Svaki put kada otključamo mobitel prstom, koristimo biometrijsku tehnologiju. Iako se može činiti kao magija, potkrijepljeno je mnogo znanosti i godina razvoja. Od svih dostupnih opcija, danas se najviše spominje bitka između ultrazvučnih čitača otiska prsta i optičkih senzora, posebno otkako su proizvođači počeli integrirati čitač ispod zaslona.
Izbor između optičkog ili ultrazvučnog senzora nije samo pitanje brzineSigurnost, točnost s mokrim ili prljavim prstom, cijena uređaja, pa čak i obični detalji poput toga koristite li debelu zaštitnu foliju za ekran, sve to igra ulogu. Ako primijetite tromost, naučite ispravite kašnjenje čitača otiska prstaMirno ćemo razložiti kako svaka tehnologija funkcionira, koje vrste senzora otiska prsta postoje i u kojim je situacijama jedna ili druga povoljnija.
Što je čitač otiska prsta i zašto postoji toliko vrsta?
Čitač otiska prsta je sustav koji bilježi jedinstvene grebene vašeg prsta. (vrhove i doline) i pretvara ih u digitalne podatke kako bi se provjerilo jeste li to vi ili ne. Koristi se u mobilnim telefonima, tabletima, prijenosnim računalima, kontroli fizičkog pristupa, bankama, bankomatima, praćenju prisutnosti zaposlenika, granicama i još mnogo toga.
Iako u mobilnim uređajima obično govorimo samo o optičkim ili ultrazvučnimZapravo postoje četiri glavne vrste senzora otiska prsta: optički, kapacitivni, ultrazvučni i termalni. Svi imaju isti cilj (identifikaciju), ali to čine pomoću vrlo različitih tehnika: svjetlosti, struje, zvuka ili temperature.
Trag koji se sačuva nikada nije fotografija točno onakva kakva se čini.Umjesto toga, stvara matematički predložak s karakterističnim točkama vaših grebena (minucije, pore, bifurkacije itd.). Kada stavite prst na njega, senzor generira drugi predložak, a sustav izračunava je li podudaranje dovoljno da vam odobri pristup.
Dva kriterija vladaju ovom igrom: sigurnost i udobnost.Sigurnost znači da ga je teško prevariti (fotografijom, kalupom, lateksom itd.). Udobnost znači da se brzo otključava i rijetko zakaže, čak i ako vam prst nije savršeno poravnat ili ga držite pod kutom.
Ovako funkcionira optički senzor otiska prsta
Optički senzor je veteran, djed biometrije otiska prsta. I ostaje vrlo popularan jer je jeftin, stabilan i relativno jednostavan za integraciju, kako u mobilne uređaje tako i u klasične sustave kontrole pristupa.
Osnovna ideja je snimiti fotografiju vrha prsta s visokim kontrastom.Da bi se to postiglo, modul uključuje zaštitni stakleni sloj, izvor svjetlosti (obično LED diode), prizmu koja usmjerava i reflektira svjetlost, leću i kameru s CCD ili CMOS senzorom koja snima sliku.
Kada stavite prst na staklo, svjetlost obasjava grebene i doline.Grebeni reflektiraju više svjetlosti, a doline manje. Ova razlika u refleksiji rezultira vrlo jasnom crno-bijelom slikom koja se zatim, pomoću analogno-digitalnog pretvarača i nekoliko algoritama, transformira u biometrijski predložak.
U trenutnim mobilnim telefonima s optičkim čitačem ispod zaslonaZaslon se nakratko osvijetli (obično bijelim ili zelenim bljeskom) kako bi osvijetlio prst odozdo, a mala kamera integrirana u ploču snima sliku. Stoga, ako je zaslon jako prljav ili ima debelu, nekvalitetnu zaštitu, može imati više poteškoća s točnim očitavanjem otiska prsta. Neki uređaji čak imaju skrivene značajke za poboljšanje interakcije, poput mogućnosti koristite tajni gumb na čitaču otiska prsta u određenim firmwareima.
Ove vrste senzora zahtijevaju upravljačku i procesnu elektroniku (MCU ili DSP) koji upravlja osvjetljenjem, poboljšava sliku, binarno je obrađuje, izdvaja značajke i uspoređuje ih s bazom podataka. Komunikacija s ostatkom sustava obično se odvija putem UART-a, SPI-ja ili USB-a u profesionalnim uređajima.
Prednosti optičkog senzora
Jedna od velikih prednosti optičkog senzora je njegova cijena.Znatno su jeftiniji za proizvodnju od kapacitivnih ili ultrazvučnih senzora i zato ostaju kraljevi u rješenjima velikih količina: kontrola pristupa, terminali za mjerenje radnog vremena, banke, elektronički identifikacijski dokumenti itd.
Također se ističu svojom dostupnošću i tehnološkom zrelošću.Desetljećima ih koriste organi za provedbu zakona, registraciju birača, graničnu kontrolu i bankomati. Jednostavni su za instalaciju, relativno neoštećeni i nude brzo vrijeme obrade.
Na mobilnim uređajima, optički čitač na zaslonu uglavnom je brz i prilično konzistentan. Ako je prst suh i čist. Mnogi korisnici smatraju da se otključava brzo i s malo neuspjelih pokušaja, posebno na uređajima s dobro podešenim softverom.
Još jedna prednost im je što mogu nastaviti funkcionirati čak i s napuknutim zaslonom.Pod uvjetom da lom ne utječe kritično na područje senzora ili unutarnju optiku. Drugim riječima, udarac koji razbija staklo ne mora nužno značiti gubitak čitača.
Nedostaci i rizici optičkog čitača
Glavna Ahilova peta optičkog senzora je njegova sigurnost od napada lažiranja podataka.Na temelju 2D slike površine, demonstrirani su uspješni napadi korištenjem fotografija visoke rezolucije, silikonskih kalupa ili dobro izrađenog lateksa.
Nadalje, prilično su pažljivi u čišćenju površine i prstiju.Ako ima masnoće, prašine, tragova kreme ili vode, svjetlost se ne reflektira na isti način i slika gubi kontrast, što znači da algoritam može imati više odbijanja (lažno negativnih rezultata).
U izazovnim uvjetima okolineČimbenici poput pretjerane izravne sunčeve svjetlosti, vlage ili intenzivne upotrebe bez održavanja mogu smanjiti performanse loše održavanog optičkog senzora. Stoga se preporučuje redovito čišćenje čitača s fizičkim pristupom. Ako se javljaju česti kvarovi, obratite se stručnjaku. Uobičajeni problemi sa senzorom otiska prsta na Androidu.
Konačno, kod mnogih mobitela proces može biti malo sporiji nego kod dobrog ultrazvučnog čistača.jer ponekad trebate snimiti nekoliko slika i prilagoditi svjetlinu kako biste osigurali da je rezultirajući predložak pouzdan.
Kako radi ultrazvučni čitač otiska prsta
Ultrazvučni čitač čini konceptualni skok: umjesto da vidi otisak, on ga "sluša".Koristi visokofrekventne zvučne valove za stvaranje 3D karte površine vašeg prsta, uključujući njegove reljefe i pore.
U srcu sustava je skup ultrazvučnih pretvaračaNeki emitiraju zvučne impulse, a drugi ih primaju. Kada stavite prst, odašiljač oslobađa mikro-impulse koji prodiru u vanjski sloj kože i reflektiraju se od grebena i unutarnjih struktura poput dermisa.
Razlike u vremenu i intenzitetu odjeka omogućuju nam rekonstrukciju trodimenzionalnog modela otiska prsta, nešto poput malog "radara" vrha prsta. Ovaj model bilježi mnogo bogatije informacije od ravne fotografije: dubinu grebena, pore znoja, teksturu itd.
Mikroprocesor modula pretvara te odjeke u električne signale.Primjenjuje 3D algoritme za snimanje i generira biometrijski predložak. Ovaj predložak se pohranjuje šifrirano u sigurnom području uređaja i koristi se za buduće usporedbe.
Velika prednost je što ultrazvuk prodire bolje od svjetlosti kroz tanke slojeve prljavštine, vode ili masnoćeZato, u teoriji, bolje prepoznaje otiske prstiju čak i ako je vaš prst malo mokar ili prljav, što je vrlo cijenjeno kod vrhunskih mobitela i u zahtjevnim okruženjima.
Prednosti ultrazvučnih senzora
Prva snaga je točnost i robusnost 3D slikeMjerenjem volumena, a ne samo 2D projekcije, napadaču postaje puno teže stvoriti uvjerljivu kopiju vašeg otiska prsta, čak i korištenjem 3D ispisa ili naprednih kalupa.
Ovo bogatstvo informacija čini ultrazvučne skenere sigurnijima. protiv napada korištenjem HD fotografija ili lateksa. Nadalje, mnogi moduli uključuju tehnike detekcije prstiju uživo, analizirajući karakteristike poput pulsnog odziva, mikro-varijacija tlaka ili znakova znojenja.
Još jedna jasna prednost je njegova tolerancija na manje nego savršene uvjete u stvarnom svijetu.Rade prilično dobro s mokrim, malo masnim ili lagano prljavim prstima i manje su osjetljivi na ambijentalno osvjetljenje. Za korisnika to znači manje trenutaka "ponovnog pokušaja".
U mobilnim uređajima, ultrazvučni čitači mogu se integrirati ispod stakla bez potrebe za toliko osvjetljenja.To omogućuje veću slobodu dizajna, poboljšava estetiku (bez fizičkih tipki) i može povećati aktivno područje za čitanje u određenim modelima.
Nedostaci i ograničenja ultrazvuka
Sve to ima svoju cijenu: ultrazvučni moduli su skuplji za proizvodnju.Više komponenti, složenija obrada i stroži zahtjevi za integraciju podižu cijenu, pa su obično rezervirani za srednji do visoki i visoki cjenovni rang.
Potrošnja energije također je obično nešto većaJer te ultrazvučne impulse treba generirati i obraditi. U modernom pametnom telefonu to nije veliki problem, ali je nešto na što treba paziti kod malih ili uređaja s vrlo malom potrošnjom energije.
U praksi, korisničko iskustvo ne odgovara uvijek teorijiNeki korisnici prijavljuju više problema s čitanjem otiska prsta kod određenih modela (na primjer, kod nekih vrhunskih Samsung Galaxy S telefona) nego kod optičkih čitača drugih proizvođača poput Google Pixela, do te mjere da prodaju uređaj zbog frustracije senzorom. Ako vam otisak prsta često ne uspijeva, postoje vodiči kao što su Moj Xiaomi ne prepoznaje moj otisak prsta. što može pomoći pri postavljanju i kalibraciji.
Drugi nedostatak je njegova osjetljivost na pukotine ili nedostatke neposredno iznad područja senzora.Ako zaslon pukne na mjestu gdje se nalazi ultrazvučni modul, širenje valova može biti ozbiljno narušeno, a prepoznavanje se pogoršava ili jednostavno prestaje raditi.
Konačno, određene zaštitne folije za ekran mogu ometati ultrazvuk.Proizvođači obično objavljuju popise kompatibilnih zaštitnika za ekran; njihovo ignoriranje može rezultirati primjetnim padom točnosti.
Kapacitivni i toplinski senzori: ostali igrači u biometrijskom svijetu
Iako se medijska rasprava vodi između optičkih i ultrazvučnih senzora, ne smijemo zaboraviti kapacitivne i termalne senzore.koji još uvijek imaju veliku težinu u prijenosnim računalima, uređajima s visokim stupnjem sigurnosti i specijaliziranim uređajima.
Kako radi kapacitivni senzor otiska prsta
Kapacitivni senzor ne koristi svjetlost ili zvuk, već statički elektricitet.Sastoji se od niza sićušnih kondenzatora (piksela) izrađenih od poluvodičkog materijala poput silicija.
Kada postavite prst, grebeni se približavaju površini senzora. da doline, mijenjajući kapacitet svakog piksela. Sklop za očitavanje mjeri te promjene i pretvara ih u digitalnu sliku reljefa otiska.
Kontroler djeluje na ovu matricu, filtrirajući šum, poboljšavajući sliku i izdvajajući značajke.Zatim uspoređuje generirani predložak s pohranjenim predlošcima koristeći jedinicu za usporedbu koja izračunava rezultat sličnosti.
Ovi senzori postali su vrlo popularni jer su kompaktni, brzi i prilično točni.Zbog toga su idealni za integraciju u gumbe, okvire prijenosnih računala, platne kartice ili mPOS terminale.
Prednosti i nedostaci kapacitivnog čitača
Njegove prednosti uključuju visoku preciznost, malu potrošnju energije i male dimenzije.Podržavaju detekciju dodira i prevlačenja te se smatraju prikladnima za visokosigurnosne aplikacije.
Međutim, imaju nekoliko slabih točakaOsjetljivi su na elektrostatičko pražnjenje (ESD), pretjerano suhi ili ožiljci na prstima mogu uvelike pogoršati očitavanje, a proizvodni trošak je veći nego kod jednostavnih optičkih senzora.
Što nudi termalni senzor otiska prsta?
Termalni senzor je u drugoj ligi: on mjeri temperaturu.Detektira toplinske razlike između grebena kože i zraka koji ostaje u dolinama, koristeći piroelektrični materijal integriran u silicijsku matricu.
Kada stavite prst na njega, tranzistori u tom nizu generiraju električni naboj proporcionalan zagrijavanju i hlađenju., a mikroprocesor stvara digitalni predložak iz tog toplinskog uzorka.
Njegova glavna prednost je što je termovizijsko snimanje vrlo teško lažirati. Može raditi u mokrim ili suhim uvjetima, što ga čini vrlo sigurnim. Koristi se u vrlo osjetljivim sustavima kontrole pristupa, bankama, vozilima i uređajima za provođenje zakona.
Nedostatak im je što su skupi i zahtijevaju više održavanja.Osjetljivi su na ekstremne promjene temperature okoline, a vrijeme obrade može biti nešto dulje nego kod optičkih ili kapacitivnih senzora.
Ultrazvučni vs. optički: usporedba točka po točka
Ako se usredotočimo na ono što zanima mobilnog korisnika, ključna usporedba je između optičkog senzora ugrađenog u zaslon i ultrazvučnog čitača.Oba služe za otključavanje uređaja i autorizaciju plaćanja, ali to čine s različitim snagama.
U tehnologiji snimanja slika, optika dobiva 2D sliku pomoću svjetla Ultrazvučni senzor generira 3D model pomoću zvučnih valova. Ta razlika znači veću količinu informacija za ultrazvučni senzor.
Što se tiče čiste sigurnosti, ultrazvučna tehnologija ima prednost.Trodimenzionalno snimanje i mogućnost otkrivanja živog prsta uvelike kompliciraju korištenje fotografija, kalupa i tehnika lažiranja. S druge strane, optički otisci prstiju pokazali su se ranjivima na napade korištenjem otisnutih otisaka prstiju ili dobro pripremljenih materijala poput lateksa.
Što se tiče točnosti i stope pogrešaka, ultrazvučno snimanje obično nudi manje lažno pozitivnih rezultata. i bolje razlikovanje između stvarnih i lažnih pokušaja. Međutim, ovisno o implementaciji, može imati nešto veću stopu lažnih odbijanja ako softver nije optimiziran.
U svakodnevnoj upotrebi, optičari daju vrlo dobre rezultate s čistim, suhim prstimaIako ultrazvučni skener bolje rukuje mokrim ili malo prljavim prstima, stvarno iskustvo varira ovisno o modelu: neki korisnici hvale ultrazvučni skener, dok su drugi imali više problema nego s optičkim skenerima.
Što se tiče brzine, razlike su se smanjivale.Mnogi moderni ultrazvučni skeneri autentificiraju gotovo trenutno, ali neki dobro kalibrirani optički senzori također se otključavaju velikom brzinom. Razlike su više stvar finog podešavanja nego same tehnologije.
Što se tiče vanjskih čimbenika, ultrazvučna tehnologija je manje osjetljiva na ambijentalno svjetlo.Optičko čišćenje može biti pogođeno refleksijama ili prekomjernom prljavštinom na staklu. Ultrazvučno čišćenje, s druge strane, osjetljivije je na pukotine i određene zaštitne folije za ekran.
U fizičkoj integraciji, oboje može ići ispod ekranaMeđutim, ultrazvučni senzori postali su popularni u vrhunskim uređajima (kao što je Samsung Galaxy S10 serija i noviji modeli), dok optički senzori dominiraju u telefonima srednje klase zbog niže cijene. Samsung, na primjer, u nekim modelima ultrazvučni senzor postavlja u praktičniji položaj od optičkog senzora, što također utječe na percipiranu ergonomiju.
Primjene svake vrste senzora u stvarnom svijetu
Optički senzori ostaju preferirana opcija kada se traži volumen i niska cijena.: nacionalne identifikacijske isprave, registracije birača, sustavi kontrole prisutnosti, granična kontrola, bankomati, osnovna kućna sigurnost itd.
Kapacitivni senzori dominiraju u prijenosnim računalima, tabletima i pametnim telefonima s čitačima na gumbe., platni terminali i sustavi gdje je poželjna ravnoteža između točnosti, male veličine i niske potrošnje energije.
Ultrazvučni senzori postaju sve češći u vrhunskim mobilnim telefonima. za otključavanje i mobilna plaćanja, kao i u rješenjima gdje su sigurnost i tolerancija na mokre ili prljave prste ključne. Qualcomm je, na primjer, razvio module unutar zaslona koji se koriste u nekoliko vodećih uređaja.
Termalni skeneri su rezervirani za niše gdje krivotvorenje mora biti izuzetno teško.: visokosigurnosne kontrole pristupa, sustavi za prijavu na osjetljivu profesionalnu opremu, ulazi vrhunskih vozila ili primjene u provedbi zakona.
Privatnost, sigurnost i rukovanje biometrijskim podacima
Sva ova tehnološka primjena bila bi besmislena kada ne bi štitila nešto temeljno: vašu privatnost.Biometrijski podaci su izuzetno osjetljivi; za razliku od lozinke, vaš otisak prsta ne može se promijeniti ako ga netko ukrade.
Moderni sustavi (i optički i ultrazvučni) pohranjuju predložak vašeg otiska prsta na samom uređaju.Ovaj predložak se obično pohranjuje u sigurnoj enklavi temeljenoj na hardveru, odvojeno od operativnog sustava. Šifriran je i obično se ne šalje na vanjske poslužitelje.
Skener nikada ne sprema fotografiju vašeg prsta takvu kakva jest.već skup numeričkih podataka koji opisuju karakteristične točke. S tim predloškom uređaj može samo provjeriti je li uzorak koji je upravo pročitao dovoljno sličan onome koji je pohranio.
Proizvođači primjenjuju snažnu enkripciju i stroge politike pristupa tim informacijamaminimiziranje kanala kroz koje ti podaci mogu napustiti sigurnu enklavu. Unatoč tome, ostaje ključno odabrati uređaje marki koje nude transparentnost i česta sigurnosna ažuriranja.
Dodatni slojevi se dodaju u korporativnim ili vladinim okruženjima., kao što su višefaktorska autentifikacija (otisak prsta + PIN + kartica), revizija pristupa i, u nekim slučajevima, anonimizacija predložaka kako bi se spriječilo njihovo izravno povezivanje s identitetom bez prethodnih kontrola.
Trenutni izazovi i kuda ide prepoznavanje otiska prsta?
Ni optički ni ultrazvučni senzor nisu savršeni.Oba se suočavaju s izazovima: troškovima, potrošnjom energije, lažnim alarmima, integracijom sa sve tanjim zaslonima i, prije svega, sve sofisticiranijim napadima.
Što se tiče ultrazvuka, izazovi uključuju pojeftinjenje tehnologije.kako bi se dodatno poboljšala brzina snimanja, smanjila potrošnja energije i smanjili problemi sa zaštitnim folijama i pukotinama zaslona.
U svijetu optike, utrka je u tijeku za jačanje obrane od krivotvorenja.Uključite algoritme koji bolje otkrivaju lažne otiske prstiju i održavaju dobre performanse bez povećanja troškova.
Budućnost ukazuje na multimodalna biometrijska rješenjagdje se skeniranje otiska prsta kombinira s prepoznavanjem lica, šarenice ili drugim čimbenicima, s čitačima integriranim izravno u više područja zaslona ili čak beskontaktnim, što je posebno atraktivno u okruženjima s puno prometa. Zapravo, Android 12 DP2 nagovještava novi Pixel telefon sa skenerom u zaslonu, što pokazuje trend integracije.
Također ćemo vidjeti više prisutnosti umjetne inteligencije u samom uređaju., usavršavajući predloške korištenjem, smanjujući pogreške i otkrivajući sumnjive obrasce napada bez potrebe za slanjem podataka u oblak.
I optički i ultrazvučni senzori će nastaviti koegzistirati još dugo vremena.Prva kao pristupačna i dovoljno dobra opcija za većinu korisnika, a druga kao oklada na sigurnost i svestranost u vrhunskim i kritičnim okruženjima, pri čemu se biometrija etablira kao ključni dio načina na koji štitimo svoje podatke i našu digitalnu svakodnevicu.
