Ложные срабатывания сканера отпечатков пальцев. Сканер отпечатков пальцев на смартфоне: настройка и использование

У любого сканера отпечатков пальцев есть две функции: получить изображение отпечатка и проверить его узор на совпадение с другими узорами в базе данных. В современных смартфонах используются оптические сканеры. Они работают по тому же принципу, что и небольшие цифровые фотоаппараты. Снимок делается с использованием микросхемы, состоящей из светочувствительных фотодиодов и автономного источника освещения — матрицы светодиодов, которая подсвечивает узоры на пальце.

При попадании света фотодиоды создают электрический заряд, запечатлевая отдельный пиксель на будущем снимке. В зависимости от количества попадающего света, интенсивность цвета пикселя меняется. Совокупность пикселей разной интенсивности и образует на сканере снимок отпечатка пальца. Перед тем как начать сверять отпечаток, сканер проверяет качество изображения, а именно его яркость и четкость. Если снимок слишком яркий или темный, настраивается длительность выдержки сканера, и процесс повторяется вновь.

После того как отпечаток получен, он анализируется с помощью специального программного обеспечения. Для определения особенностей папиллярных узоров ПО использует сложные алгоритмы. Всего выделяют три типа узоров: дуговые, петлевые и завитковые. Определив тип узора, сканер идентифицирует окончания линий узоров, например, разрывы и раздвоения — именуемые минуциями. Именно они и являются уникальными и позволяют по отпечатку пальца идентифицировать его владельца. Сканер определяет положение минуций относительно друг друга на каждом снимке: он разбивает отпечаток на небольшие блоки 9х9 пикселей, каждый из которых содержит определенное число минуций. Координаты обнаруженных минуций и их углы ориентации записываются в вектор. Затем идентичные блоки со сканера и снимков из базы данных сопоставляются, и если узоры в них идентичны, то отпечатки пальцев принадлежат одному и тому же владельцу. Стоит отметить, что сканеры не анализируют каждую линию узора: они находят лишь одинаковые закономерности в небольшом количестве блоков и по ним устанавливают сходство.

Существует два основных типа оптических сканеров. Первый делает снимок нужной области пальца при прикосновении к сканеру. Этот тип используется в смартфонах Apple, начиная с iPhone 5s.

Второй тип оптического сканера предполагает проведение по нему пальцем. Он делает серию снимков и программно объединяет их воедино. Такой сканер нашел свое применение в Samsung . Но в последующих моделях он был заменен на первый тип, который является более удобным, но и более дорогим в силу необходимости использования большей матрицы.

Общим недостатком оптических сканеров является подверженность загрязнению и царапинам. Кроме того, такой сканер можно обмануть с помощью слепка фаланги пальца.

Touch ID начал впервые устанавливать на iPhone 5S в 2013 году. Позже сканером оснащали новые модели iPhone, iPad и MacBook Pro.

На данный момент существует 2 поколения датчиков, которые используются в технике Apple:

Touch ID 1-го поколения применяется в:

iPhone 5s;
iPhone 6/6 Plus;
iPhone SE;
iPad Air 2;
iPad mini 3/4;
iPad Pro 12.9″ (первого поколения 2015 года выпуска);
iPad Pro 9.7″;
iPad 2017/2018.

Более быстрый Touch ID 2-го поколения устанавливается в:

iPhone 6S/6S Plus;
iPhone 7/7 Plus;
iPhone 8/8 Plus;
iPad Pro 10.5″;
iPad Pro 12.9″ (второго поколения 2017 года выпуска);
MacBook Pro 2016/2017.

Поколения сенсоров отличаются лишь скоростью срабатывания, но не степенью распознавания отпечатков. Описанные ниже особенности и приемы будут работать с Touch ID обоих поколений.

Что влияет на работу Touch ID

Дактилоскопический датчик в момент появления в iPhone 5s был на головы выше доступных решений у конкурентов. Разработчикам удалось создать устройство, корректно считывающее отпечаток владельца довольно быстро и с высокой точностью.

Через два года датчик доработали, вдвое сократив время срабатывания сенсора.

На работу датчика определенно влияет загрязнения и жидкости. Максимальная точность срабатывания гарантирована при чистой поверхности сенсора и отсутствии жира, грязи и воды на пальце. Несмотря на это, сканер требует ежедневной чистки лишь при очень сложных условиях эксплуатации.

Большинству пользователей не нужно протирать Touch ID или мыть и вытирать руки перед использованием смартфона.

Что не влияет на работу Touch ID

На работу датчика не влияет температура окружающей среды и влажность. Даже если пользоваться устройством на холоде, когда кожа на пальцах немного сжимается, несущественное изменение отпечатков пальцев не окажет серьезного влияния на работу Touch ID.

Не влияет на скорость срабатывания состояние батареи смартфона и уровень её заряда. Некоторые пользователи ошибочно считают, что датчик с заряженным аккумулятором работает лучше.

Нет подтвержденных доказательств наличия системы обучения Touch ID, когда многократное прикосновение к сенсору в меню повышает точность срабатывания сенсора. В данном меню это предназначено лишь для индикации введенного отпечатка пальца.

Как же тогда повысить точность Touch ID

Суть метода заключается в том, чтобы добавить несколько отпечатков одного пальца, но под разными углами и в разных положениях. Если в смартфоне не введены отпечатки пальцев жены/мужа, детей или родственников, можно забить все пять слотов своими данными.

Используйте либо два отпечатка для нерабочей руки и три для рабочей, либо вовсе четыре для рабочей и один для нерабочей.

1. Перейдите в Настройки – Touch ID и код-пароль и удалите имеющиеся отпечатки пальцев.

2. Теперь добавьте новый отпечаток для той руки, которой чаще всего держите смартфон. При добавлении отпечатка старайтесь прижимать к сенсору верхнюю часть подушечки пальца.

3. Добавьте другой отпечаток и снова вводите тот же палец, но большую часть касаний осуществляйте уже нижней частью подушечки пальца.

4. Добавьте третий отпечаток для этого же пальца, но смартфон при этом держите не в руке обычным хватом, а в наиболее привычном месте, например, вынимая iPhone из кармана.

5. Теперь можете добавить два отпечатка для большого пальца второй руки или лишь один такой отпечаток, а последним закрепить палец главной в еще одном нетипичном положении, например, нажимая на смартфон в автомобильном держателе.

Добавляя два отпечатка на один палец (один для верха подушечки, а второй – для низа) можно внести в память аппарата большую площадь кожного покрова. При добавлении отпечатка в особом положении (вынимая из кармана, в держателе или на столе) мы обучаем сенсор распространенному нажатию под определенным углом.

Такой нехитрый способ позволит свести к минимуму процент ложных срабатываний датчика Touch ID.

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

Формирование папиллярных узоров

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

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

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

Как работает сканер отпечатков

Сканер отпечатков пальцев должен выполнить два действия:

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

Сканирование

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

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

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

Анализ отпечатка

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

Можно разделить все узоры на три основных типа:

дуговые,
петлевые
завитковые.

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

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

Виды сканеров отпечатка пальца

Оптические сканеры бывают двух видов:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типы сканеров отпечатков пальцев

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

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

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

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

Какой сканер отпечатка пальца лучше?

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

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

Так что же такое сканер отпечатков пальцев?

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

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

Оптические сканеры;
Емкостные сканеры;
Ультразвуковые сканеры.

Оптические сканеры

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

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

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

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

Емкостные сканеры

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

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

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

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

Ультразвуковые сканеры

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

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

Алгоритмы обработки отпечатков

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

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

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

Сканеры отпечатков пальцев стали довольно безопасной альтернативой запоминанию бесчисленных логинов и паролей, а для безопасных платежных операций сканеры и вовсе со временем станут очень распространенным и важным инструментом безопасности.

Товары, которые могут вас заинтересовать:

Global Version означает, что товар выпущен для мирового рынка, и соответствует международным стандартам качества.

Ростест - это знак сертификации, который гарантирует, что устройство соответствует всем российским нормам и стандартам по охране окружающей среды и здоровья пользователей. Каких-либо дополнительных отличий или преимуществ перед другими устройствами данный знак не предполагает.

Global Version означает, что товар выпущен для мирового рынка, и соответствует международным стандартам качества.