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手机生物识别安全认证系统简介

2017-11-03 15:15:15 | 来源:soomal | 作者:农步祥
从今年开始,随着全面屏设计成为新上市手机的流行趋势,原本跟随主页键的指纹识别去留成了问题。在机身背面“开天窗“成了Android手机普遍的解决方式。但背面放置始终没有前置的方便,后盖开洞也被认为是破坏了手机的工业设计和美感。面对新的市场需求挑战,国内的汇顶科技在今年展示了屏下指纹感应和AMOLED屏幕集成方案,实际产品将会在明年上市。而苹果为了保持技术领先,则选择了全新的道路。

来源:   作者:农步祥

 

 FaceID认证效果图 - 来自苹果官网

 对于苹果手机的忠实用户或拥趸来说,11月3日是值得期待的日子,这一天iPhoneX即将正式发货,这也是苹果首个取消Home按键的全面屏设计手机,由于iPhone的Home键集成了TouchID的指纹传感器和认证系统,那么要如何解决指纹解锁和支付的问题?苹果给出的解决方案是选择彻底颠覆,彻底取消了指纹识别系统,转变为通过人脸识别的FaceID。 在手机支付成为主流的国内,这无疑成为iPhoneX最受关注的安全和技术焦点。

FaceID是一种结合多种图像识别、3D图像、生物识别以及人工智能技术的身份认证系统,和传统的人脸识别技术有紧密联系,也有着很大的不同。在了解这一颠覆性的技术前,我们将通过两篇文章来简要回顾一下智能手机出现过的生物识别系统和它们的优缺点,侧面了解苹果为何选择启用FaceID技术。而我们将从现在最流行的指纹识别起步。

手机指纹识别系统的发展史

常见的指纹识别安保设备 - 图片来自互联网

制造商=SONY;型号=K550I;焦距=0毫米;光圈=F2.8;测光模式=单点;感光度=ISO200;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/8秒;场景类型=标准;日期=2009.10.21 11:09:43;镜头=手动

指纹是人类最独特的生物信息之一,至今为止尚未发现过两个人拥有相同指纹。因此在很早的古代就被用于身份辨识、印章、犯罪侦查等应用。在数字时代,指纹识别设备则是通过各类传感器读取指纹,将指纹信息收集为模板数据存储为特定数据,以用于比对。诸位被各类企事业单位和私企老板压榨的工人阶级们,上班打卡所用的指纹机就是通过CCD来获得指纹的可见光数据的。

既然使用的是CCD,对于能拍照的手机来说,加个指纹识别在技术上并不是难事,从90年代起,欧美和日本手机品牌就推出过许多支持指纹识别的功能型手机。2011年,摩托罗拉推出的MB860则被认为是第一款支持指纹识别的智能手机。

西门子指纹识别手机样机 - 图片来自互联网

制造商=CANON;型号=CANON EOS 400D DIGITAL;焦距=60毫米;光圈=F5.6;测光模式=模式;感光度=ISO100;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/8秒;曝光程序=光圈优先;场景类型=标准;日期=2009.10.23 08:24:53

萨基姆MC959手机 - 图片来自互联网

 

摩托罗拉MB860 - 图片来自互联网

 

Apple 苹果 iPhone 5S 智能手机

 苹果在2012年收购了指纹设备生产商AuthenTec,而TouchID指纹识别则是从2013年的iPhone 5S开始加入的,和主页键结合的设计一开始便带来了惊艳。当时Android阵营如日中天的三星和HTC,则相应选择了Synaptics旗下的Validity方案,不过最早在三星Galaxy S5上所采用的指纹识别感应器需要通过手指划动操作识别,精度和便利性均远不如苹果TouchID。

OPPO N3 智能手机-指纹感应器

 

Meizu 魅族 MX4 Pro智能手机 - 带指纹识别的主页键

 2014年这一年间OPPO、vivo、华为等国产手机厂商也迅速跟进,部分厂商采用的则是来自瑞典FPC公司的指纹识别方案,被OPPO N3和华为Mate 7等机型使用。由于当时FPC方案的传感器面积较大,不适合放在实体按键上,因此放在了背部。魅族的MX4Pro则采用的是来自国内的汇顶科技[Goodix],实现了和iPhone相同的主页键按压式指纹识别感应方式。Synaptics、FPC和汇顶也是目前较为主流的智能手机指纹识别方案供应商。

指纹识别如果只用来解锁设备,也并没有比输入4位数字PIN密码快多少。真正让手机指纹识别系统被广泛接受和使用的,则是手机钱包和移动支付,2014年末,Apple Pay和支付宝正式支持指纹支付,2015年6月,微信也加入了指纹支付支持。通过指纹识别,用户也不再需要每次付款时输入长密码了。

手机指纹识别感应技术类型

手机采用的指纹识别系统通常是多种感应器组合使用,在大体上分为三种类型:

光学型:通过CCD等感光元件获得指纹的数字图像信息是最常用的指纹识别技术。也最早在手机上应用。但图像识别对于手指出现脏污、伤痕时正确识别率会急剧下降,另外CCD较为脆弱,容易被手上带的静电打穿而损坏。

超声波:超声波型是通过特定特定设备发出高频率声波,再用特定的感应器接受指纹对超声波的反射信号,由于指纹是3D的,因此可以根据指纹纹理凹凸带来的声波反射数据获得相应的指纹特征数据。超声波识别同样对手指的清洁度有较高的要求,另外感应器表面磨损痕迹造成的坑洼也会影响声波反射,导致识别率降低。手机上超声波指纹识别技术目前的主推者为高通。

电容型:电容型指纹识别是利用指纹的立体特性使用像素感应器来测量像素区,对比皮肤层和传感器层原件的电压和参考电压,生成指纹的电信息图像。由于获取的是电信息,这对于皮肤的清洁程度要求降低。这也是目前较为主流的手机指纹识别系统,苹果的TouchID、汇顶正是使用了电容型。

另外,手机上的指纹识别系统还需要配合红外、热能感应器来识别生物信号,避免被伪造指纹和假手指等方式破解。

总结和展望

对于绝大多数手机用户来说,无论是屏幕解锁或移动支付,如果每次都要输入密码是非常麻烦的事情,在公共场合的众目睽睽之下也存在安全隐患。 Apple Pay、支付宝和微信等移动支付应用,使得指纹识别成为智能手机的标配功能。尽管一开始存在识别率差、易被破解的缺点,也出现过许多奇葩而且糟糕的设计,但随着硬件技术和软件算法的完善,手机指纹识别的速度、准确率也在逐年进步,使用体验良好,而且体积也越来越小,甚至可以放在机身侧面。

Google 谷歌 Pixel XL 智能手机

 指纹识别除了硬件方案的差异,在应用层上也处于标准之争,自成体系的苹果自然没有问题。但是在Android阵营,微信的指纹支付只能支持部分机型。这是由于微信和支付宝使用了私有的指纹识别API接口,而且和谷歌推行的原生Android API无法兼容。这导致使用原生Android系统非国产手机无法使用支付宝和微信的指纹识别。另外,尽管手机的指纹识别只是相当于一个秘钥,支付宝等网络应用并不会收集用户的指纹,但手机内存储的指纹数据依然会有泄漏的风险,使用非加密文件系统的非原生Android系统手机更是如此,和密码一样,指纹识别并不会让手机变得更安全,用户仍然需要注意保护个人隐私甚至是指纹数据本身所涉及的安全隐患。

从今年开始,随着全面屏设计成为新上市手机的流行趋势,原本跟随主页键的指纹识别去留成了问题。在机身背面“开天窗“成了Android手机普遍的解决方式。但背面放置始终没有前置的方便,后盖开洞也被认为是破坏了手机的工业设计和美感。面对新的市场需求挑战,国内的汇顶科技在今年展示了屏下指纹感应和AMOLED屏幕集成方案,实际产品将会在明年上市。而苹果为了保持技术领先,则选择了全新的道路。

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