка, сдвинув который можно включить или снять блокировку.
• Войти в настройки приложения и включить сканер отпечатков.

В настройках можно задать время повторного включения (автоматического) после разблокировки. Здесь же есть вкладка «Скрыть фото», которая открывает доступ в магазин, чтобы скачать программу Keepsafe фотосейф. Она позволяет сделать то, чего не может вышеуказанная программа отпечаток пальца на Android – защитить папки с фото и видео. Но сканера в ней нет.

Преимущества и недостатки такого способа доступа

Неоспоримым плюсом доступа от сканирования отпечатка пальца является обеспечение безопасности:

• Простота. Доступ осуществляется небрежным движением одного пальца.
• Сложность подделки или дублирования по сравнению с карточками.
• Невозможность подделки, случайного угадывания, вычисления или взлома, в отличии от pin-кода, пароля.
• Невозможность забыть, ошибиться при вводе, как это часто случается при вводе пароля.

Но, как и в любом, тем более достаточно новом способе доступа, есть свои минусы:

• 100% надёжность под вопросом. Люди, которые задались целью получить доступ могут использовать слепок фаланги пальца, фальшивку.
• Невозможность изменить свои отпечатки при несанкционированном доступе, как это легко сделать при смене пароля, pin-кода.
• Пока вызывает сомнение само шифрование, которое зависит от качества программного обеспечения, его «дыр».
• Проблемы авторизации пользователя могут вызвать раны, порезы на пальцах, загрязнение, царапины экрана. Любые, даже малые дефекты, могут затруднить доступ.
• Вы когда-нибудь задумывались – сколько человек до вас пользовались общественным сканером? Надо подходить к нему с дезинфицирующими салфетками.

Если возникли проблемы считывания

Если вы не можете войти в своё устройство, то не стоит ругать производителей. Может дело в следующем:

• У вас на руках влага, налёт жира.
• Произошёл сбой программного обеспечения, самого устройства. Требуется перезагрузка.
• Вы поранили, поцарапали палец, на нём след укуса насекомого или другой дефект.

Производители предусмотрели такие моменты, поэтому в любое устройство можно активизировать, воспользовавшись введением пароля, pin-кода. Как было сказано, данная технология защиты устройств потребительского уровня, довольно новая. Поэтому стандарты, протоколы по мере развития будут совершенствоваться, устраняться ошибки. Повысится точность настройки, будет улучшено качество шифрования, отработана защита данных, которая предотвратит кражу данных.