בכל פעם שאנו פותחים את הטלפון הנייד שלנו בעזרת האצבע, אנו משתמשים בטכנולוגיה ביומטרית. למרות שזה אולי נראה כמו קסם, זה מגובה בהרבה מדע ובשנים של פיתוח. מבין כל האפשרויות הזמינות, הקרב המדובר ביותר כיום הוא בין קוראי טביעות אצבע אולטרסאונד לחיישנים אופטיים, במיוחד מאז שיצרנים החלו לשלב את הקורא מתחת למסך.
בחירה בין חיישן אופטי לחיישן אולטרסאונד אינה רק עניין של מהירותאבטחה, דיוק באצבע רטובה או מלוכלכת, מחיר המכשיר ואפילו פרטים פשוטים כמו האם אתם משתמשים במגן מסך עבה - כל אלה משפיעים. אם אתם מבחינים באיטיות, למדו לעשות זאת. תיקון עיכוב בקורא טביעות האצבעותבואו ננתח ברוגע כיצד כל טכנולוגיה פועלת, אילו סוגי חיישני טביעות אצבע קיימים, ובאילו מצבים אחד מהם יתרון יותר.
מהו קורא טביעות אצבעות ולמה יש כל כך הרבה סוגים?
קורא טביעות אצבעות הוא מערכת שלוכדת את הרכסים הייחודיים של האצבע שלך. (השיאים והעמקים) והופך אותם לנתונים דיגיטליים כדי לאמת אם זה אתה או לא. הוא משמש בטלפונים ניידים, טאבלטים, מחשבים ניידים, בקרת גישה פיזית, בנקים, כספומטים, מעקב אחר נוכחות עובדים, גבולות, ועוד הרבה מאוד דברים.
למרות שבמובייל אנחנו בדרך כלל מדברים רק על אופטי או קולילמעשה ישנם ארבעה סוגים עיקריים של חיישני טביעות אצבע: אופטיים, קיבוליים, אולטרסאונדים ותרמיים. כולם מכוונים לאותו הדבר (זיהוי), אך הם עושים זאת באמצעות טכניקות שונות מאוד: אור, חשמל, צליל או טמפרטורה.
העקבות שנשמרות לעולם אינן תצלום בדיוק כפי שהן נראית.במקום זאת, הוא יוצר תבנית מתמטית עם נקודות אופייניות של הרכסים שלך (דקות, נקבוביות, התפצלויות וכו'). כאשר אתה מניח את האצבע שלך עליה, החיישן יוצר תבנית נוספת, והמערכת מחשבת האם ההתאמה מספיקה כדי להעניק לך גישה.
שני מדדים שולטים במשחק הזה: בטיחות ונוחות.אבטחה משמעותה שקשה לרמות אותו (עם תמונה, תבנית, לטקס וכו'). נוחות משמעותה שהוא נפתח במהירות וכמעט ולא נכשל, גם אם האצבע אינה מיושרת בצורה מושלמת או שאתם מניחים אותה בזווית.
כך עובד חיישן טביעות אצבע אופטי
החיישן האופטי הוא הסבא הוותיק של ביומטריית טביעות האצבע והוא נשאר פופולרי מאוד משום שהוא זול, יציב וקל יחסית לשילוב, הן במכשירים ניידים והן במערכות בקרת גישה קלאסיות.
הרעיון הבסיסי הוא לצלם תמונה עם ניגודיות גבוהה של קצה האצבע.לשם כך, המודול כולל שכבת זכוכית מגן, מקור אור (בדרך כלל נורות LED), פריזמה שמכוונת ומחזירה את האור, עדשה ומצלמה עם חיישן CCD או CMOS שלוכדת את התמונה.
כאשר מניחים את האצבע על הזכוכית, האור מאיר את הרכסים והעמקים.הרכסים מחזירים יותר אור, והעמקים פחות. הבדל זה בהחזרה מביא לתמונה שחור-לבן ברורה מאוד, אשר לאחר מכן הופכת, באמצעות ממיר אנלוגי-לדיגיטלי ומספר אלגוריתמים, לתבנית ביומטרית.
בטלפונים ניידים עכשוויים עם קורא אופטי מתחת למסךהמסך נדלק לזמן קצר (בדרך כלל עם הבזק לבן או ירוק) כדי להאיר את האצבע מלמטה, ומצלמה קטנה המשולבת בפאנל לוכדת את התמונה. לכן, אם המסך מלוכלך מאוד או שיש לו מגן מסך עבה ואיכותי ירוד, ייתכן שיהיה לו קושי רב יותר לקרוא את טביעת האצבע במדויק. בחלק מהמכשירים יש אפילו תכונות נסתרות לשיפור האינטראקציה, כגון היכולת ל... השתמש בכפתור הסודי בקורא טביעות האצבעות בקושחות מסוימות.
חיישנים מסוג זה דורשים אלקטרוניקה לבקרה ועיבוד (MCU או DSP) שמנהל את התאורה, משפר את התמונה, יוצר קבצים בינאריים שלה, מחלץ מאפיינים ומשווה אותם עם מסד הנתונים. תקשורת עם שאר המערכת מתבצעת בדרך כלל באמצעות UART, SPI או USB במכשירים מקצועיים.
יתרונות החיישן האופטי
אחד היתרונות הגדולים של חיישן אופטי הוא מחירו.הם זולים משמעותית לייצור מאשר חיישנים קיבוליים או אולטרסאונדים, וזו הסיבה שהם נשארים המלכים בפתרונות בנפח גבוה: בקרת גישה, מסופי שעון נוכחות, בנקים, מסמכי זהות אלקטרוניים וכו'.
הם בולטים גם בזכות הזמינות והבגרות הטכנולוגית שלהם.הם משמשים במשך עשרות שנים את רשויות אכיפת החוק, רישום הבוחרים, בקרת הגבולות ובכספומטים. הם קלים להתקנה, יחסית ללא נזק, ומציעים זמני עיבוד מהירים.
במכשירים ניידים, הקורא האופטי שעל המסך בדרך כלל מהיר ועקבי למדי. אם האצבע יבשה ונקייה. משתמשים רבים מגלים שהיא נפתחת במהירות ועם מעט ניסיונות כושלים, במיוחד במכשירים עם תוכנה מכווננת היטב.
נקודה נוספת לטובתם היא שהם יכולים להמשיך לתפקד גם עם מסך סדוק.בתנאי שהשבר אינו משפיע באופן קריטי על אזור החיישן או על האופטיקה הפנימית. במילים אחרות, מכה ששוברת את הזכוכית אינה בהכרח אומרת אובדן הקורא.
חסרונות וסיכונים של קורא אופטי
עקב אכילס העיקרי של החיישן האופטי הוא האבטחה שלו מפני התקפות זיוף.בהתבסס על תמונה דו-ממדית של פני השטח, הודגמו התקפות מוצלחות באמצעות תצלומים ברזולוציה גבוהה, תבניות סיליקון או לטקס מעוצב היטב.
יתר על כן, הם די מקפידים על ניקוי המשטח והאצבעות שלהם.אם יש שומן, אבק, עקבות של קרם או מים, האור לא מוחזר באותה מידה והתמונה מאבדת ניגודיות, מה שאומר שהאלגוריתם עשוי לדחות יותר תוצאות שליליות שגויות.
בתנאי סביבה מאתגריםגורמים כגון אור שמש ישיר מוגזם, לחות או שימוש אינטנסיבי ללא תחזוקה עלולים לפגוע בביצועיו של חיישן אופטי שאינו מתוחזק כראוי. לכן, מומלץ לנקות באופן קבוע את קוראי הגישה הפיזית. אם אתם חווים תקלות תכופות, התייעצו עם מומחה. בעיות נפוצות בחיישן טביעות האצבע באנדרואיד.
לבסוף, בטלפונים ניידים רבים התהליך יכול להיות מעט איטי יותר מזה של מנקה אולטרסאונד טוב.כי לפעמים צריך לצלם מספר תמונות ולהתאים את הבהירות כדי להבטיח שהתבנית המתקבלת תהיה אמינה.
כיצד פועל קורא טביעות אצבעות אולטרסאונד
קורא האולטרסאונד עושה קפיצת מדרגה רעיונית: במקום לראות את טביעת הרגל, הוא "מקשיב" לה.הוא משתמש בגלי קול בתדר גבוה כדי ליצור מפה תלת-ממדית של פני האצבע, כולל התבליטים והנקבוביות שלה.
בלב המערכת נמצא סט של מתמרים אולטרסאונדיםחלקם פולטים פעימות קול ואחרים קולטים אותן. כשמניחים את האצבע, הפולט משחרר פעימות מיקרו החודרות לשכבה החיצונית של העור ומשקפות את הרכסים והמבנים הפנימיים כמו הדרמיס.
ההבדלים בתזמון ובעוצמת ההדים מאפשרים לנו לשחזר מודל תלת-ממדי של טביעת האצבע, משהו כמו "רדאר" קטן של קצה האצבע. מודל זה לוכד מידע עשיר בהרבה מתמונה שטוחה: עומק הרכסים, נקבוביות הזיעה, מרקם וכו'.
המיקרו-מעבד של המודול הופך את ההדים הללו לאותות חשמליים.הוא מיישם אלגוריתמים של הדמיה תלת-ממדית ויוצר תבנית ביומטרית. תבנית זו מאוחסנת מוצפנת באזור מאובטח במכשיר ומשמשת להשוואות עתידיות.
היתרון הגדול הוא שאולטרסאונד חודר טוב יותר מאור דרך שכבות דקות של לכלוך, מים או שומן.זו הסיבה, תיאורטית, שהוא מזהה טביעות אצבעות טוב יותר גם אם האצבע מעט רטובה או מלוכלכת, דבר מוערך מאוד בטלפונים ניידים מתקדמים ובסביבות תובעניות.
יתרונות של חיישנים אולטרסאונדים
היתרון הראשון הוא הדיוק והעמידות של התמונה התלת-ממדיתעל ידי מדידת נפח ולא רק הקרנה דו-ממדית, קשה הרבה יותר לתוקף ליצור עותק משכנע של טביעת האצבע שלך, אפילו באמצעות הדפסה תלת-ממדית או תבניות מתקדמות.
שפע המידע הזה הופך את סורקי האולטרסאונד לבטוחים יותר. נגד התקפות באמצעות תמונות HD או לטקס. יתר על כן, מודולים רבים משלבים טכניקות לזיהוי אצבעות בזמן אמת, המנתחות מאפיינים כגון תגובת דופק, מיקרו-וריאציות בלחץ או סימני הזעה.
יתרון ברור נוסף הוא הסבילות שלו לתנאים פחות מושלמים בעולם האמיתי.הם עובדים בצורה סבירה עם אצבעות רטובות, מעט שומניות או מעט מלוכלכות, ופחות רגישים לתאורת הסביבה. עבור המשתמש, זה מתורגם לפחות רגעי "נסה שוב".
במכשירים ניידים, ניתן לשלב קוראי אולטרסאונד מתחת לזכוכית מבלי שיהיה צורך להאיר אותם באותה מידה.זה מאפשר חופש עיצובי רב יותר, משפר את האסתטיקה (ללא כפתורים פיזיים), ויכול להגדיל את אזור הקריאה הפעיל בדגמים מסוימים.
חסרונות ומגבלות של אולטרסאונד
כל זה כרוך במחיר: מודולים אולטרסאונד יקרים יותר לייצור.יותר רכיבים, עיבוד מורכב יותר ודרישות אינטגרציה מחמירות יותר מעלים את המחיר, ולכן הם בדרך כלל שמורים לטווחים בינוניים-גבוהים וגבוהים.
גם צריכת האנרגיה נוטה להיות מעט גבוהה יותרמכיוון שפולסי האולטרסאונד האלה צריכים להיות מיוצרים ומעובדים. בסמארטפון מודרני זו לא בעיה עיקרית, אבל זה משהו שצריך לשים לב אליו במכשירים קטנים או בעלי צריכת חשמל נמוכה מאוד.
בפועל, חוויית המשתמש לא תמיד תואמת את התיאוריהחלק מהמשתמשים מדווחים על יותר כשלים בקריאה עם דגמים מסוימים (לדוגמה, חלק מטלפוני Samsung Galaxy S יוקרתיים) מאשר עם קוראי קריאה אופטיים של יצרנים אחרים כמו Google Pixel, עד כדי מכירת המכשיר מתסכול מהחיישן. אם טביעת האצבע שלך נכשלת לעתים קרובות, ישנם מדריכים כגון השיאומי שלי לא מזהה את טביעת האצבע שלי. שיכולים לעזור בהגדרה ובכיול.
חיסרון נוסף הוא רגישותו לסדקים או פגמים ישירות מעל אזור החיישן.אם המסך נסדק במקום בו נמצא מודול האולטרסאונד, התפשטות הגלים עלולה להיפגע קשות, והזיהוי יחמיר או פשוט מפסיק לפעול.
לבסוף, מגני מסך מסוימים עלולים להפריע לאולטרסאונד.יצרנים בדרך כלל מפרסמים רשימות של מגני מסך תואמים; התעלמות מהם עלולה לגרום לירידה ניכרת בדיוק.
חיישנים קיבוליים ותרמיים: השחקנים האחרים בעולם הביומטרי
למרות שהוויכוח התקשורתי הוא בין חיישנים אופטיים לאולטרסאונדים, אסור לנו לשכוח חיישנים קיבוליים ותרמיים.שעדיין יש להם משקל רב במחשבים ניידים, גישה בעלת אבטחה גבוהה ומכשירים ייעודיים.
כיצד פועל חיישן טביעות אצבע קיבולי
החיישן הקיבולי אינו משתמש באור או בצליל, אלא בחשמל סטטי.הוא מורכב ממערך של קבלים זעירים (פיקסלים) העשויים מחומר מוליך למחצה כמו סיליקון.
כאשר מניחים את האצבע, הרכסים נוגעים קרוב יותר למשטח החיישן. שהעמקים, ומשנים את הקיבול של כל פיקסל. מעגל הקריאה מודד את השינויים הללו וממיר אותם לתמונה דיגיטלית של תבליט טביעת הרגל.
בקר פועל על מטריצה זו, מסנן רעשים, משפר את התמונה ומחלץ תכונות.לאחר מכן הוא משווה את התבנית שנוצרה עם התבניות המאוחסנות באמצעות יחידת השוואה המחשבת ציון דמיון.
חיישנים אלה הפכו פופולריים מאוד בזכות היותם קומפקטיים, מהירים ומדויקים למדי.זה הופך אותם לאידיאליים לשילוב בכפתורים, מסגרות למחשבים ניידים, כרטיסי תשלום או מסופי mPOS.
יתרונות וחסרונות של קורא קיבולי
יתרונותיו כוללים דיוק גבוה, צריכת חשמל נמוכה וגודל קטן.הם תומכים בזיהוי מגע והחלקה ונחשבים מתאימים ליישומים בעלי אבטחה גבוהה.
עם זאת, יש להם מספר נקודות תורפההם פגיעים לפריקה אלקטרוסטטית (ESD), אצבעות יבשות או מצולקות יתר על המידה עלולות לפגוע משמעותית בקריאה, ועלות הייצור גבוהה יותר מזו של חיישנים אופטיים פשוטים.
מה מציע חיישן טביעות אצבע תרמי?
החיישן התרמי נמצא בליגה אחרת: הוא מודד טמפרטורה.הוא מזהה את הפרשי החום בין רכסי העור לאוויר שנותר בעמקים, באמצעות חומר פירואלקטרי המשולב במטריצת סיליקון.
כאשר מניחים את האצבע עליו, הטרנזיסטורים במערך זה מייצרים מטען חשמלי פרופורציונלי לחימום ולקירור., והמיקרו-מעבד יוצר תבנית דיגיטלית מאותה תבנית תרמית.
היתרון העיקרי שלו הוא שקשה מאוד לזייף הדמיה תרמית. הוא יכול לפעול בתנאים רטובים או יבשים, מה שהופך אותו לאבטח ביותר. הוא משמש במערכות בקרת גישה רגישות במיוחד, בנקים, כלי רכב ומכשירי אכיפת חוק.
החיסרון הוא שהם יקרים ודורשים תחזוקה רבה יותר.הם רגישים לשינויים קיצוניים בטמפרטורת הסביבה וזמן העיבוד עשוי להיות ארוך במקצת מאשר בחיישנים אופטיים או קיבוליים.
אולטרסאונד לעומת אופטי: השוואה נקודתית
אם נתמקד במה שמעניין את המשתמש הנייד, ההשוואה המרכזית היא בין חיישן אופטי מובנה במסך לקורא קולי.שניהם משמשים לפתיחת המכשיר ולאשר תשלומים, אך הם עושים זאת בעוצמות שונות.
בטכנולוגיית לכידת תמונה, האופטיקה משיגה תמונה דו-ממדית באמצעות אור חיישן האולטרסאונד מייצר מודל תלת-ממדי באמצעות גלי קול. הבדל זה מתורגם לנפח מידע גדול יותר עבור חיישן האולטרסאונד.
מבחינת בטיחות טהורה, לטכנולוגיית אולטרסאונד יש יתרון.הדמיה תלת-ממדית והיכולת לזהות אצבע חיה מסבכות מאוד את השימוש בתמונות, תבניות וטכניקות זיוף. טביעות אצבע אופטיות, לעומת זאת, הוכחו כפגיעות להתקפות באמצעות טביעות אצבע מודפסות או חומרים מוכנים היטב כמו לטקס.
מבחינת דיוק ושיעור שגיאות, הדמיה אולטרסאונד מציעה בדרך כלל פחות תוצאות חיוביות שגויות. והבחנה טובה יותר בין ניסיונות אמיתיים לניסיונות מזויפים. עם זאת, בהתאם ליישום, ייתכן שיהיה שיעור דחייה כוזבת מעט גבוה יותר אם התוכנה אינה ממוטבת.
בשימוש יומיומי, אופטיקאים נותנים תוצאות טובות מאוד עם אצבעות נקיות ויבשותבעוד שסורק האולטרסאונד טוב יותר בטיפול באצבעות רטובות או מעט מלוכלכות, החוויה בפועל משתנה בהתאם לדגם: חלק מהמשתמשים משבחים את הסורק האולטרסאונד, בעוד שאחרים חוו יותר בעיות מאשר עם סורקים אופטיים.
מבחינת מהירות, ההבדלים הולכים וקטנים.סורקי אולטרסאונד מודרניים רבים מבצעים אימות כמעט מיידי, אך חלק מהחיישנים האופטיים המכוילים היטב גם פותחים את המכשיר במהירות גבוהה. ההבדלים נובעים יותר מכיוון עדין מאשר מהטכנולוגיה עצמה.
בנוגע לגורמים חיצוניים, טכנולוגיית אולטרסאונד פחות רגישה לאור הסביבה.ניקוי אופטי יכול להיות מושפע מהשתקפויות או לכלוך מוגזם על הזכוכית. ניקוי אולטרסאונד, לעומת זאת, רגיש יותר לסדקים ולמגני מסך מסוימים.
באינטגרציה פיזית, שניהם יכולים להיכנס מתחת למסךעם זאת, חיישני קולי הפכו פופולריים במכשירים יוקרתיים (כגון סדרת סמסונג גלקסי S10 ודגמים מאוחרים יותר), בעוד שחיישנים אופטיים שולטים בטלפונים בינוניים בשל עלותם הנמוכה יותר. סמסונג, לדוגמה, ממקמת את חיישן הקולי במיקום נוח יותר מהחיישן האופטי בדגמים מסוימים, מה שמשפיע גם על הארגונומיה הנתפסת.
יישומים בעולם האמיתי של כל סוג חיישן
חיישנים אופטיים נותרים האפשרות המועדפת כאשר מחפשים נפח ועלות נמוכה.מסמכי זהות לאומיים, רישומי בוחרים, מערכות בקרת נוכחות, בקרת גבולות, כספומטים, אבטחת בית בסיסית וכו'.
חיישנים קיבוליים שולטים במחשבים ניידים, טאבלטים וסמארטפונים עם קוראי כפתורים., מסופי תשלום ומערכות שבהן רצוי איזון בין דיוק, גודל קטן וצריכת חשמל נמוכה.
חיישנים אולטרסאונד הופכים נפוצים יותר ויותר בטלפונים ניידים מתקדמים. לפתיחת נעילה ותשלומים ניידים, כמו גם בפתרונות שבהם אבטחה ועמידות בפני אצבעות רטובות או מלוכלכות הן קריטיות. קוואלקום, לדוגמה, פיתחה מודולים מובנים המשמשים במספר מכשירי דגל.
סורקים תרמיים שמורים לנישות שבהן זיוף חייב להיות קשה ביותר.בקרות גישה בעלות אבטחה גבוהה, מערכות כניסה לציוד מקצועי רגיש, כניסות רכב מתקדמות או יישומי אכיפת חוק.
פרטיות, אבטחה וטיפול בנתונים ביומטריים
כל הפריסה הטכנולוגית הזו תהיה חסרת משמעות אם היא לא תגן על משהו בסיסי: הפרטיות שלך.מידע ביומטרי הוא רגיש ביותר; בניגוד לסיסמה, לא ניתן לשנות את טביעת האצבע שלך אם מישהו גונב אותה.
מערכות מודרניות (אופטיות ואולטרסאונד) מאחסנות את תבנית טביעת האצבע שלך במכשיר עצמו.תבנית זו מאוחסנת בדרך כלל במובלעת מאובטחת מבוססת חומרה, נפרדת ממערכת ההפעלה. היא מוצפנת ובדרך כלל אינה נשלחת לשרתים חיצוניים.
הסורק לעולם לא שומר תמונה של האצבע שלך כפי שהיא.אלא קבוצה של נתונים מספריים המתארים נקודות אופייניות. בעזרת תבנית זו, המכשיר יכול רק לאמת אם התבנית שזה עתה קרא דומה מספיק לתבנית שאחסן.
יצרנים מיישמים הצפנה חזקה ומדיניות גישה מחמירה למידע זהמזעור הערוצים שדרכם נתונים אלה יכולים לצאת מהמובלעת המאובטחת. למרות זאת, עדיין חיוני לבחור מכשירים ממותגים המציעים שקיפות ועדכוני אבטחה תכופים.
שכבות נוספות מתווספות בסביבות תאגידיות או ממשלתיות., כגון אימות רב-גורמי (טביעת אצבע + קוד סודי + כרטיס), ביקורת גישה ובמקרים מסוימים, אנונימיזציה של תבניות כדי למנוע קישור ישיר שלהן לזהות ללא בקרות מוקדמות.
אתגרים עכשוויים ולאן מועדות פני זיהוי טביעות אצבע?
לא החיישן האופטי ולא החיישן האולטרסאונד מושלמים.שניהם מתמודדים עם אתגרים: עלות, צריכת חשמל, אזעקות שווא, שילוב עם מסכים דקים יותר ויותר, ומעל הכל, התקפות מתוחכמות יותר ויותר.
בצד האולטרסאונד, האתגרים כוללים הפיכת הטכנולוגיה לזולה יותר.כדי לשפר עוד יותר את מהירות הצילום, להפחית את צריכת החשמל ולמזער בעיות עם מגני מסך וסדקים.
בעולם האופטיקה, המרוץ לחיזוק ההגנות נגד זיופים נמשך.לשלב אלגוריתמים שמזהים טוב יותר טביעות אצבע מזויפות ושומרים על ביצועים טובים מבלי להעלות את העלויות.
העתיד מצביע על פתרונות ביומטריים רב-מודאלייםכאשר סריקת טביעות אצבע משולבת עם זיהוי פנים, קשתית או גורמי זיהוי אחרים, כאשר הקוראים משולבים ישירות באזורים רבים יותר של המסך או אפילו ללא מגע, דבר אטרקטיבי במיוחד בסביבות עם תנועה רבה. למעשה, אנדרואיד 12 DP2 רומז על טלפון פיקסל חדש עם סורק מובנה במסך, אשר מראה את מגמת האינטגרציה.
נראה גם נוכחות רבה יותר של בינה מלאכותית במכשיר עצמו., שיפור תבניות באמצעות שימוש, צמצום שגיאות וזיהוי דפוסי תקיפה חשודים מבלי צורך לשלוח נתונים לענן.
גם החיישנים האופטיים וגם החיישנים האולטרסאונד ימשיכו להתקיים יחד במשך זמן רב.הראשון כאופציה משתלמת וטובה מספיק עבור רוב המשתמשים, והשני כאפשרות אבטחה וגמישות בסביבות מתקדמות וקריטיות, כאשר הביומטריה מבססת את עצמה כחלק מרכזי באופן שבו אנו מגנים על הנתונים שלנו ועל חיי היומיום הדיגיטליים שלנו.
