В

Смартфони з датчиками відбитків пальців заполонили ринок, але не так давно ці сенсори почали потрапляти на смартфони бюджетного сегменту. Останнім часом ці датчики стали швидшими та безпечнішими. Як результат, ці датчики сьогодні в основному використовуються для безпеки смартфонів.

Сучасна конкуренція у галузі смартфонів та технології, що розвиваються, привели нас до тієї фази, де ми щодня зустрічаємо нові інновації. Датчики відбитків пальців теж далеко пішли, а поточне модне слово - це вбудовані датчики відбитків пальців. Виробники смартфонів, такі як Xiaomi, Realme та Oppo, подбали про те, щоб ця технологія не обмежувалася лише флагманськими пристроями.

Останні пристрої, такі як Realme X, Redmi K20 та OPPO K3, пропонують вбудовані сканери відбитків пальців за ціною, яка важко перетравлюється. Маючи це все на увазі, давайте з’ясуємо, що це за технологія датчика відбитків пальців і як вона працює.

Історія

Почнемо з самого початку, коли все почалося. Поринувши в історію зчитувачів відбитків пальців на мобільних пристроях, ми потрапляємо до « Pantech GI100 », випущеного ще в 2004 році. Цей пристрій був оснащений зчитувачем відбитків пальців, першим у своєму роді. Наступні пристрої, що слідують за тенденцією " G900 і G500 ", прийшли від таких, як Toshiba в 2007 році. Пізніше такі виробники, як HTC, Acer і Motorola, приєдналися до ліги зі своїми відповідними пристроями. Apple теж приєдналася до партії в 2013 році, коли iPhone 5s отримав датчик відбитків пальців. Гігант, який базується в Купертіно, назвав його Touch ID. З тих пір технології датчиків відбитків пальців зазнали деяких серйозних змін.

Технічні ентузіасти могли б знати, що в дії діють три різні технології автентифікації за відбитками пальців. Але технологія відбитків пальців на дисплеї наразі виграє лише від двох.

Перш ніж ми вникнемо в загальну картину, ми зможемо зрозуміти основні технології, що працюють позаду. Всі датчики відбитків пальців працюють, відстежуючи ці унікальні відстежувальні гребені та лінії на пальцях. Однак у цьому процесі відстеження можуть працювати різні технології, включаючи оптичне сканування, ємнісне сканування або ультразвукове сканування.

Види сканерів відбитків пальців

1. Оптичні сканери (використовуються у вбудованих датчиках відбитків пальців)
2. Ультразвукові сканери (використовуються в вбудованих сканерах відбитків пальців)
3. Ємнісні сканери

Вбудовані оптичні сканери

Оптичні сканери існують вже досить давно і є найдавнішими методами автентифікації за відбитками пальців. Однак оптичні датчики на дисплеї є порівняно новими для смартфонів. Vivo Apex, концептуальний пристрій, продемонстрований на виставці MWC 2018, розвернув багато позицій у галузі смартфонів. Пристрій оснащений оптичним датчиком відбитків пальців "CLEAR ID 9500", розробленим Synaptics, американським виробником датчиків. Пізніше він був представлений споживачам у новому пристрої під назвою 'Vivo X20 Plus UD'. Незабаром новий дизайн був прийнятий такими компаніями, як OPPO, Samsung, Huawei та іншими. Більшість датчиків відбитків пальців, які ми бачимо, є оптичними датчиками відбитків пальців, і вони можуть бути легко пов’язані з Arduino, Raspberry pi та іншими мікроконтролерами.

Робота оптичного датчика відбитків пальців

Технологія покладається на зйомку вашого відбитка пальця та подальший аналіз, чи відповідає поточний відбиток збереженому зображенню. Пристрій із зарядкою (CCD) лежить в основі оптичного датчика, того самого датчика, який використовується в цифрових камерах та відеокамерах. Для людей, які не підозрюють, ПЗС - це масив світлочутливих діодів, що називається фотосайтами, який генерує електричні сигнали у відповідь на світлові фотони.

Як тільки ви поміщаєте палець на датчик, загоряється безліч світлодіодів (світлодіодів), щоб висвітлити хребти і проміжки, а CCD-камера швидко робить зображення того самого. Система CCD створює перевернуте зображення пальця, темніші ділянки представляють більше відбитого світла (хребти пальця), а світліші - менше відбитого світла (долини між хребтами). Потім зняте зображення порівнюється із збереженим зображенням.

Оптичні датчики легко обдурити, оскільки використана технологія робить 2D-зображення, і якісна картинка може пробити цю безпеку. Варто зазначити, що технологія працює лише з OLED-дисплеями, де на задній панелі є прогалини. Спочатку вбудовані датчики відбитків пальців були не такими надійними та швидкими, як зараз. Але останнім часом все змінилося на користь цих датчиків.

Дисплейні ультразвукові сканери

Ультразвукові датчики - це новітні технології відбитків пальців, що використовуються. Як випливає з назви, ці датчики використовують високочастотний ультразвуковий звук для відображення відбитків пальців. Samsung співпрацює з Qualcomm, щоб представити перший пристрій із дисплеєм ультразвукового датчика відбитків пальців - Galaxy S10 / S10 +. Пристрій також першим оснащено датчиком 3D Sonic від Qualcomm, який є ітерацією Sense ID.

Новітня ультразвукова технологія Qualcomm працює через скло товщиною до 800 мкм. Компанія заявляє 250-мілісекундну затримку для розблокування, яка близька до тієї, яку може досягти ємнісний сканер відбитків пальців.

Робота ультразвукового датчика відбитків пальців

Апаратне забезпечення цих сканерів складається з ультразвукового передавача та приймача. Процес сканування починається, як тільки кінчик пальця розміщується на датчику. Ультразвуковий імпульс передається передавачем, який стикається з хребтами і долинами на кінчику пальця, частина імпульсного тиску поглинається, а частина повертається назад до датчика. Величина поглинання та відскоку імпульсу змінюється залежно від відбитків пальців. Просуваючись далі, для обчислення інтенсивності зворотного ультразвукового імпульсу в різних точках сканера використовується датчик, здатний визначати механічне напруження. Ці сканери отримують детальну поглиблену інформацію, що призводить до детальної 3D-копії відсканованого відбитка пальця.

Оскільки ці сканери лежать під дисплеєм. Хвилі від ультразвукових датчиків повинні проходити через задню панель дисплея, скло та захисний кожух, перш ніж дістатися до пальця. Тому виробники гарантують, що скло, що використовується для демонстрації, не надто товсте. Сказавши це, рекомендується не додавати додатковий захист, такий як захисний екран, який може перешкодити цій технології працювати належним чином.

Не так багато пристроїв поставляються з ультразвуковим датчиком, який є найдорожчим із доступних технологій. Такі флагманські пристрої, як Samsung Galaxy S10 / 10 +, оснащені ультразвуковим датчиком. Однак є ще деякий час, поки ми не побачимо, як ця технологія проникає в бюджетний сегмент.

Ємнісні сканери

Ємнісні датчики є найбільш широко використовуваними датчиками в наш час і їх можна знайти на будь-якому іншому пристрої, з яким ви стикаєтесь. Ці датчики використовують конденсатори як основний компонент, який є електронним компонентом, що використовується для зберігання електричної енергії. Наразі ця технологія не використовується для сканування відбитків пальців на дисплеї.

Працює ємнісний датчик відбитків пальців

Ці датчики теж сканують рифи та долини на відбитках пальців. Однак у цьому випадку для збору даних замість світла використовується електричний струм. Масив конденсаторів розміщений під поверхнею сканування для збору деталей відбитків пальців. Коли кінчик пальця розміщений на поверхні сканування, заряд, що зберігається на конденсаторі, змінюється. Ця різниця в зарядах відстежується за допомогою схеми інтегратора операційного підсилювача, яка додатково реєструється аналого-цифровим перетворювачем.

Зібрані дані використовуються для автентифікації. Варто зазначити, що здатність ємнісних датчиків зростає із збільшенням кількості конденсаторів. Ці сканери забезпечують кращу безпеку, їх швидко і шалено обдурити. Ємнісні датчики дорожчі порівняно з оптичними і використовувались лише у флагманських пристроях. Більше того, це 2019 рік, і ємнісні датчики проникли у всі сегменти індустрії смартфонів. Ємнісні сенсорні панелі дешеві і можуть бути легко інтегровані будь-яким пристроєм.

Алгоритм і криптографія

Сканування - це лише половина процесу, сказавши, що важливо зберігати дані в надійному місці. Для цього процесу до сенсора додається виділена ІС, яка займається інтерпретацією відсканованих даних і подальшою передачею їх процесору. Захищене місце недоступне, і навіть вкорінення не може допомогти проникнути. Кожен виробник має різний підхід і використовує різні алгоритми для визначення ключових характеристик відбитків пальців. Як правило, ці алгоритми шукають дуже специфічні особливості, які називаються дрібницями, коли рядки на відбитках пальців закінчуються або діляться навпіл. Отже, сканер може збігатися з цими дрібницями, замість того, щоб сканувати весь відбиток ще раз. Що робить весь процес трохи швидшим.

Рухаючись далі, у цих виробників датчиків є окремі системи для зберігання. ARM використовує технологію TrustZone, що базується на Trusted Execution Environment (TEE), яка зберігає дані в надійному місці всередині основного процесора. Qualcomm, з іншого боку, використовує безпечне середовище виконання Qualcomm (QSEE) для захисту приватних ключів шифрування та паролів. Ці системи можуть мати різні назви, але всі вони мають спільну мету - захист даних.

Що краще оптичне чи ультразвукове?

Звичайно, ультразвукові сканери кращі, оскільки їм вигідний процес тривимірного сканування, тоді як оптичні сканери просто здатні виконувати двовимірне сканування, як уже згадувалося раніше. Окрім цього, ультразвукові датчики надзвичайно малі за розміром, останній 3D-звуковий датчик Qualcomm має розмір лише 0,2 мм. Невеликий форм-фактор цих датчиків відповідає поточному попиту на тонкі та безрамкові пристрої. Рухаючись далі, на ці датчики також не впливає пил, жир або мокрі руки.

Однак є не так багато приладів, які використовують ультразвукові датчики, і це повністю пов’язано з виробничими витратами. Ці датчики є дорогими і на сьогодні доступні лише на деяких флагманських пристроях.

Які останні пристрої мають вбудовані сканери відбитків пальців?

Отже, тепер ви знаєте про сучасні технології та їх роботу. Було б навіть краще, якби ви були в курсі останніх пристроїв із вбудованими датчиками відбитків пальців та їх типу.

Пристрої з оптичними вбудованими сканерами	Пристрої з ультразвуковими вбудованими сканерами
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X
One Plus 7/7 Pro
OPPO K3
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
One Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9