W

Smartfony z czytnikami linii papilarnych zalały rynek, ale nie minęło dużo czasu, odkąd czujniki te zaczęły trafiać do smartfonów z segmentu budżetowego. W ostatnim czasie czujniki te stały się szybsze i bezpieczniejsze. W rezultacie czujniki te są obecnie używane głównie do zabezpieczania smartfonów.

Zaciekła konkurencja w branży smartfonów i ewoluująca technologia doprowadziły nas do tej fazy, w której co drugi dzień napotykamy nowe innowacje. Czujniki linii papilarnych również zaszły daleko, a obecnym modnym hasłem są czujniki linii papilarnych na wyświetlaczu. Producenci smartfonów, tacy jak Xiaomi, Realme i Oppo, zadbali o to, aby technologia nie ograniczała się tylko do flagowych urządzeń.

Najnowsze urządzenia, takie jak Realme X, Redmi K20 i OPPO K3, oferują skanery linii papilarnych na wyświetlaczu w trudnej do strawienia cenie. Mając to wszystko na uwadze, dowiedzmy się, czym jest ta technologia czytnika linii papilarnych na wyświetlaczu i jak działa.

Historia

Zacznijmy od początku, kiedy wszystko się zaczęło. Zagłębianie się w historię czytników linii papilarnych na urządzeniach mobilnych prowadzi nas do „ Pantech GI100 ”, wprowadzonego na rynek w 2004 roku. Urządzenie to zostało wyposażone w czytnik linii papilarnych, pierwszy w swoim rodzaju. Kolejne urządzenia podążające za trendem „ G900 i G500 ” pochodziły od takich firm jak Toshiba w 2007 roku. Później do ligi dołączyli producenci tacy jak HTC, Acer i Motorola ze swoimi urządzeniami. Apple również dołączył do imprezy w 2013 roku, gdy iPhone 5s otrzymał czujnik odcisków palców. Zadzwonił gigant z Cupertino, aby nazwać go Touch ID. Od tego czasu technologie czytników linii papilarnych przeszły kilka poważnych zmian.

Entuzjaści technologii mogą wiedzieć, że działają trzy różne technologie uwierzytelniania odcisków palców. Ale technologia odcisków palców na wyświetlaczu korzysta obecnie tylko z tych dwóch.

Zanim przejdziemy do szerszej perspektywy, pozwala nam zrozumieć podstawową technologię w pracach. Wszystkie czujniki linii papilarnych działają, śledząc te unikalne grzbiety i linie na palcach. Jednak w tym procesie śledzenia mogą działać różne technologie, w tym skanowanie optyczne, skanowanie pojemnościowe lub skanowanie ultradźwiękowe.

Rodzaje skanerów linii papilarnych

1. Skanery optyczne (używane w czujnikach linii papilarnych w wyświetlaczu)
2. Skanery ultradźwiękowe (używane w skanerach linii papilarnych w wyświetlaczu)
3. Skanery pojemnościowe

Skanery optyczne na wyświetlaczu

Skanery optyczne istnieją już od dłuższego czasu i są najstarszymi metodami uwierzytelniania odcisków palców. Jednak czujniki optyczne na wyświetlaczu są stosunkowo nowe w smartfonach. Vivo Apex, urządzenie koncepcyjne zaprezentowane na MWC 2018, zwróciło uwagę wielu w branży smartfonów. Urządzenie zawierało „CLEAR ID 9500”, optyczny czytnik linii papilarnych opracowany przez Synaptics, amerykańskiego producenta czujników. Później trafił do konsumentów w nowym urządzeniu o nazwie „Vivo X20 Plus UD”. Nowy projekt został wkrótce przyjęty przez firmy takie jak OPPO, Samsung, Huawei i inne. Większość czujników odcisków palców, które widzimy, to optyczny czujnik odcisków palców i można je łatwo łączyć z Arduino, Raspberry pi i innymi mikrokontrolerami.

Działanie optycznego czujnika odcisków palców

Technologia polega na przechwytywaniu obrazu odcisku palca i dalszej analizie, czy bieżący odcisk palca pasuje do zapisanego obrazu. Urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) znajduje się w sercu czujnika optycznego, tego samego czujnika, który jest używany w cyfrowych aparatach fotograficznych i kamerach. Dla osób nieświadomych CCD to zestaw światłoczułych diod zwanych fotosytami, które generują sygnały elektryczne w odpowiedzi na fotony światła.

Gdy tylko umieścisz palec na czujniku, szereg diod elektroluminescencyjnych (LED) zapala się, aby oświetlić krawędzie i szczeliny, a kamera CCD szybko rejestruje to samo. System CCD generuje odwrócony obraz palca, z ciemniejszymi obszarami reprezentującymi bardziej odbijane światło (grzbiety palca) i jaśniejszymi reprezentującymi mniej odbijane światło (doliny między grzbietami). Przechwycony obraz jest następnie porównywany z zapisanym obrazem.

Czujniki optyczne można łatwo oszukać, ponieważ zastosowana technologia rejestruje obraz 2D, a obraz dobrej jakości może prawdopodobnie przełamać to zabezpieczenie. Warto zaznaczyć, że technologia działa tylko z wyświetlaczami OLED, w których występują luki w płycie montażowej. Początkowo czujniki odcisków palców na wyświetlaczu nie były tak niezawodne i szybkie jak teraz. Ale ostatnio sytuacja się zmieniła na korzyść tych czujników.

Skanery ultradźwiękowe na wyświetlaczu

Czujniki ultradźwiękowe to najnowsza z wykorzystywanych technologii odcisków palców. Jak nazwa wskazuje, czujniki te wykorzystują ultradźwiękowy dźwięk o wysokiej częstotliwości do mapowania odcisków palców. Samsung nawiązał współpracę z Qualcomm, aby wprowadzić pierwsze urządzenie z ultradźwiękowym czytnikiem linii papilarnych na wyświetlaczu - Galaxy S10 / S10 +. Urządzenie było również pierwszym, które wyposażono w czujnik 3D Sonic firmy Qualcomm, będący iteracją Sense ID.

Najnowsza technologia ultradźwiękowa Qualcomm działa poprzez szkło o grubości do 800 mikronów. Firma twierdzi, że opóźnienie odblokowania wynosi 250 milisekund, co jest zbliżone do tego, co może osiągnąć pojemnościowy skaner linii papilarnych.

Działanie ultradźwiękowego czujnika odcisków palców

Sprzęt tych skanerów składa się z nadajnika i odbiornika ultradźwiękowego. Proces skanowania rozpoczyna się po przyłożeniu czubka palca do czujnika. Nadajnik transmituje impuls ultradźwiękowy, który zderza się z grzbietami i dolinami opuszki palca, część ciśnienia impulsu jest absorbowana, a część odbijana z powrotem do czujnika. Stopień absorpcji i odbicia tętna zmienia się wraz z różnymi odciskami palców. Idąc dalej, do obliczenia intensywności powracającego impulsu ultradźwiękowego w różnych punktach skanera wykorzystuje się czujnik zdolny do wykrywania naprężeń mechanicznych. Skanery te uzyskują szczegółowe, dogłębne informacje, co skutkuje szczegółową repliką 3D zeskanowanego odcisku palca.

Ponieważ te skanery leżą pod wyświetlaczem. Fale z czujników ultradźwiękowych muszą przedostać się przez płytę montażową wyświetlacza, szkło i osłonę ochronną, zanim dotrą do palca. Dlatego producenci zapewniają, że szkło używane do wyświetlania nie jest zbyt grube. Mimo to odradza się dodawanie dodatkowej ochrony, takiej jak ochrona ekranu, która może uniemożliwić prawidłowe działanie tej technologii.

Niewiele urządzeń jest wyposażonych w czujnik ultradźwiękowy, który jest najdroższą z dostępnych technologii. Flagowe urządzenia, takie jak Samsung Galaxy S10 / 10 +, są wyposażone w czujnik ultradźwiękowy. Jednak jest jeszcze trochę czasu, zanim zobaczymy, jak ta technologia przenika do segmentu budżetowego.

Skanery pojemnościowe

Czujniki pojemnościowe są obecnie najczęściej używanymi czujnikami i można je znaleźć na każdym innym napotkanym urządzeniu. Czujniki te wykorzystują kondensatory jako rdzeń, który jest elementem elektronicznym używanym do magazynowania energii elektrycznej. Technologia ta nie jest obecnie używana do skanowania odcisków palców na wyświetlaczu.

Działanie pojemnościowego czytnika linii papilarnych

Te czujniki również skanują grzbiety i doliny na odciskach palców. Jednak w tym przypadku do zbierania danych zamiast światła służy prąd elektryczny. Szereg kondensatorów jest umieszczonych pod powierzchnią skanowania, aby zebrać szczegóły odcisków palców. Kiedy czubek palca jest umieszczony na powierzchni skanowania, ładunek przechowywany na kondensatorze zmienia się. Ta różnica w ładunku jest śledzona przez obwód integratora wzmacniacza operacyjnego, który jest dalej rejestrowany przez przetwornik analogowo-cyfrowy.

Przechwycone dane służą do uwierzytelniania. Warto zauważyć, że zdolność czujników pojemnościowych rośnie wraz ze wzrostem liczby kondensatorów. Te skanery oferują większe bezpieczeństwo, są szybkie i niesamowicie trudne do oszukania. Czujniki pojemnościowe są droższe w porównaniu do optycznych i były wtedy używane tylko we flagowych urządzeniach. Co więcej, jest rok 2019, a czujniki pojemnościowe dotarły do ​​wszystkich segmentów branży smartfonów. Pojemnościowe panele dotykowe są tanie i można je łatwo zintegrować z dowolnym urządzeniem.

Algorytm i kryptografia

Skanowanie to tylko połowa procesu, mimo że ważne jest, aby przechowywać dane w bezpiecznym miejscu. W tym procesie do czujnika dodawany jest dedykowany układ scalony, który zajmuje się interpretacją zeskanowanych danych i dalszym przesyłaniem ich do procesora. Zabezpieczone miejsce jest niedostępne i nawet rootowanie nie pomoże się włamać. Każdy producent ma inne podejście i używa różnych algorytmów do identyfikacji kluczowych cech charakterystycznych odcisków palców. Ogólnie rzecz biorąc, algorytmy te wyszukują bardzo specyficzne funkcje zwane drobiazgami, w których linie w odcisku palca kończą się lub dzielą na dwie części. Dlatego skaner może dopasować te drobiazgi zamiast ponownie skanować cały odcisk palca. Co sprawia, że ​​cały proces jest odrobinę szybszy.

Idąc dalej, ci producenci czujników mają oddzielne systemy przechowywania. ARM korzysta z technologii TrustZone opartej na Trusted Execution Environment (TEE), która przechowuje dane w bezpiecznym miejscu wewnątrz głównego procesora. Qualcomm z drugiej strony używa Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) do zabezpieczania prywatnych kluczy szyfrowania i haseł. Systemy te mogą mieć różne nazwy, ale wszystkie mają wspólny cel, którym jest ochrona danych.

Który jest lepszy optyczny czy ultradźwiękowy?

Oczywiście skanery ultradźwiękowe są lepsze, ponieważ korzystają z procesu skanowania 3D, podczas gdy skanery optyczne mogą po prostu skanować 2D, jak wspomniano wcześniej. Poza tym czujniki ultradźwiękowe są niezwykle małe, a najnowszy czujnik dźwiękowy 3D firmy Qualcomm mierzy zaledwie 0,2 mm. Niewielki rozmiar tych czujników spełnia obecne zapotrzebowanie na smukłe i bezramkowe urządzenia. Idąc dalej, na te czujniki nie ma również wpływu kurz, tłuszcz ani mokre ręce.

Jednak niewiele jest urządzeń wykorzystujących czujniki ultradźwiękowe, a to całkowicie wiąże się z kosztami produkcji. Czujniki te są drogie i są obecnie dostępne tylko w wybranych flagowych urządzeniach.

Jakie są najnowsze urządzenia ze skanerami linii papilarnych na wyświetlaczu?

Teraz, gdy wiesz już o obecnych technologiach i ich działaniu. Byłoby jeszcze lepiej, gdybyś wiedział o najnowszych urządzeniach z czujnikami linii papilarnych na wyświetlaczu i ich typie.

Urządzenia z optycznymi skanerami na wyświetlaczu	Urządzenia ze skanerami ultradźwiękowymi na wyświetlaczu
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
Jeden plus 6 T.
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9