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深入浅出手机的指纹识别功能

新奇玩意 爱 好奇 1821浏览 0评论 来自:电脑报在线

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在iPhone 5s开启指纹识别大门之后,Android阵营凭借数量优势,大有后发制人的架势,vivo Xplay 3S、华为Mate 7、三星Note 4、OPPO N3、魅族MX4Pro等形成的指纹手机大军,已经让指纹识别功能的战争,从有没有升级到谁更好。不用输密码或图案,手指轻触一下,“秒开”屏幕,这应该是大多数人对手机指纹识别的第一印象吧,但这个过程是如何实现?指纹识别是否真的好用?安不安全?我们这就来谈谈吧。

指纹识别功能已成旗舰机标配

苹果总是有引领潮流的能力,2013年的iPhone 5s带来了Touch ID,智能手机市场便掀起一股指纹识别的热潮。2014年开年,先后发布的两款旗舰手机vivoXplay 3S、三星Galaxy S5都不约而同配备了指纹识别器,将这股热潮正式带到Android阵营。

不过当时的方案商AuthenTec被苹果纳入旗下后,包括三星在内的其他厂商并没有更好的指纹解决方案来支撑一款旗舰产品跟苹果对抗。直到一年后,首款搭载按压式指纹识别模组的华为Ascend Mate7发布,随后,OPPO N3、魅族MX4 Pro,两部高端国产手机也搭载着指纹识别面市,后者更是首款正面HOME键按压式指纹识别Android手机。

沿袭了Touch ID的iPhone 6也大有将其发扬光大之势,指纹应用打通了国内银联系统和支付宝系统的指纹移动支付功能,大大推动了指纹识别的应用发展。越来越多可以和Touch ID媲美的优秀方案商,移动支付的需要,用户对现有功能的不满足,手机市场亟需新技术、新功能的刺激,等等因素都让我们有理由相信指纹识别将会在2015年成为市场主流,成为旗舰手机标配。

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魅族MX4 Pro在发布时就特意强调了其正面按压式的指纹识别

主流技术方案及安全性解读

不管是华为、OPPO,还是魅族,在新机发布会上都将自己使用的指纹识别技术作为重点“表扬”对象,下面我们就介绍一下手机上的指纹识别是怎么实现的。

隐藏在幕后的指纹识别方案

现阶段手机界常用的指纹识别解决方案,按照指纹识别器的放置划分,分别是正面Home键位置和背面摄像头下方位置,按照指纹识别方式划分,分别是触摸式(按压)和滑动式。

iPhone6、魅族MX4 Pro、三星Note4等的指纹识别器便是在正面Home键位置,Note4是滑动扫描指纹。华为Mate 7、OPPO N3、vivo Xplay 3S等的指纹识别器在背部,也是既有触摸的又有滑动的。之所以会有这样的差异,还与这些手机所使用的指纹识别方案商有关。

在AuthenTec被苹果收购之后,其他厂商就都不用想了,那怎么办呢?三星S5、HTC One Max等,便只能选择另一家美国公司Synaptics&Validity的滑动识别方案。滑动式指纹识别必须从上向下滑动,对手指进行逐行扫描,必须固定姿势、固定方向并且手指覆盖整个Sensor才可被识别。

后来,瑞典FingerPrint Cards开发出了更好的、识别效果能和AuthenTec媲美的方案,华为Mate7和OPPO N3所采用的便是该公司方案,但是该方案模组较厚(N3所的方案是Mate7方案基础上的升级版,最大差异就是体积小了30%,但依然偏大)。因此只能放在背面(Xplay3S采用的也是该公司方案,由于上市时间较早没赶上趟,因此它当时依然是滑动式指纹识别)。

也正是这个原因让魅族MX4 Pro转而选择了国产方案:汇顶科技的“触摸式指纹识别芯片技术”。该方案与苹果的AuthenTec类似,在屏幕下方设置一个由蓝宝石玻璃覆盖的识别区域,既可以识别指纹,也可以当做按键。

手机指纹识别原理

指纹识别方案各不一样,实现过程大致相同:指纹识别器采集到指纹图像后,手机进行识别、处理,提取特征,存入指纹库;再次输入指纹时,与指纹库自动对比,最终通过或拒绝验证。具体实现过程,包括指纹收集、验证、安全机制等则有所不同。

苹果的Touch ID指纹读取做了两层验证。第一层借助指纹电容传感器来识别整个接触面的指纹图像。第二层则是利用无线射频技术并通过感应组件读取从真皮层反射回来的信号,形成一幅指纹图像。

在指纹验证过程中,其能够对指纹进行360度全方位扫描并且与数据库指纹数据进行比对。当匹配成功,该指纹图像便会用于加强数据库的样本信息,也就是说指纹识别每成功一次,其实都是对指纹数据库的一次完善,使得成功率和安全性得到更高保障。

与Touch ID最相似的是MX4 Pro所用的汇顶科技的方案,同样基于电容触摸的原理,其使用了自己的专利技术Finger Flash模式,由蓝宝石玻璃覆盖的识别区域既可以识别指纹,也可以当做按键,同样能实现360度扫描和识别。

背面识别方案的手机,指纹传感器通常置于后壳中,覆盖一层银色镀膜,指纹识别区域和后壳之间还有一圈环形金属状,类似于苹果Touch ID的不锈钢探测环,充当指纹触发器的作用。

指纹识别安全性

各款手机虽说系统、配置各不相同,但在安全方面,硬件上大致都基于ARM  TrustZone技术,再配合软件加密。

ARM  TrustZone技术简要来讲就是ARM为了保护指纹、密码信息所构建的一个安全体系,它就像一个独立于SoC和所有软件的隔离区,是一个独立自主的体系,即使手机越狱、root对它也没有任何影响。

iPhone上使用的Secure Enclave模块亦基于ARM TrustZone技术,相当于一个定制版的TrustZone。采用自主芯片的华为Mate 7也是相同原理,指纹加密、存储、校验程序皆运行在海思芯片里物理隔离的安全OS中,程序无法直接访问。

软件方面,它们则采用了不同算法对指纹信息进行加密。如魅族的Tiny算法和AES 128多重加密算法,华为的AES256算法以及RSA 2048签名保护等方式。

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MX4 Pro的指纹识别方案与苹果的AuthenTec类似,都有一块蓝宝石玻璃覆盖,既可以识别指纹,也可以当做按键

5款热销机型纵向体验

技术普及完了,下面该讨论一下哪家强的问题了。我们找来了MX4 Pro、iPhone 6、OPPO N3、华为Mate7和vivo Xplay3S五款手机,它们正好代表了汇顶科技、AuthenTec和FPC的按压式和滑动式指纹识别方案。

正面还是背面?

判断指纹识别好不好用,首先应该要看手指舒不舒服吧。因此对于指纹识别器应该放在正面还是背面的问题,一直都有争论。有了iPhone的示范,很多人第一感觉会认为指纹识别器放在正面更好,但并并非所有手机皆是如此。

当手机尺寸过大,单手握持时,要大拇指去触摸正面的Home键也会有拉伸感,而放置在后面则更容易用食指按到。所以,哪种位置更好,关键还是看手机尺寸、本身的设计语言以及自己的使用习惯。

我们这次测试的5款手机都较好遵循了这些原则。MX4 Pro和iPhone6正面的实体Home键得到了延续,单手操作时大拇指可以方便触摸。OPPO N3、华为Mate7、vivo Xplay 3S则保证了正面窄下巴,背部的指纹识别器在首次使用录入指纹时由于看不到需要适应,不过此后便可以很容易触摸到。

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正面和背面两种设计,体验差距其实并没那么大

录入效率

除了Xplay 3S录入指纹时需要自上向下滑动手指之外,其他几款手机都是将手指直接轻放到识别器上进行录入即可。而Xplay 3S录入指纹的次数是最少的,一般滑动3~4次后,手机提示录入成功。MX4 Pro和iPhone 6的则需要将手指重复轻触Home键10次以上,并每次都要不断调整手指的角度才能正确完全录入。

N3和Mate7采用了相同方案,录入时都只需要重复六次,过程都是轻触,其指纹录入速度和方便程度都是最高的。5款手机都支持最多录入5个指纹。

解锁速度

指纹录入后,关闭屏幕,再来测试一下解锁的速度。从黑屏到解锁完成,最快的是华为Mate7,在五款手机中,它是唯一一个不需要按一下点亮屏幕这个动作就可直接解锁到主屏的。实际上,Mate7的指纹识别器也不可按压操作。

其他四款手机,在黑屏时,都需要先按一下指纹识别区点亮屏幕,然后让手指停留不动(Xplay 3S为滑动动作)解锁。其实单纯从解锁反应来看,很难给这几款手机排个名次出来,因为当速度已经快到1秒以内的时候,大脑对此的差异已经很难分辨了。但Xplay3S由于有一个滑动手指的过程,明显比直接按压麻烦一些,所以整体速度上会比较吃亏。

成功率

五款手机用相同手指都测试10次,让我们惊喜的是,iPhone 6、Mate 7、MX4 Pro的成功率都达到100%,N3和Xplay 3S也只失败了一次,从这样的高成功率不难看出,目前手机上的指纹识别其实已经比较成熟了。

触摸式的指纹识别方案还有一个优势,除了Xplay 3S之外,其他四款手机都可以360度识别,也就是手指从不同方向触摸指纹识别区都可“秒开”。也试了试Xplay 3S倒着“刷指纹”,只有偶尔一次能成功解锁。

需要说明的是,由于MX4 Pro默认长按Home键启动语音助手,所以在指纹解锁的同时有好几次都直接触发了语音助手,在设置中将长按Home键切换为关闭屏幕后,才解决了这个问题。相比之下,iPhone6解锁未遇到类似情形。

除了解锁之外,Android手机的指纹识别还可用于保护应用程序、相册、视频等隐私内容。Xplay3S的访客模式还可以设置由某个指纹开启,当朋友要借你手机玩的时候,便可使用该指纹直接解锁至访客模式,既能保护隐私又避免尴尬。

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相比按压式,滑动式识别在速度上比较吃亏

 

“指纹膜”能被识别吗?

有多少人公司是用指纹打卡?从指纹打卡机诞生开始,便有了“指纹膜”这种群众智慧的结晶。它就是一种利用硅胶复制指纹后制作的一种膜,戴上这种膜,别人可以代打卡,那也能解锁手机吗?为了打消疑虑,我们也对这几款手机进行了指纹膜考验。

在网店和电脑城都有复制指纹的工具销售,一套工具在百元左右,我们从一家网店购买了一套,卖家声称成功率99%。这套工具的主要材料包括指纹专用胶(流质状的硅胶)、凝固剂和指纹采集台(里面铺着一层厚厚的蜡油)。

制作过程并不复杂,首先用打火机烧熔蜡油,迅速按下手指保持一会儿,指纹便被采集下来。然后制作指纹胶,倒出一部分硅胶与凝固剂搅拌均匀后,将其浇到采集有指纹的蜡油上。等待其凝固后轻轻剥下,一个指纹膜便制作成功了。将它用到指纹打卡机上试了试,居然真的成功了!

接着把它放到手机上挨个测试,皆告失败,其实这也是我们预见到的。现在一些公司使用的指纹打卡机,多数都还是激光类型的,指纹采集处的镜片发出的光射在指纹凹凸面上,反射回感应板上后形成一幅图片,再与数据库进行比较,如果三维面相同,则被确认是本人。

虽然它可以复制一致的指纹,但目前手机所使用的指纹感应器还记录了手指电容值,iPhone甚至会读取到真皮层反射回来的信号,别说是这种指纹膜,就算是断指都无法被识别。指纹膜仅仅是复制了纹路图像,这样的图像根本不能用来作指纹识别。

但也不是说手机的指纹识别器可防所有假手指,只是做这样的假手指的成本极高,因此可以说指纹识别实际上是拉高了窃密成本和风险。
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复制指纹的主要材料

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蜡油上采集到的指纹和已经被复制到硅胶上的指纹膜
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使用指纹膜都识别失败

总结:从“聊胜于无”到“刚需”

从以上测试不难看出,手机指纹识别的功能性和安全性都已经成熟,它还是一个聊胜于无的功能吗?如果指纹仅仅用于解锁手机,那么可能是可有可无,而一旦指纹变成了你的支付密码,那就要另当别论了。众多厂商也看到了这一点,这些指纹识别手机都有一个明显趋势那就是加入对指纹支付的支持。我们可以预见,指纹支付和指纹技术将是一种相互推动的发展模式,未来不管是指纹识别还是指纹支付都将成为手机上的“刚需”。

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