v

Smartphony se senzory otisků prstů zaplavily trh, ale nebylo to dlouho, co se tyto senzory začaly dostávat na smartphony v segmentu rozpočtu. Tyto senzory se v poslední době staly rychlejšími a bezpečnějšími. Výsledkem je, že se tyto senzory v dnešní době primárně používají k zabezpečení chytrých telefonů.

Bezkonkurenční konkurence v odvětví smartphonů a vyvíjející se technologie nás dostaly do té fáze, kdy každý den narážíme na novou inovaci. Senzory otisků prstů se dostaly také daleko, přičemž aktuálním módním slovem jsou senzory otisků prstů na displeji. Výrobci chytrých telefonů, jako jsou Xiaomi, Realme a Oppo, se ujistili, že se technologie neomezuje pouze na vlajková zařízení.

Nedávná zařízení jako Realme X, Redmi K20 a OPPO K3 nabízejí snímače otisků prstů na displeji za cenu, kterou je těžké strávit. S ohledem na to zjistíme, co je tato technologie snímače otisků prstů na displeji a jak funguje.

Dějiny

Začněme od začátku, kdy to všechno začalo. Ponořením se do historie čteček otisků prstů na mobilních zařízeních se dostanete k „ Pantech GI100 “, uvedenému na trh v roce 2004. Toto zařízení bylo vybaveno čtečkou otisků prstů, první svého druhu. Další zařízení, která sledují trend „ G900 a G500 “, pocházejí od společností Toshiba v roce 2007. Později se do ligy se svými příslušnými zařízeními přidali výrobci jako HTC, Acer a Motorola. Apple se také připojil k párty v roce 2013, kdy iPhone 5s dostal snímač otisků prstů. Volaný gigant z Cupertina to nazval Touch ID. Od té doby technologie snímačů otisků prstů prošly několika zásadními změnami.

Tech nadšenci možná vědí, že v akci existují tři různé technologie ověřování otisků prstů. Technologie otisků prstů na displeji však v současné době těží pouze z těchto dvou.

Než se dostaneme do velkého obrazu, umožní nám pochopit základní technologii v pozadí. Všechny snímače otisků prstů fungují tak, že sledují tyto jedinečné hřebeny a čáry na vašich prstech. V tomto procesu sledování však mohou pracovat různé technologie, včetně optického skenování, kapacitního skenování nebo ultrazvukového skenování.

Typy snímačů otisků prstů

1. Optické skenery (používané u snímačů otisků prstů na displeji)
2. Ultrazvukové skenery (používané ve skenerech otisků prstů na displeji)
3. Kapacitní skenery

Optické skenery na displeji

Optické skenery existují už nějakou dobu a jsou nejstaršími metodami ověřování otisků prstů. Optické senzory na displeji jsou však pro smartphony poměrně nové. Vivo Apex, koncepční zařízení představené na veletrhu MWC 2018, otočilo mnoho odvětví v odvětví smartphonů. Zařízení obsahovalo „CLEAR ID 9500“, optický snímač otisků prstů vyvinutý společností Synaptics, americkým výrobcem snímačů. To bylo později přineseno spotřebitelům v novém zařízení s názvem 'Vivo X20 Plus UD'. Nový design brzy přijaly společnosti jako OPPO, Samsung, Huawei a další. Většina snímačů otisků prstů, které vidíme, je optický snímač otisků prstů a lze je snadno propojit s Arduino, Raspberry pi a dalšími mikrokontroléry.

Práce s optickým snímačem otisků prstů

Tato technologie se spoléhá na zachycení obrázku vašeho otisku prstu a další analýzu, zda se aktuální otisk prstu shoduje s uloženým obrázkem. Zařízení s vazbou na náboj (CCD) leží v srdci optického snímače, stejného snímače, který se používá v digitálních fotoaparátech a videokamerách. Pro lidi, kteří nevědí, je CCD řada světelně citlivých diod nazývaných fotosite, která generuje elektrické signály v reakci na světelné fotony.

Jakmile přiložíte prst na snímač, rozsvítí se řada světelných diod (LED), které osvětlí hřebeny a mezery a CCD kamera rychle pořídí jejich stejný obraz. Systém CCD generuje obrácený obraz prstu, přičemž tmavší oblasti představují více odraženého světla (hřebeny prstu) a světlejší oblasti představují méně odraženého světla (údolí mezi hřebeny). Pořízený snímek se poté porovná s uloženým obrázkem.

Optické senzory lze snadno oklamat, protože použitá technologie zachycuje 2D obraz a kvalitní obraz může toto zabezpečení prolomit. Stojí za zmínku, že tato technologie funguje pouze s OLED displeji, kde jsou mezery v základní desce. Senzory otisků prstů na displeji zpočátku nebyly tak spolehlivé a rychlé jako nyní. Věci se ale v poslední době změnily ve prospěch těchto senzorů.

Ultrazvukové skenery na displeji

Ultrazvukové senzory jsou nejnovější z používaných technologií otisků prstů. Jak název napovídá, tyto senzory využívají vysokofrekvenční ultrazvukový zvuk k mapování vašeho otisku prstu. Společnost Samsung uzavřela partnerství se společností Qualcomm, aby přinesla první zařízení s ultrazvukovým snímačem otisků prstů na displeji, Galaxy S10 / S10 +. Zařízení bylo také první, které bylo vybaveno snímačem Qualcomm 3D Sonic, což je iterace Sense ID.

Nejnovější ultrazvuková technologie společnosti Qualcomm pracuje přes sklo o tloušťce až 800 mikronů. Společnost požaduje odemknutí 250 milisekund, což je téměř to, čeho může dosáhnout kapacitní snímač otisků prstů.

Práce s ultrazvukovým snímačem otisků prstů

Hardware těchto skenerů se skládá z ultrazvukového vysílače a přijímače. Proces skenování začíná, jakmile je na snímač umístěn prst. Ultrazvukový puls je vysílán vysílačem, který se srazí s hřebeny a údolími na špičce prstu, část pulzního tlaku je absorbována a část z nich je odrazena zpět k senzoru. Míra absorpce a odrazu pulzu se liší podle různých otisků prstů. Při dalším pohybu se k výpočtu intenzity vracejícího se ultrazvukového pulzu v různých bodech skeneru používá senzor schopný detekovat mechanické namáhání. Tyto skenery získávají podrobné podrobné informace, což vede k podrobné 3D replice skenovaného otisku prstu.

Protože tyto skenery leží pod displejem. Vlny z ultrazvukových senzorů musí projít zadní deskou displeje, sklem a ochranným krytem, ​​než se dostanou k prstu. Výrobci proto zajišťují, aby sklo použité k zobrazení nebylo příliš silné. Přesto se nedoporučuje přidávat další ochranu, jako je chránič obrazovky, který může zabránit správné funkci této technologie.

Jen málo zařízení je vybaveno ultrazvukovým senzorem, který je nejnákladnější dostupnou technologií. Vlajková zařízení jako Samsung Galaxy S10 / 10 + jsou vybavena ultrazvukovým senzorem. Stále však zbývá nějaký čas, než uvidíme, jak tato technologie proniká do rozpočtového segmentu.

Kapacitní skenery

Kapacitní senzory jsou dnes nejpoužívanějšími senzory a lze je najít na každém dalším zařízení, se kterým se setkáte. Tyto senzory používají kondenzátory jako součást jádra, což je elektronická součást používaná k ukládání elektrické energie. Tato technologie se aktuálně nepoužívá pro skenování otisků prstů na displeji.

Fungování kapacitního snímače otisků prstů

I tyto senzory skenují hřebeny a údolí na otiscích prstů. V tomto případě se však ke sběru dat místo světla používá elektrický proud. Pod povrchem skenování je umístěna řada kondenzátorů, které shromažďují podrobnosti o otiscích prstů. Když se na skenovací povrch umístí koneček prstu, náboj uložený na kondenzátoru se změní. Tento rozdíl v náboji je sledován integračním obvodem op-amp, který je dále zaznamenáván analogově-digitálním převodníkem.

Získaná data se používají k ověření. Stojí za zmínku, že schopnost kapacitních senzorů se zvyšuje s nárůstem počtu kondenzátorů. Tyto skenery nabízejí lepší zabezpečení, je rychlé a šíleně obtížné je oklamat. Kapacitní senzory jsou nákladnější ve srovnání s optickými senzory a v té době se používaly pouze u vlajkových lodí. Je to navíc rok 2019 a kapacitní senzory pronikly do všech segmentů v odvětví smartphonů. Kapacitní dotykové podložky jsou levné a lze je snadno integrovat do jakéhokoli zařízení.

Algoritmus a kryptografie

Skenování je jen polovina procesu, protože je důležité ukládat data na bezpečném místě. Pro tento proces je do senzoru přidán vyhrazený IC, který se zabývá interpretací naskenovaných dat a jejich dalším přenosem do procesoru. Zabezpečené místo je nepřístupné a ani rootování nemůže pomoci proniknout dovnitř. Každý výrobce má jiný přístup a k identifikaci klíčových charakteristik otisků prstů používá různé algoritmy. Obecně tyto algoritmy hledají velmi specifické funkce zvané markanty, kde řádky ve vašem otisku prstu končí nebo se rozdělují na dvě části. Skener tedy může tyto markanty porovnat namísto opětovného skenování celého otisku prstu. Díky tomu je celý proces o něco rychlejší.

Pokud jde o další krok, mají tito výrobci senzorů samostatné systémy pro ukládání. ARM využívá technologii TrustZone založenou na Trusted Execution Environment (TEE), která ukládá data na bezpečném místě uvnitř hlavního procesoru. Společnost Qualcomm na druhé straně používá pro zabezpečení soukromých šifrovacích klíčů a hesel Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE). Tyto systémy mohou mít různá jména, ale všechny mají společný cíl, kterým je ochrana dat.

Co je lepší optické nebo ultrazvukové?

Ultrazvukové skenery jsou samozřejmě lepší, protože těží z procesu 3D skenování, zatímco optické skenery jsou schopné pouze 2D skenování, jak bylo uvedeno výše. Kromě toho jsou ultrazvukové senzory extrémně malé, nejnovější 3D sonický senzor Qualcomm měří pouhých 0,2 mm. Malý tvar těchto senzorů splňuje aktuální poptávku po tenkých a bezrámových zařízeních. Při dalším pohybu na tyto senzory také nemá vliv prach, mastnota nebo mokré ruce.

Není však mnoho zařízení, která využívají ultrazvukové senzory a to zcela souvisí s výrobními náklady. Tyto senzory jsou nákladné a od nynějška jsou k dispozici pouze na vlajkových zařízeních vybraných zařízení.

Jaká jsou poslední zařízení se skenery otisků prstů na displeji?

Nyní, když jste si vědomi současných technologií a jejich fungování. Bylo by ještě lepší, kdybyste věděli o posledních zařízeních se senzory otisků prstů na displeji a jejich typu.

Zařízení s optickými skenery na displeji	Zařízení s ultrazvukovými skenery na displeji
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