iPhone во многом изменили нашу жизнь. Да и не только они — смартфоны в целом! Но есть, как нам кажется, очень важная вещь, которую Apple сделала модной, а именно безопасность и приватность. Сейчас конечно все производители, и сами Apple в частности, постоянно кричат о безопасности, но в 2013 году именно они, с появлением iPhone 5s, сделали популярным сканер отпечатка пальцев.
Они действительно сделали модной идею что “мой” телефон — это именно “мой” телефон: только я с помощью своего уникального отпечатка пальца смогу его разблокировать. Только у меня есть доступ к моим фото, сообщениям и истории браузера.
К сожалению, реальность как всегда иначе. Наши данные, постоянно утекают во всевозможные места, телефоны взламываются, а история браузера известна вообще всем! Но само наличие сканера отпечатка или сканера лица, как минимум, дает нам ощущение безопасности и сохранности своих данных. Но сегодня мы поговорим именно о сканере отпечатка. Так как же он работает?
Посмотрим на то, какие бывают типы сканеров отпечатка пальцев в телефонах. Разберемся, как они устроены, и посмотрим на то — какими бывают наши пальчики! Да и вообще мы копнем глубоко и разберемся в том какая бывает биометрия и идентификация личности в принципе!
Что такое биометрия и какая она бывает?
Если задуматься, то человек сам по себе отличный биокомпьютер, который умеет распознавать знакомых ему людей вокруг. Если мы раньше встречали кого-то, то скорее всего, запомним то, как он выглядел. Как минимум, у нас отложиться в памяти его лицо. Но вот если мы хорошо знаем кого-то, то уже можем подтвердить для себя его личность множеством разных способов.
Мы знаем лицо человека, его голос, интонации разговора, мы можем понимать почерк человека, а иногда можем даже понять, что за человек перед нами, только по тому как он идет. Но все-таки человек — это не компьютер. Научить компьютер распознавать личность гораздо сложнее, но зато у него гораздо больше возможностей это делать, да и точность повыше! Вообще биометрия — это наука, о том, как распознать человека по его физическим и поведенческим чертам!
Понятное дело, что в случае доступа к вашим данным про анализ поведения мы не говорим, а вот какие бывают уникальные физические особенности каждого человека?
Лица
Тут мы конечно же сразу вспомним форму лица и iPhone с его FaceID. Там используется ИК-проектор и детектор, который считывает форму лица. Также у многих Android-телефонов есть анализ просто изображения с камеры.
Наше лицо действительно уникальное. В целом, даже у близнецов оно отличается в маленьких деталях. Однако компьютеру часто необходимо много времени для повышения точности, чтобы различить эти маленькие детали. Тут надо найти правильный баланс между точностью распознавания и скоростью срабатывания.
Поэтому Apple и дает шанс ошибки примерно 1 к миллиону. Но какие еще есть методы? Их сильно больше? чем мы привыкли думать.
Рисунок вен
Оказывается, структура и расположение вен в наших ладонях и пальцах также является уникальной, так что в теории, можно просвечивать пальцы и таким образом подтверждать личность! Например, LG со своим G8 пытались внедрить такой сканер, но работало это так себе — мы проверяли!
Есть даже специальные детекторы, которые умеют этот рисунок вен распознавать. Они просвечивают вашу руку инфракрасным светом и регистрируют рисунок вен. Тут уже говорят об ошибке — 1 к трем миллиардам!
Голос
Конечно же компьютер, как и человек, умеет еще анализировать голос. Но уж точно нельзя сказать, что это надежный метод идентификации сам по себе. Можно вспомнить любой фильм про шпионов, где голос просто записывали на диктофон. А что случится если вы охрипнете или просто заболеете?
Почерк
Также есть еще распознавание подписи. И вот тут уже интересно, ведь компьютер сравнивает не только саму форму подписи, как это делает человек, но и то с какой скоростью она написана.
А современные электронные планшеты еще умеют и силу нажатия определять и угол наклона ручки! Все ради повышения защищенности! Кстати, в Европе во многих банках используют такие системы для подтверждения оплаты по карте.
Глаза
Ну и раз уж мы вспомнили про шпионские фильмы, то как не вспомнить сканирование глаз. И тут стоит отметить один интересный факт.
Распознавания по глазам бывает двух типов: можно сканировать сетчатку, а можно сканировать радужную оболочку глаза. И это абсолютно разные процессы. И некоторое время назад было доказано, что сканирование сетчатки глаза неэффективно. Сетчатка человека меняется со временем, а само сканирование вредит глазам.
Но вот с радужной оболочкой все иначе. Во-первых это считается одной из самых надежных систем идентификации, так как каждая радужная оболочка уникальна, да еще и не меняется с возрастом. А во-вторых, сам процесс сканирования не вредит глазам!
И как тут не вспомнить Samsung Galaxy S8 и S9 со сканерами радужной оболочки. Работали они конечно медленно, но в наше время, когда большинство времени у нас на лице дурацкая маска, проблем как у Apple с их Face ID точно бы не возникло!
ДНК
Ну и есть еще конечно идентификация по ДНК. Однако это очень сложный процесс и используется сейчас в основном для расследования преступлений. Но да, цепочка ДНК у нас у каждого уникальная. Ну и наконец-то мы приходим к последнему и самому популярному в наше время методу идентификации, а именно к сканированию отпечатков пальцев.
Приготовьтесь — сейчас вы будете рассматривать свои пальцы!
Отпечатки пальцев. Какие они бывают?
Все вы безусловно слышали что у каждого из нас уникальные отпечатки пальцев, точнее их рисунок. Но так ли это действительно? Давайте разберемся, как вообще устроены наши отпечатки.
У каждого отпечатка есть два типа признаков основные и локальные.
Основные — это фактически те, которые можно увидеть невооруженным глазом, такие как узор, форма и направление линий. При этом существует четыре основные категории направления линий — это петля, дельта, дуга и спираль. Последние иногда объединяют в одну категорию.
Но самое интересное как раз в локальных признаках. Оказывается, в наших пальчиках куча, ну не дефектов, но таких уникальных деталей, иногда их видно, если хорошо присмотреться, но если есть лупа или телефон с макрорежимом под рукой, то точно можно разглядеть.
Научное название этих локальных признаков — минуции. И их очень много — это всякие раздвоения, прерывания, схождения линий, Маленькие островки и так далее. Поищите их у себя!
Так вот самое интересное то, что по основным признакам можно найти очень схожие отпечатки пальцев, даже одинаковые. Но вот если мы уже включим локальные признаки, то всё — одинаковых отпечатков точно не будет уже! Слишком большая вариативность! Ученые говорят что вероятность совпадения отпечатков 1 к 64 миллиардам!
Но, к сожалению, выявление таких локальных признаков — это долгий и кропотливый процесс, поэтому в обычных сканерах отпечатков пальцев, в частности в наших телефонах, для аутентификации используют именно основные признаки!
Именно поэтому, даже при том, что наши отпечатки уникальные, тот же Apple говорит, что шанс ошибки 1 к пятидесяти тысячам. Понятно, что они говорят с очень большим запасом, но ясно, что это очень далеко от 64 миллиардов. Ну а вообще на наших пальчиках много уникальных вещей, о которых часто даже не задумываешься, хотя вопросы лежат на поверхности.
Вы никогда не думали как так происходит, что если вы обожжете или порежете палец, то рисунок вашего отпечатка восстановится в точности?
Оказывается у нас есть специальных механизм, который предотвращает повреждение рисунка. Это происходит когда организм понимает, что на пальцах произошло какое-то раздражение и выделяется специальная жидкость, которая называется серозный экссудат. Крутое название!
Так вот это ровно та жидкость, которая появляется под кожей, когда вы обожгли палец. Она отслаивает только верхний слой кожи на пальцах, но сам рисунок отпечатка остается и на более глубоких частях. Поэтому когда происходит отслаивание кожи рисунок отпечатка восстанавливается в первозданном виде. Но стоит сказать, что это происходит только с незначительными порезами и ожогами.
Понятное дело, что серьезные травмы наносят повреждение рисунку. Но при этом, например глубокие порезы сами уже становятся частью уникального рисунка вашего пальца. Так что принципиально ничего не меняется. А вообще вспоминается Агент Джей из «Людей в черном» и удаление отпечатков пальцев.
Но давайте перейдем наконец-то к тому, как работают сканеры отпечатка пальцев. Посмотрим на то какие бывают сканеры.
Сканеры отпечатка пальцев
Понятно, что главная задача любого сканера — получение рисунка отпечатка. Но делать это он может разными методами.
И сканеров отпечатков пальцев разных типов действительно много, начиная от емкостных, оптических и ультразвуковых, которые стоят в наших с вами телефонах, и заканчивая сканерами на основе МЕМСов и например термических. Давайте посмотрим на них по отдельности. И начнем с оптического.
Оптический сенсор
В целом оптический метод самый популярный. Фактически — это просто качественная фотография вашего пальца и сверка его с базой. Именно такие обычно применяют в замках на дверях, на паспортных контролях, ну и конечно в подэкранных сканерах смартфонов но не всех.
Тут по сути ваш палец освещает лампочка, свет отражается от подушечки пальца и попадает в сенсор. В телефоне подэкранный сканер возможен только благодаря OLED-экранам ведь матрица OLED-дисплея может быть прозрачной.
В месте, куда вы кладете палец, диоды OLED-экрана загораются очень ярко подсвечивая ваш палец, свет отражается обратно, проходит через экран и попадает на сенсор, расположенный под OLED-панелью. То есть, если так подумать, то у вас под экраном есть еще одна фотокамера только без объектива, которая и фотографирует ваш палец!
А вот так сенсор видит ваш отпечаток. Естественно, поскольку это обычный сенсор, то и картинка только двумерная, поэтому в теории оптический сенсор проще обмануть.
Емкостные сенсоры
Теперь давайте разберемся со знаменитым Touch ID или вообще любым сенсором в кнопке. Там то ничего не подсвечивается. Тут уже используется другая методика.
Они называются емкостные сканеры отпечатка пальцев. И при чем тут емкость? Оказывается в таких датчиках как Touch ID в самой кнопке встроен сенсор, в котором сотни тысяч мельчайших пластин.
Каждая из этих пластин подключена к микросхеме, которая считывает емкость, которая возникает между пальцем и сенсором для каждой из этих пластин. И вот там, где у вас на подушечке пальца бугорок отпечатка он касается сенсора емкость получается меньше, чем во впадине отпечатка! Во впадине добавляется еще и емкость воздуха! И именно эту разницу в емкости сенсор и фиксирует, а поскольку таких пластин много, то можно построить точную карту вашего отпечатка. И чем больше таких пластин, тем вышеточность!
Ультразвуковые сенсоры
Так ну и переходим к третьему важному сенсору: такие которые стоят в современных смартфонах Samsung. Это самый современный тип сенсоров — ультразвуковые сканеры. И у него на самом деле много крутых преимуществ по сравнению с остальными. Официально ему не страшны загрязнения пальцев, мокрые пальцы и другие неточности — на практике это не всегда так. Ну и конечно его можно располагать под экраном, в отличие от емкостных.
Итак, собственно в названии заключен принцип работы сенсора. На ваш палец посылается звуковой сигнал высокой частоты — обычно около 22 мегагерц. Он долетает до вашего пальчика, тоже отражается и возвращается обратно в сенсор. При этом источником и детектором ультразвука выступают одни и те же микросенсоры. Это специальные пьезоэлектрические источники звука, обычно сделанные из кварца!
Они позволяют, во-первых, сильно повысить точность, а во-вторых, за счет использования именно звуковых волн, создавать 3D-карту вашего отпечатка, что очень сильно повышает защищенность. Как и в случае с емкостью разница между бугорком и впадиной вашего отпечатка фиксируется! Но только если там это была электрическая емкость, то здесь отраженная звуковая волна!
Вот так выглядят реальные сенсоры
А вот так сенсор видит ваш палец!
Итоги
И это только три самых популярных типа сканеров. Есть еще термический сканер, который строит карту отпечатка по разнице температур между впадинами и бугорками отпечатка! Точнее даже он фиксирует разницу тепловых потоков!
Или сканер на основе микромеханических сенсоров, или МЕМСов, которые состоят из тысяч микроустройств, которые как маленькие кнопочки прогибаются только там где их касается выемка отпечатка.
Материаол получился длинный и полный информации. Нам кажется, что именно ультразвуковые сканеры — это ближайшее будущее в сканерах отпечатков пальцев. Осталось сделать их быстрее! Так что мы совсем не удивимся, если слухи про подэкранный сенсор в новых iPhone — это как раз слухи про ультразвуковой сенсор! Посмотрим оказались ли мы правы уже в этом году!
