Ultrasone vingerafdruk. Niet veiliger, maar wel handiger

Naarmate we dieper ingaan op systemen die verband houden met veiligheid en controle, zullen velen van ons uiteindelijk onze aandacht richten op biometrische methoden voor persoonlijke identificatie voor bepaalde behoeften.

Biometrie is een methode om automatisch een persoon te identificeren en de identiteit van een persoon te bevestigen op basis van fysiologische of gedragskenmerken. Voorbeelden van fysiologische kenmerken zijn vingerafdrukken, handvorm, gezichtskenmerken, iris, stemkenmerken, handschriftkenmerken. Naarmate de technologie zich ontwikkelt, verschijnen er steeds meer manieren om een ​​menselijke persoon te identificeren.

De meest populaire biometrische identificatiemethode is vingerafdrukherkenning. Ik denk dat dit waar is, omdat het een relatief goedkope en eenvoudige methode is die zich in de loop van de tijd heeft bewezen. Er zijn verschillende manieren om een ​​menselijke vingerafdruk te verkrijgen met behulp van elektronica: optische methoden voor het verkrijgen van een vingerafdrukbeeld - reflectie, transmissie, contactloze methoden, capacitieve vingerafdruksensoren (halfgeleider), radiofrequentiescanners, scanners die gebruik maken van de drukmethode, thermische scanners, ultrasoon methode. Elke methode voor het verkrijgen van een vingerafdruk heeft zijn eigen voor- en nadelen, maar het belangrijkste evenwicht tussen het kiezen van een scanmethode is prijs-betrouwbaarheid (hier benadrukken we niet alleen effectieve bescherming, maar ook weerstand tegen externe factoren).

De betreffende R308-vingerafdrukscanner (link naar winkel) is optisch (reflectiemethode). Deze methode maakt gebruik van het effect van Frusted Total Internal Reflection. Het effect is dat wanneer licht op het grensvlak tussen twee media valt, de lichtenergie in twee delen wordt verdeeld: het ene wordt gereflecteerd door de grens, het andere dringt door de grens naar het tweede medium. De fractie van de gereflecteerde energie hangt af van de invalshoek lichtstroom. Vanaf een bepaalde waarde van een bepaalde hoek wordt alle lichtenergie gereflecteerd door het grensvlak. Dit fenomeen wordt totale interne reflectie genoemd. In het geval van contact van een dichter optisch medium (het oppervlak van een vinger) met een minder dicht medium op het punt van totale interne reflectie, passeert een lichtstraal deze grens. Alleen lichtstralen die de grens binnenkomen, worden dus door de grens gereflecteerd. bepaalde punten totale interne reflectie, waaraan het vingerpapillaire patroon niet was gehecht. Om het resulterende lichtbeeld van het vingeroppervlak vast te leggen, wordt een speciale beeldsensor (CMOS of CCD, afhankelijk van de scannerimplementatie) gebruikt.

Voor deze methode kan het volgende worden opgemerkt:

• Een van de goedkoopste vingerafdrukscanners met een relatief groot vingerscangebied
• Gevoeligheid voor vervuiling van het werkoppervlak van de sensor
• Lage bescherming tegen dummies
• Relatief grote moduleafmetingen

De R308-vingerafdrukscanner ziet er dus als volgt uit:

Ik zou de module graag willen demonteren en van binnenuit willen bekijken, maar het ontwerp is zo gemaakt dat het onmogelijk is om de schroeven voorzichtig los te draaien en het bord met elementen te verwijderen, omdat iets het van binnenuit vasthoudt en dit is problematisch om te doen zonder een soldeerbout te gebruiken, dus probeer niet de integriteit van de module te beschadigen, wat tot falen kan leiden.

Deze optische vingerafdrukscanner maakt gebruik van een snelle digitale signaalprocessor als kern. Deze module kan een vingerafdrukafbeelding ontvangen, de afbeelding verwerken voor opslaan of zoeken, de vingerafdrukgegevens in zijn eigen geheugen opslaan en zoeken naar een overeenkomst tussen de ontvangen vingerafdruk en de opgeslagen vingerafdrukken. Om verbinding te maken met ACS (toegangscontrolesystemen) beschikt de module over een UART-interface, waarmee de module opdrachten ontvangt en antwoorden verzendt over de resultaten van bewerkingen. Bovendien kan de module het daarmee verkregen vingerafdrukbeeld overbrengen naar een ander apparaat. De vingerafdrukscanner is zo ontworpen dat hij alle computationele en analytische handelingen zelf uitvoert, maar deze processen moeten worden gecontroleerd om de praktische waarde van de module te verkrijgen. Op basis van de antwoorden over de resultaten van de opdrachtuitvoering kan de externe microcontroller dus elke noodzakelijke logica bouwen voor de werking van het toegangscontrolesysteem met behulp van een vingerafdrukscanner.

Specificaties R308-vingerafdrukscanner:

• Voedingsspanning – 4,5-5 volt
• Bedrijfsstroom – 40 mA
• Interface – UART (TTL logisch niveau)
• Baudsnelheid – 9600*n, n=1~12, standaard 57600 bps
• Vingerafdrukscantijd – tot 0,5 seconde
• Grootte van vingerafdruksjabloon – 512 bytes
• Valse acceptatiepercentage (FAR) – minder dan 0,001%
• Valse afwijzingspercentage (FRR) – minder dan 0,5%
• Beveiligingsniveau – 5
• Gemiddelde zoektijd – minder dan 1 seconde
• Venstergrootte vingerafdruklezer – 18x22 mm
• Modulegrootte – 55,5x21x20,5 mm
• Bedrijfstemperatuurbereik – -20-+40 graden Celsius

Om verbinding te maken met andere apparaten heeft de R308 een 6-pins connector:

1. Vt – plus voeding voor de vingerdetector
2. Vin – modulevermogen plus
3. Aanraking – signaaluitvoer van vingerdetector

De documentatie geeft de kleuren aan van de kabel die bij de module is geleverd, maar in mijn geval kwamen de kleuren niet overeen, dus het is het meest betrouwbaar om het doel van de contacten te bepalen aan de hand van de nummering die op het bord bij de moduleconnector is aangegeven.

Structuur van het datapakket dat door de module wordt verzonden en ontvangen:

1. Header – header, vaste waarde 0xEF01 (2 bytes)
2. Opteller – adres van de vingerafdrukscanner, vaste waarde 0xFFFFFFFF (4 bytes)
3. Pakket-ID – datapakket-ID, 01H – commandopakket, 02H – datapakket, 07H – antwoordpakket, 08H – einde van datapakket (1 byte)
4. Pakketlengte – aantal bytes van het informatiepakket (inclusief de som van de databytes van items 5 - 6), maximaal aantal 256 bytes (2 bytes)
5. Inhoud van de verpakking – nuttige gegevens
6. Checksum – checksum, rekenkundige som van punten 3-6 (2 bytes)

De vingerafdrukscanner heeft 8 basisinstructies om hem te bedienen:

1. Een vingerafdruk scannen en opslaan in de buffer. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.
2. Maak een vingerafdruktekenbestand van de originele vingerafdruk en sla het op in CharBuffer1(2). Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.
3. Zoek naar een vingerafdrukmatch in de modulebibliotheek die overeenkomt met degene die is opgeslagen in CharBuffer1 of CharBuffer2. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft, evenals de vingerafdruk-ID in de modulebibliotheek.
4. Een vingerafdrukmodelsjabloon maken. De informatie in CharBuffer1 en CharBuffer2 wordt gecombineerd en gecombineerd om betrouwbaardere vingerafdrukgegevens te verkrijgen (de vingerafdruk in deze buffers moet tot dezelfde vinger behoren). Na de bewerking worden de gegevens weer opgeslagen in CharBuffer1 en CharBuffer2. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.
5. Opslaan van de vingerafdruksjabloon van Buffer1/Buffer2 naar het flashgeheugen van de modulebibliotheek. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.
6. Een sjabloon verwijderen uit het flashgeheugen van de module. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.
7. Het vingerafdrukbibliotheekgeheugen van de module wissen. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.
8. Het modulewachtwoord controleren. Retourneert een bevestigingscode die het succes van de bewerking aangeeft.

Om te zoeken naar een vingerafdrukovereenkomst in de modulebibliotheek, moet u de vingerafdruk scannen en opslaan in de buffer, een symboolbestand genereren en in CharBuffer plaatsen en een opdracht schrijven om naar vingerafdrukovereenkomsten te zoeken (instructies 1, 2, 3).

Om een ​​vingerafdruk in het geheugen van de module in te voeren, moet u een afbeelding van de vingerafdruk verkrijgen, deze in een buffer opslaan en een symboolbestand genereren dat is opgeslagen in CharBuffer (we herhalen de bewerkingen minstens 2 keer en slaan alles op in CharBuffer1 en CharBuffer2 ), combineer vervolgens de gegevens in buffers 1 en 2. Om een ​​nauwkeuriger resultaat te verkrijgen, voeren we de opdracht uit om informatie over de vingerafdruk op te slaan op de opgegeven geheugenlocatie (instructies 1, 2, 4, 5).

Terwijl de module instructies uitvoert, is het noodzakelijk om de juistheid en het succes van de uitvoering te controleren via de reacties die volgen na het verzenden van de opdrachten. Dit kan de kwaliteit van de programma-uitvoering en de nauwkeurigheid van gespecificeerde manipulaties met de R308-vingerafdrukscanner verbeteren.

Om de werking van de module te evalueren, is een demo-firmware voor de STM32-microcontroller die overeenkomt met het diagram bij het artikel gevoegd:

Het LCD-display geeft de benodigde gegevens weer voor het werken met de vingerafdrukscanner; wanneer u het circuit inschakelt zonder gesloten jumpers Jmp1 en Jmp2, begint de hoofdprogrammacyclus wanneer de microcontroller wacht op ontvangst van een vingerafdruk van de scanner en een zoekopdracht start. het modulegeheugen wanneer dit verschijnt. Wanneer ingeschakeld met de jumper Jmp1 gesloten, wordt het geheugen van de vingerafdrukbibliotheek volledig gewist. Wanneer ingeschakeld met de Jmp2-jumper gesloten, worden er 5 nieuwe vingerafdrukken aan het modulegeheugen toegevoegd. Om een ​​vingerafdruk toe te voegen, moet u twee keer met uw vinger de scanner aanraken om deze op te slaan, als er geen fouten optreden bij het scannen van de vingerafdrukken.

Bovendien wordt het artikel vergezeld van het programma SFGDemo. Met zijn hulp kunt u bovendien een afbeelding van uw vingerafdruk krijgen standaard operaties een vingerafdruk aan het geheugen toevoegen, naar overeenkomsten zoeken, een vingerafdruk uit het geheugen verwijderen (een USB-UART-adapter wordt gebruikt om verbinding te maken met een computer).

Lijst met radio-elementen

Het leven in de snelle wereld van vandaag stelt steeds hogere eisen aan beveiligingssystemen. Een van de hoofdrichtingen op dit gebied is de creatie efficiënte apparaten persoonlijke identificatie. De noodzaak hiervoor ontstaat in verschillende gevallen:

• Auto's en andere dure spullen beschermen tegen ongeoorloofde toegang of gebruik
• Bescherming van computersystemen, software, mobiele telefoons
• Het voorkomen van diefstal en fraude bij financiële transacties en elektronische transacties, inclusief het uitvoeren van creditcardbetalingen en het betalen voor goederen en diensten via internet
• Beperking van de toegang tot magazijnen en gevoelige gebieden tot uitsluitend bevoegd personeel
• Bevestiging van naleving van de informatie over de persoon vermeld in het paspoort, rijbewijs, enz.

Persoonlijke identificatiesystemen moeten snel, betrouwbaar en goedkoop zijn. Conventionele identificatiemethoden zijn gebaseerd op het gebruik van documenten (paspoort, badge, enz.), wachtwoorden, handtekeningen en andere soortgelijke methoden. Deze traditionele benaderingen voldoen niet aan de moderne beveiligingseisen. Een veelbelovende richting voor de toekomst is biometrie. Biometrie biedt een handig, betrouwbaar en goedkoop middel voor identificatie of bevestiging van identiteit en kan worden gebruikt zonder extra toezichthoudende menselijke tussenkomst, incl. voor identificatie op afstand.

Biometrie maakt een unieke identificatie van een persoon mogelijk door bepaalde fysieke en gedragskenmerken te meten en daar de zogenaamde. monster uit deze metingen nemen, en deze vervolgens reduceren tot standaard formaat gegevens. Dit voorbeeld wordt vergeleken met een sjabloon (een geregistreerd sjabloon of handtekening) op basis van de kenmerken die als uniek voor het individu zijn geïdentificeerd en in het beveiligingssysteem zijn opgeslagen. De nauwe overeenkomst tussen monster en sjabloon bevestigt de identiteit van het individu.

De aandacht van onderzoekers is gericht op verschillende fysieke kenmerken die een persoon uniek kunnen identificeren: stem, gang, gezicht, iris en netvlies, handpalm of vingerafdrukken (DNA is niet opgenomen in deze lijst, omdat het nemen van een monster ervan langzaam en lastig is voor een persoon). persoon). Tot nu toe is de meest geavanceerde, volwassen en goed ontwikkelde technologie de technologie voor vingerafdrukidentificatie.

Fysiologisch gezien is een vingerafdruk een configuratie van uitsteeksels (ruggen) die individuele poriën bevatten, gescheiden door depressies. Onder de huid van de vinger bevindt zich een netwerk van bloedvaten. De morfologie van een vingerafdruk houdt verband met bepaalde elektrische en thermische kenmerken van de huid. Dit betekent dat parameters zoals licht, warmte of elektrische capaciteit (of een combinatie hiervan) kunnen worden gebruikt om een ​​vingerafdrukbeeld te verkrijgen. De vingerafdruk wordt gevormd tijdens de ontwikkeling van de foetus en verandert niet gedurende het hele leven van een persoon; bovendien herstelt hij, indien beschadigd, na enige tijd zijn oorspronkelijke structuur. Zelfs eeneiige tweelingen hebben geen identieke vingerafdrukken.

Elektronische beeldtechnologie en patroonherkenningsalgoritmen zijn nu geavanceerd genoeg om automatisch een sjabloonvingerafdruk te extraheren. Sommige algoritmen voor het verkrijgen van sjablonen zijn gestandaardiseerd door het NIST-standaardeninstituut in de VS.

Momenteel worden er veel technologieën voor elektronische vingerafdrukherkenning ontwikkeld. De meest bekende zijn optische, capacitieve, radio-, micro-elektromechanische (MEMS), thermische technologie, evenals drukanalysetechnologie. Tabel 1 toont de kenmerken, voor- en nadelen van elk van hen.

Tabel 1. Elektronische vingerafdruktechnologieën

De meeste van de beschreven technologieën voor het verkrijgen van een vingerafdrukbeeld kunnen er twee gebruiken verschillende manieren. De eerste is het gebruik van een statisch beeldopnamevenster van dezelfde grootte als het gewenste vingerafdrukbeeld (Fig. 1). Het voordeel van deze methode is dat er in één stap een compleet beeld ontstaat. Ernstige nadelen zijn onder meer de noodzaak om een ​​vangmatrix te gebruiken groot formaat, wat de kosten van het systeem verhoogt, evenals vervuiling van het sensoroppervlak door vingerafdrukken die erop achterblijven.

De tweede benadering is gebaseerd op het gebruik van een rechthoekig venster met de breedte van de gewenste afbeelding en een hoogte van enkele pixels. Bij het identificeren gaat een persoon snel met zijn vinger over het sensorvenster (Fig. 2). Het beeld wordt in secties gescand en softwarematig gereconstrueerd. Als gevolg hiervan worden de kosten van de sensor aanzienlijk verlaagd (vanwege de kleine afmetingen van het gevoelige element) en wordt deze zelfreinigend. Dergelijke sensoren worden sweepsensoren1 genoemd. Deze methode is verplicht voor het vastleggen van thermische beelden.

In dit artikel worden vingerafdruksensoren van ATMEL en FUJITSU onderzocht, waarvan een samenvattende lijst met kenmerken wordt gegeven in Tabel 2.

ATMEL-sensoren

ATMEL Corporation na uitgebreid onderzoek naar de kenmerken bestaande technologieën Bij het verkrijgen van vingerafdrukbeelden kregen consumenten een thermische sensor van het sweep-type AT77C101B te zien (Fig. 3). Het is een combinatie van een temperatuurgevoelige FingerChip™-matrix en elektronisch circuit transformatie van informatie. Beeldopname vindt plaats door uw vinger loodrecht op het sensorvenster te bewegen. Het gebruik van extra verwarmingen, lichtbronnen en radiostraling is niet vereist.

De FingerChip-sensor bevat een array van 8 rijen en 280 kolommen, in totaal 2240 warmtegevoelige pixels. Elke pixel heeft een grootte van 50x50 µM, wat een resolutie oplevert van 500 dpi met een gevoelig gebied van 0,4x14 mm. De waarde van deze resolutie komt overeen met de IQS2-specificatie, die de beeldkwaliteit van IAFIS3 bepaalt. De pixelklokfrequentie is programmeerbaar en kan 2 MHz bereiken, wat 1780 frames per seconde oplevert bij de apparaatuitgang. Het beeld van een volledige vingerafdruk wordt gereconstrueerd uit succesvol verkregen frames met behulp van ATMEL-software.

De FingerChip-sensor en het informatieconversiecircuit zijn vervaardigd op een enkele chip van 1,7 x 17,3 mm. Het functionele diagram van de microschakeling wordt getoond in figuur 4. De cyclus voor het ontvangen van elk frame bestaat uit de volgende stappen:

1. Eén van de 280+1 kolommen van de sensormatrix is ​​geselecteerd. Kolommen worden in een cirkel van links naar rechts geselecteerd. Na de reset wordt de meest linkse kolom geselecteerd.
2. Het analoge signaal van elke pixel in de kolom gaat naar een bank van 8 versterkers.
3. De versterkte signalen van twee lijnen (even en oneven) worden gelijktijdig naar twee 4-bits ADC's gevoerd. Deze signalen zijn ook aanwezig op de analoge uitgangen van de microschakeling (niet weergegeven in de figuur).
4. Ontvangen bij de uitgang ADC digitaal signalen, verdeeld in twee groepen van 4 bits, worden vastgezet in grendels en afgegeven aan parallelle uitgangen De0-3 (even lijnen) en Do (oneven lijnen).

De digitale stroom van de sensoruitvoer gaat naar de vingerafdrukreconstructie- en identificatieprocessor.

Op het gebied van betrouwbaarheid presteert de FigerChip-sensor uitstekend soortgelijke apparaten. Het geïntegreerde CMOS-circuit is uiteraard beschermd tegen ESD tot 16 kV. Het sensorframevenster is wrijvingsbestendig en bestand tegen minstens een miljoen vingeraanrakingen. Het is ook zeer goed bestand tegen aanzienlijke druk die op het werkoppervlak wordt uitgeoefend. Bedrijfsspanning ligt in het bereik van 3,3 V tot 5 V, het stroomverbruik is 20 mW bij een spanning van 3,3 V bij een frequentie van 1 MHz. Dit komt overeen met een stroomverbruik van ongeveer 7 mA. Er is een energiezuinige modus met een reset wanneer deze wordt ingeschakeld, de mogelijkheid om het klokken te stoppen, het temperatuurstabilisatiesysteem uit te schakelen en de uitgangen uit te schakelen en ze naar een hoge impedantiestatus te schakelen.

Bij normale werking De sensor is volledig passief en gebruikt alleen thermische energie vingertop. Als het temperatuurverschil tussen de vinger en de sensoras echter klein is (minder dan één graad), wordt het temperatuurstabilisatiesysteem geactiveerd, waardoor de temperatuur van de sensor enigszins wordt verhoogd om het noodzakelijke temperatuurcontrast te creëren.

Het gebruik van de AT77C101B thermische sensor van ATMEL heeft dus de volgende voordelen:

• Het gebruik van warmtegevoelige elementen vereist geen signaaloverdracht naar de vingertop; er wordt alleen gebruik gemaakt van de fysiologische eigenschappen van een levende vinger. Dit vermindert het energieverbruik en elimineert elk mogelijk menselijk ongemak veroorzaakt door de energetische effecten van stroom of radiogolven.
• Het gebruik van de sweep-beeldacquisitiemethode maakt het mogelijk om het gevoelige siliciumgebied van de sensor ongeveer 5 keer te verkleinen, en de kosten ervan worden met hetzelfde bedrag verlaagd. Het herstelde beeld heeft echter het nodige hoge resolutie. Bovendien is zo’n sensor zelfreinigend en zeer moeilijk voor de gek te houden. Onafhankelijke tests bevestigen dat het buitengewoon moeilijk is om een ​​kunstvingertop soepel genoeg te bewegen om de sensor voor de gek te houden.
• Door de beeldsensor en het conversiecircuit op één enkele CMOS-chip te integreren, worden de kosten en het energieverbruik verlaagd en de bedrijfssnelheid verhoogd. Dit maakt het ook mogelijk om hardware-encryptiemodules of andere speciale schema's in te bouwen om de beveiligingsmogelijkheden te verbeteren.

De gegevensstroom die van de sensor wordt ontvangen, wordt onderworpen aan softwareverwerking om het vingerafdrukbeeld te herstellen en daaruit de informatie te extraheren die nodig is voor daaropvolgende vergelijking met de sjabloon. De gereconstrueerde afbeelding is doorgaans 25 x 14 mm groot, wat overeenkomt met een pixelaantal van 500 x 280. Bij een resolutie van 8 bits per pixel is ongeveer 140 kB nodig om een ​​afbeelding op te slaan. Om privacyredenen en vanwege ruimtebeperkingen beschikbaar geheugen Het is niet raadzaam om volledige vingerafdrukafbeeldingen op te slaan in een vingerafdrukherkenningssysteem. Uiteraard kunnen ze in speciale gevallen op een veilige plaats worden bewaard als reservekopie ter referentie, maar voor de normale werking van het systeem in kwestie zijn vingerafdrukken van volledige lengte niet nodig.

Tijdens normale systeemwerking wordt een unieke set vingerafdrukgegevens uit de afbeelding geëxtraheerd. De extractie gebeurt met behulp van een patroonherkenningsprocedure of met behulp van het principe van details (minutiae). Het resultaat is doorgaans een set van 36 afbeeldingsdelen waarvoor 144 bytes nodig zijn om op te slaan (4 bytes per deel). Hierdoor kun je krijgen hoge graad compressie van het originele beeld. Er wordt dus een vingerafdruksjabloon of een monster gemaakt, dat bij het identificeren van een persoon wordt vergeleken met de in het systeem opgeslagen sjablonen.

Het gebruik van sjablonen heeft, naast het besparen van geheugen en het verhogen van de identificatiesnelheid, nog enkele andere voordelen:

De vingerafdrukafbeelding kan niet worden hersteld uit de sjabloon. Dit verkleint het risico dat gegevens worden misbruikt door elektronische hackers of gewetenloze medewerkers.

• De sjabloon kan worden gecomprimeerd met behulp van elk standaard datacompressie-algoritme en optioneel worden gecodeerd. Dit is vooral belangrijk bij toepassingen die gebruikmaken van vingerafdrukken, zoals Smart Card, die een beperkt geheugen hebben en hogere beveiligingseisen.
• Nadat u de sjabloon hebt uitgepakt met software van derden, standaardprocedure identificatie en beschrijving van beelddetails.

De laatste fase van het matchingproces is het vergelijken van het monster met geregistreerde sjablonen (voor identificatie) of met een enkel geregistreerd sjabloon (voor authenticatie). Het is onwaarschijnlijk dat het monster bitsgewijs met het patroon overeenkomt. Dit wordt veroorzaakt door de meeste om verschillende redenen: de aanwezigheid van benaderingen in de scanprocedure (een resolutie van 50 µM is verre van ideaal), beeldvervormingen, benaderingsfouten in de detailextractieprocedure, enz. Daarom is een vereist dat de mate van correspondentie in numerieke voorwaarden. Naleving wordt als bevestigd beschouwd na het overwinnen van een bepaald numeriek niveau. Als gevolg hiervan verschijnen er twee soorten fouten:

• FAR (False Acceptance Rate) – valse acceptatie van een vingerafdruk, wanneer een vergelijking van een ongepast monster en sjabloon dit oplevert hoog niveau overeenstemming dat het wordt aanvaard. Als gevolg hiervan laat het systeem de bedrieger door.
• FRR (False Rejection Rate) – een valse afwijzing die optreedt als het bijbehorende monster en sjabloon niet voldoende bieden hoge waarden naleving. Dit heeft tot gevolg dat het systeem de geregistreerde identiteit niet herkent.

Alle vingerafdrukherkenningssystemen proberen FAR en FRR te minimaliseren, maar in de praktijk bestaat er een afhankelijkheid tussen deze parameters. Naarmate FAR afneemt, neemt FRR toe en omgekeerd.

Over het algemeen wordt bij het persoonsidentificatieproces het volgende softwarepakket gebruikt:

• ATMEL-stuurprogrammasoftware voor FingerChip-sensor
• Software voor de reconstructie van vingerafdrukken (demoversie van het FC_Demo-programma, broncodes voor algoritmen voor beeldreconstructie en een methode voor het besturen van het FingerChip-stuurprogramma zijn beschikbaar op de website www.atmel.com)
• Sjabloon- of vingerafdrukextractieprogramma (van een derde partij)
• Database voor het opslaan van sjablonen (indien nodig)
• Sjabloon versus voorbeeldvergelijkingssoftware

FUJITSU-sensoren

Fujitsu produceert een breed scala aan capacitieve vingerafdruksensoren. Ze zijn aanzienlijk kleiner dan optische sensoren en minimaliseren vervorming in het resulterende beeld, omdat de vingertop rechtstreeks het oppervlak van het halfgeleiderkristal raakt, wat resulteert in een eenvoudige en betrouwbare authenticatie.

Fujitsu-sensoren worden vervaardigd met behulp van standaard silicium CMOS-technologie, waardoor de integratie van een verscheidenheid aan besturingscircuits, geheugens, interfaces, enz. mogelijk wordt gemaakt. Ze hebben een laag stroomverbruik en zijn verkrijgbaar in verschillende verpakkingsgroottes om aan de behoeften van een grote verscheidenheid aan toepassingen te voldoen. . Het actieve oppervlak van de sensor, dat door de vingers wordt aangeraakt, wordt beschermd door een gepatenteerde ultraslijtvaste coating, die de duurzaamheid van het apparaat aanzienlijk vergroot.

Alle Fujitsu-sensoren zijn gebaseerd op capacitieve vingerafdruktechnologie. Bovenste laag Het kristal bevat een reeks condensatorelektroden. Wanneer de vingertop het oppervlak van de sensor raakt, zorgen de ribbels en dalen van de vinger ervoor dat de capaciteit van de elektroden verandert. De sensor leest de capaciteitswaarden van elke condensator in de array en zet deze met behulp van een 8-bit ADC om in een digitale stroom die naar de uitgang van het apparaat wordt gestuurd. De grootte van elke condensator is 50×50 µM, waardoor de sensor nauwkeurig de locatie kan bepalen van vingeroppervlakken die meer dan 200 µM breed zijn.

Tegenwoordig omvat het assortiment vingerafdruksensoren van Fujitsu vier apparaten, waarvan twee statische sensoren (MBF110 en MBF200) en twee sweep-type sensoren (MBF300 en MBF310). Alle apparaten hebben een resolutie van 500 dpi. De MBF110-sensor heeft het grootste beeldacquisitiegebied: 15x15 mm en een overeenkomstig aantal pixels van 300x300. Oudere modellen zijn uitgerust met MCU- en SPI-interfaces, en bij de MBF200- en MBF300-modellen kunt u bovendien informatie overbrengen via geïntegreerde USB versie 1.1. De kenmerken van de sensoren kunnen in meer detail worden onderzocht aan de hand van het voorbeeld van de MBF300 Solid State Sweep Sensor™ (Fig. 5), die in 2002 vele onderscheidingen ontving, waaronder:

• product van het jaar, volgens BiometriTech van TMC (http://www.biometritech.com/features/poty03.htm);
• Beste product van 2002, verkozen door de lezers van Design News;
• Winnaar van de EDN Magazine Peripheral Innovation Award 2002.

Afb.5 FUJITSU MBF300 capacitieve vingerafdruksensor

De MBF300-sensor is een hoogwaardige, goedkope capacitieve sweepsensor met een laag stroomverbruik. Het heeft een pixelarray van 256 kolommen en 32 rijen en een detectiegebiedgrootte van 12,8 x 1,6 mm. Dit is 's werelds eerste sensor die drie verschillende standaardinterfaces ondersteunt: MCU, SPI en USB. De USB- en SPI-interfaces maken beeldoverdracht mogelijk met 100 frames/sec, en de MCU met 1000 frames/sec. Om via SPI met een microprocessor te werken zijn bovendien slechts 6 lijnen nodig. MBF300 is ontworpen om te werken bij spanningen van 2,8 V tot 5 V in het temperatuurbereik van 0°C tot +60°C. Huidig ​​verbruik in actieve modus bedraagt ​​20 mA, in “standby”-modus bedraagt ​​deze niet meer dan 20 µA. Structureel is de sensor verkrijgbaar in 54-pins FBGA- of FLGA-pakketten en heeft een dikte van 1,2 mm.

IN algemeen beeld Het beeldacquisitieproces van de sensor bestaat uit twee fasen. In de eerste fase worden de cellen van de geselecteerde rij van de reeks sensorelementen vooraf opgeladen vanuit de stroombron. Elke arraykolom heeft twee bijbehorende ophaal- en opslagcircuits. Tijdens het voorladen zorgt een intern signaal ervoor dat de eerste set bemonsterings- en houdcircuits de rijcelspanningswaarden kan opslaan. In de tweede fase worden de rijelektroden ontladen door een stroombron. De ontlaadwaarde van elke cel is evenredig met de ontlaadstroom, bepaald incl. nabijheid van het oppervlak van de vinger. Na een bepaalde tijd (de "ontladingsperiode" genoemd), schakelt het interne signaal een tweede set bemonsterings- en vasthoudcircuits in om de resulterende elektrodespanningen op te slaan. Het verschil tussen de spanningen na opladen en na ontladen is een maatstaf voor de capaciteit van de sensorcellen. De lijnen die worden bespaard na de spanningsontlading op de elektroden worden gedigitaliseerd. De gevoeligheid van het kristal kan worden gewijzigd door de stroom en ontladingstijd aan te passen. Dit gebeurt programmatisch. De nominale waarde van de stroombron wordt bepaald door de externe weerstand die op de ISET-pin is aangesloten. Om een ​​compleet beeld te verkrijgen, worden de beschreven stappen zo vaak als nodig herhaald.

De digitale stroom die aan de uitgang van de sensor wordt verkregen, wordt onderworpen aan softwareverwerking om het beeld te reconstrueren en er een sjabloon of monster uit te halen.

Fujitsu biedt een ontwikkelkit voor de DKF200. Het maakt het mogelijk om met de MBF200-sensor te werken in Windows 98 en 2000 via de V1.1 USB-poort. De kit bevat een set objectcodes, voorbeeld C++-broncodes, het uitvoerbare bestand myMinutia™, MBF200 USB-poorthardware met de benodigde circuits. Samen zorgen de DKF200-softwaremodules voor het vastleggen van beelden, het automatisch aanpassen van de sensorgevoeligheid en het verwijderen van beeldruis, het extraheren van details (minutia) en het vergelijken van de resulterende vingerafdrukken met sjablonen van specifieke personen die in het programma zijn opgeslagen.

De toepassingen van vingerafdruksensoren zijn extreem breed en omvatten de volgende toepassingen:

• Mobiele telefoons, smartphones
• Laptops, personal computertoegangssystemen
• Het bouwen van toegangscontrolesystemen
• Elektronische sleutels (auto's, huizen, enz.)
• PDA (toegangscontrole, gegevensbescherming)
• Financiële transacties en transacties via internet (smartcards en hun lezers)

Samenvattend zou ik dat willen opmerken biometrische technologieën bevinden zich in een fase van snelle ontwikkeling en verbetering. Maar nu al beginnen de eenvoudigste en meest betrouwbare oplossingen op dit gebied, vooral die op basis van vingerafdruklezers, actief in ons leven door te dringen.

Tabel 2 Kenmerken van ATMEL- en FUJITSU-vingerafdruksensoren

REFERENTIES

1. Het Biometrische Consortium, Web: http://www.biometrics.org
2. Common Biometric Exchange File Format (CBEFF), januari 2001, USA National Institute of Standards and Technology (NIST), website: http://www.nist.gov
3. FBI Integrated Automated Fingerprint Identification System (IAFIS), Amerikaans Federal Bureau of Investigation, Web: http://www.fbi.gov/hq/cjisd/iafis/iafisbuilds.htm

Tegenwoordig zijn digitale technologieën in bijna alle gebieden van ons leven doorgedrongen: met een paar klikken doen we aankopen op internet, storten en nemen we contant geld op met een bankkaart, voeren we verschillende handelingen uit met virtuele accounts en slaan we ook onze foto's en andere gegevens op in cloud-opslag. Met de globalisering van digitale technologieën blijft de kwestie van de bescherming van persoonsgegevens nog steeds relevant.

Het is geen geheim dat moderne geavanceerde aanvallers niet langer een koevoet en hoofdsleutels gebruiken, maar op meesterlijke wijze dezelfde digitale technologieën en software gebruiken voor hun eigen egoïstische doeleinden. Smartphones blijven nog steeds kwetsbaar, omdat de gebruiker met hun hulp vaak inlogt op verschillende online diensten. En als gisteren de gegevens op een smartphone werden beschermd door middel van een patroon of wachtwoorden, dan zijn veel fabrikanten de afgelopen jaren begonnen met het introduceren van verschillende soorten biometrische bescherming, die gebaseerd zijn op de unieke structuur van bepaalde delen van het menselijk lichaam. In het bijzonder hebben we het over vingerafdrukken, gezichtsgeometrie, netvlies, stemidentificatie. Biometrische authenticatie is een redelijk betrouwbare en handige beveiligingsmethode. En het allerbelangrijkste: je zult zo'n "wachtwoord" niet vergeten, je zult het niet bespioneren, en bovendien is het altijd bij de hand, om zo te zeggen. Vandaag zullen we het hebben over de vingerafdrukscanner in een smartphone of, met andere woorden, een vingerafdrukscanner. Het is interessant om te weten wat dit apparaat is, welke soorten scanners er zijn en ook hoe het werkt.

Opgemerkt moet worden dat het identificatieproces met behulp van vingerafdrukken vergelijkbaar is met de meest betrouwbare methoden waarmee de identiteit van een gebruiker kan worden bevestigd. Wat de authenticatienauwkeurigheid betreft, komt het scannen van vingerafdrukken op de tweede plaats na de methode waarbij het netvlies van het oog wordt gescand, evenals DNA-analyse. Menselijke vingerafdrukken worden weergegeven door papillaire patronen op de huid, die uniek zijn voor elke persoon, en verschijnen in de baarmoeder, in de twaalfde week, synchroon met het zenuwstelsel. Interessant is dat papillaire patronen door verschillende factoren kunnen worden beïnvloed. Dit heeft bijvoorbeeld te maken met de genetische code van het kind en andere zaken. Met andere woorden, papillaire patronen zijn ribbels en groeven op de huid die een uniek en uniek patroon vormen. Zelfs een kleine verwonding of beschadiging van de huid kan de afdruk niet ‘uitwissen’, aangezien deze zich na verloop van tijd zal herstellen, tenzij er uiteraard een halve vinger wordt afgeblazen als gevolg van de verwonding.

Hoe werkt een vingerafdrukscanner in een moderne smartphone?

Vingerafdrukscanners hebben twee hoofdfuncties. Met behulp van de eerste leest de scanner het vingerafdrukbeeld, terwijl de tweede functie controleert of de vingerafdruk overeenkomt met die in de database. Bijna alle moderne smartphones maken gebruik van optische scanners. Het principe van hun werking is vergelijkbaar met dat van digitale camera's. De foto is gemaakt met behulp van een microschakeling die lichtgevoelige fotodiodes bevat, evenals een autonome lichtbron in de vorm van een matrix van LED's, met behulp waarvan de patronen op de vinger worden gemarkeerd.

Wanneer licht het leesbare papillaire patroon raakt, wordt er met behulp van fotodiodes een elektrische lading gecreëerd, waardoor een individuele pixel op een toekomstig beeld wordt afgedrukt. Met behulp van pixels van verschillende intensiteit wordt een vingerafdrukbeeld op de scanner gevormd. Voordat de vingerafdruk met de database wordt gecontroleerd, controleert de scanner bovendien de kwaliteit van de afbeelding.

Na ontvangst van een vingerafdrukbeeld wordt deze door speciale software geanalyseerd met behulp van complexe algoritmen. Overigens worden drie soorten vingerafdrukpatronen geanalyseerd: boog, lus en krul. Nadat de software het type patroon heeft bepaald, worden de uiteinden van de lijnen van de patronen geïdentificeerd (onderbrekingen of splitsingen, die minutiae worden genoemd), omdat ze uniek zijn en kunnen worden gebruikt om de eigenaar van het apparaat te identificeren. Vervolgens volgt een nogal complexe analyse, waarbij de scanner de positie van de minutiae ten opzichte van elkaar analyseert en de afdruk in microblokken verdeelt. Het is opmerkelijk dat de scanner tijdens het matchingproces geen enkele lijn van het patroon analyseert. De scanner detecteert overeenkomsten in individuele blokken en gebruikt deze om overeenkomsten te bepalen.

Welke soorten vingerafdrukscanners zijn er?

Optische scanners zijn er in twee hoofdtypen. Wat de eerste betreft, deze verwijdert het gewenste deel van de vinger door deze rechtstreeks op de scanner aan te raken. Dit type wordt gebruikt in Apple-smartphones, te beginnen met de iPhone 5s. Wat betreft het tweede type merken we op dat de gebruiker in dit geval zijn vinger over een optische scanner beweegt. Het resultaat is een reeks afbeeldingen die softwarematig tot één worden gecombineerd. Samsung gebruikte dit type al enige tijd in haar producten, maar is na verloop van tijd overgestapt op het eerste type omdat dit handiger, maar ook duurder is. Het grootste nadeel van een optische vingerafdrukscanner is de kwetsbaarheid voor krassen en vervuiling. Je kunt het ook ‘om je vinger cirkelen’ met behulp van een afgietsel van de kootje van de vinger.

Het is ook de moeite waard om de halfgeleidervingerafdrukscanner te vermelden, die om een ​​aantal redenen niet in smartphones wordt gebruikt. Het is onmogelijk om hem te misleiden met behulp van een vingerafdruk. Een ander type vingerafdrukscanner is een ultrasoonscanner. Het heeft geweldige ontwikkelingsperspectieven en werkt volgens het principe van medische echografie. Het is bijna onmogelijk om het te misleiden, omdat het in staat is de epidermale laag van de huid binnen te dringen, wat uniek is.

Opgemerkt moet worden dat scanners in verschillende delen van de smartphone kunnen worden geplaatst. Veel fabrikanten installeren een vingerafdrukscanner op het achterpaneel, de laatste tijd is er mode voor de zijrand en HMD bereidt zijn nieuwe vlaggenschip voor met een geïntegreerde scanner in het display.

Alle momenteel bestaande vingerafdrukscanners volgens degene die ze gebruiken fysieke principes kan in drie groepen worden verdeeld:

• optisch;
• silicium (of halfgeleider);
• ultrasoon.

Optische scanners

De werking van optische scanners is gebaseerd op de optische methode van beeldverwerving. Op basis van de soorten technologieën die worden gebruikt, kunnen we onderscheid maken de volgende groepen optische scanners:

1.FTIR-scanners- apparaten die gebruik maken van het effect van gebroken totale interne reflectie (GefrustreerdTotaalInternReflectie, FTIR).

Wanneer licht op het grensvlak tussen twee media valt, wordt de lichtenergie in twee delen verdeeld: het ene wordt gereflecteerd door het grensvlak, het andere dringt via het grensvlak door in het tweede medium. De fractie van de gereflecteerde energie hangt af van de invalshoek. Vanaf een bepaalde waarde wordt alle lichtenergie gereflecteerd door het grensvlak. Dit fenomeen heet totale interne reflectie. Wanneer een dichter optisch medium (in ons geval het oppervlak van een vinger) echter in contact komt met een minder dicht medium (in de praktijk meestal het oppervlak van een prisma) op het punt van totale interne reflectie, ontstaat er een lichtstraal passeert deze grens. Alleen lichtstralen die vallen op punten met totale interne reflectie waarop geen groeven zijn aangebracht, worden dus door de grens gereflecteerd. papillair patroon vinger oppervlak. Om het resulterende lichtbeeld van het vingeroppervlak vast te leggen, wordt een speciale camera (CCD of CMOS, afhankelijk van de scannerimplementatie) gebruikt.

2. Optovolo glasvezel scanners- vertegenwoordigen een glasvezelmatrix, waarvan elk van de vezels eindigt met een fotocel.

Dankzij de gevoeligheid van elke fotocel kan het restlicht dat door de vinger gaat, worden gedetecteerd op het punt waar het vingerreliëf het scanneroppervlak raakt. Het vingerafdrukbeeld wordt gevormd op basis van de gegevens van elk van de elementen.

3. Elektro-optische scanners (elektro-optischscanners) zijn gebaseerd op het gebruik van een speciaal elektro-optisch polymeer, dat een lichtgevende laag bevat.

Wanneer u uw vinger op de scanner legt, wordt de inhomogeniteit van het elektrische veld aan het oppervlak (het potentiaalverschil tussen de bobbels en de depressies) weerspiegeld in de gloed van deze laag, zodat deze de vingerafdruk benadrukt. De fotodiode-array van de scanner zet dit licht vervolgens om in digitale vorm.

4. Optische aansnijdingsscanners (vegenoptischscanners) over het algemeen vergelijkbaar met FTIR-apparaten.

Hun eigenaardigheid is dat je niet alleen je vinger op de scanner hoeft te leggen, maar deze langs een smalle strook hoeft te bewegen: de lezer. Wanneer u uw vinger over het oppervlak van de scanner beweegt, wordt een reeks snapshots (frames) gemaakt. In dit geval worden aangrenzende frames met enige overlap opgenomen, d.w.z. ze overlappen elkaar, wat het mogelijk maakt om de grootte van het gebruikte prisma en de scanner zelf aanzienlijk te verkleinen. Gespecialiseerde software wordt gebruikt om een ​​afbeelding van een vingerafdruk te vormen (of beter gezegd samen te stellen) terwijl deze over de frames van het scanoppervlak beweegt.

5. Rolscanners (rol-stijlscanners). Bij deze miniatuurapparaatjes gebeurt het scannen van vingers door met je vinger een transparante dunwandige roterende cilinder (roller) te rollen.

Terwijl de vinger langs het oppervlak van de roller beweegt, wordt een reeks onmiddellijke foto's (frames) gemaakt van een fragment van het papillaire patroon dat in contact komt met het oppervlak. Net als bij een slepende scanner worden aangrenzende frames overlappend genomen, waardoor u zonder vervorming een volledig vingerafdrukbeeld kunt verzamelen. Bij scannen het eenvoudigst optische technologie: In de transparante cilindrische rol bevinden zich een statische lichtbron, een lens en een miniatuurcamera. Het beeld van het verlichte gedeelte van de vinger wordt door de lens gefocust op het gevoelige element van de camera. Nadat de vinger volledig is "gescrolld", wordt een "foto" van de vingerafdruk verzameld.

6. Contactloze scanners (contactloosscanners). Ze vereisen geen direct vingercontact met het oppervlak van het scanapparaat.

De vinger wordt op het gat in de scanner geplaatst, verschillende lichtbronnen verlichten deze van onderaf verschillende kanten In het midden van de scanner bevindt zich een lens waardoor de verzamelde informatie wordt geprojecteerd op een CMOS-camera, die de ontvangen gegevens omzet in een vingerafdrukbeeld.

Halfgeleiderscanners (silicium).

Deze scanners zijn gebaseerd op het gebruik van halfgeleidereigenschappen om een ​​beeld van het vingeroppervlak te verkrijgen, dat verandert op de contactpunten van de randen van het papillaire patroon met het scanneroppervlak. Momenteel zijn er verschillende technologieën voor het implementeren van halfgeleiderscanners.

1. Capacitieve scanners (capacitiefscanners)- het meest wijdverspreide type halfgeleiderscanners, waarbij, om een ​​vingerafdrukbeeld te verkrijgen, het effect van het veranderen van de capaciteit van de pn-overgang van een halfgeleiderapparaat wordt gebruikt wanneer de papillaire patroonrand in contact komt met een element van de halfgeleidermatrix.

Er zijn modificaties van de beschreven scanner waarbij elk halfgeleiderelement in de scannermatrix fungeert als één condensatorplaat, en de vinger als een andere. Wanneer een vinger op de sensor wordt aangebracht, wordt er een bepaalde capaciteit gevormd tussen elk gevoelig element en de uitsteeksel-uitsparing van het papillaire patroon, waarvan de grootte wordt bepaald door de afstand tussen het oppervlak van de vinger en het element. De matrix van deze capaciteiten wordt omgezet in een vingerafdrukbeeld.

2. Drukgevoelige scanners (drukscanners)- deze apparaten gebruiken sensoren die bestaan ​​uit een matrix van piëzo-elementen.

Wanneer een vinger op het scanoppervlak wordt aangebracht, oefenen de uitsteeksels van het papillaire patroon druk uit op een bepaalde subset van oppervlakte-elementen; de verdiepingen oefenen geen enkele druk uit; De matrix van spanningen verkregen uit de piëzo-elementen wordt omgezet in een afbeelding van het vingeroppervlak.

3. Thermische scanners (thermischscanners)- ze gebruiken sensoren die bestaan ​​uit pyro-elektrische elementen waarmee ze temperatuurverschillen kunnen registreren en omzetten in spanning (dit effect wordt ook gebruikt in infraroodcamera's).

Wanneer u uw vinger op de sensor legt, wordt op basis van de temperatuur van de uitsteeksels van het papillaire patroon die de pyro-elektrische elementen raken en de temperatuur van de lucht in de depressies, een temperatuurkaart van het oppervlak van de vinger gemaakt en omgezet in digitaal beeld.

Dit soort scanners komen het meest voor. Alle bovengenoemde halfgeleiderscanners gebruiken een matrix van gevoelige micro-elementen (waarvan het type wordt bepaald door de implementatiemethode) en een omzetter van hun signalen naar digitale vorm. Het algemene werkingsschema van de bovengenoemde halfgeleiderscanners kan dus als volgt worden gedemonstreerd:

4. RF-scanners (RF-Veldscanners)- dergelijke scanners gebruiken een matrix van elementen, die elk als een kleine antenne werken.

De sensor genereert een zwak radiosignaal en stuurt dit naar het te scannen vingeroppervlak. Elk van de gevoelige elementen ontvangt een signaal dat wordt gereflecteerd door het papillaire patroon. De omvang van de elektromotorische kracht (EMF) die in elke microantenne wordt geïnduceerd, hangt af van de aanwezigheid of afwezigheid van een papillaire patroonkam in de buurt. De aldus verkregen spanningsmatrix wordt omgezet in een digitaal vingerafdrukbeeld.

5. Continue thermische scanners (thermischvegenscanners)- een type thermische scanners waarin u kunt scannen (evenals bij optische scanners), waarbij u met uw vinger over het oppervlak van de scanner moet gaan en deze niet alleen maar hoeft aan te raken.

6. Capacitieve broachscanners (capacitiefvegenscanners)- gebruik een vergelijkbare methode voor het frame-voor-frame samenstellen van een vingerafdrukbeeld, maar elk beeldframe wordt verkregen met behulp van een capacitieve halfgeleidersensor.

7. Radiofrequentie-aansnijdingsscanners (RF-Veldvegenscanners)- vergelijkbaar met capacitieve, maar gebruiken radiofrequentietechnologie.

Echografie scanners

Echografie scannen- dit is het scannen van het oppervlak van de vinger met ultrasone golven en het meten van de afstand tussen de bron van de golven en de depressies en uitsteeksels op het oppervlak van de vinger op basis van de echo die daardoor wordt gereflecteerd. De kwaliteit van het op deze manier verkregen beeld is tien keer beter dan die verkregen met enige andere methode die op de biometrische markt wordt aangeboden. Bovendien is het vermeldenswaard dat deze methode Het is bijna volledig beschermd tegen dummies, omdat het naast een vingerafdruk ook enkele aanvullende kenmerken over de toestand ervan mogelijk maakt (bijvoorbeeld de polsslag in de vinger).

Voorbeelden van het gebruik van vingerafdrukscanners

De belangrijkste toepassing van viis bescherming tegen ongeoorloofde toegang. Meestal gebruikt in beveiligingssystemen en urenregistratiesystemen voor werknemers.

Voor toegangscontrole worden vingerafdrukscanners ingebouwd in laptops, mobiele telefoons, externe schijven, flashkaarten, enz. enz.

Vingerafdruksensoren zijn tegenwoordig verder gegaan dan het premiumsegment van smartphones; aanvullende hardwarebeschermingstechnologie kan zelfs in relatief goedkope apparaten in het middensegment worden geïmplementeerd. Sinds de technologie op de markt kwam, heeft deze aanzienlijke evolutionaire veranderingen ondergaan. Daarom volgt hier een overzicht van de vingerafdruksensoren die op de markt verkrijgbaar zijn, met vermelding van de verschillen daartussen.

Optische scanners

De oudste methode voor het vastleggen en vergelijken van vingerafdrukken. Zoals de naam al doet vermoeden, is de technologie gebaseerd op optisch beeld, voornamelijk foto's en gebruik speciale algoritmen om unieke patronen op een oppervlak te identificeren, zoals oneffenheden of unieke markeringen, door de lichtste en donkerste gebieden in de afbeelding te analyseren.

Naar analogie met camera's in smartphones hebben dergelijke sensoren een specifieke resolutie, hoe hoger deze is, hoe meer kleine details beschikbaar zijn voor verwerking door de scanner, wat het beschermingsniveau zal verhogen. Dergelijke sensoren verkrijgen echter meer contrastbeelden dan gewone camera. Meestal zijn ze inclusief groot aantal diodes per inch voor duidelijkere details van dichtbij. Op het moment dat de vinger wordt gescand, staat de scanner in het donker, dus optische scanners hebben ook LED's ‘aan boord’ die tijdens het scannen als flitser fungeren. Vergelijkbaar interne structuur geeft de smartphone extra millimeters dikte en heeft een negatieve invloed op de uiteindelijke vormfactor.

Het grootste nadeel van optische scanners is hun onbetrouwbaarheid. Met hun hulp wordt alleen een tweedimensionaal beeld verkregen; zo'n scanner kan worden "misleid" door een ander beeld van goede kwaliteit of een kunstmatig gemaakte afdruk ervan. U moet dit type scanner niet vertrouwen; het is niet veilig genoeg om de belangrijkste informatie te beschermen.

Tegenwoordig hebben vingerafdruksensoren in smartphones dat wel verschillende vormen en maten, maar ze hebben geen optische scanners. Naar analogie met het begin van de verspreiding van resistieve aanraakschermen zijn optische scanners tegenwoordig alleen te vinden in de meest goedkope hardwareoplossingen. De noodzaak om de beveiliging te versterken heeft geleid tot de unanieme transitie van smartphones naar condensatorscanners.

Condensatorscanners

Het meest voorkomende type vingerafdruksensor. En nogmaals, de naam verraadt het hoofdbestanddeel, als je natuurlijk een beetje weet over elektronica: een condensator. In plaats van een traditioneel beeld van een vingerafdruk te maken, gebruiken condensatorscanners reeksen kleine condensatoren om informatie over een vingerafdruk te verzamelen. Als u condensatoren aansluit die elektrische lading kunnen opslaan op een geleidende plaat, kunt u deze gebruiken om vingerafdrukdetails te lezen. De lading in de condensatoren zal enigszins veranderen wanneer uw vinger het bord aanraakt, en tegelijkertijd zal de luchtspleet de lading relatief onveranderd laten. Om veranderingen bij te houden wordt gebruik gemaakt van een integratieketen operationele versterker Vervolgens kunnen de veranderingen worden vastgelegd met behulp van een signaalomvormer van analoog naar digitaal.

Na het scannen digitale informatie kan worden geanalyseerd op onderscheidend en unieke parameters vingerafdruk, die kan worden opgeslagen voor latere vergelijking. Zo'n sensor is veel moeilijker te "misleiden" dan een optische. De resultaten kunnen niet in een afbeelding worden gereproduceerd en zijn zeer moeilijk te vervalsen met een kunstmatige vingerafdruk: verschillende materialen zullen verschillende veranderingen in de lading van de condensator veroorzaken. Het enige beveiligingsrisico kan voortkomen uit de mogelijkheid dat software of hardware wordt gehackt.

Door een voldoende grote reeks van dergelijke condensatoren te creëren (honderden, zo niet duizenden condensatoren in een enkele scanner), is het mogelijk om zeer gedetailleerde beelden te verkrijgen van de randen en groeven van een vingerafdruk met alleen elektrische signalen. Naar analogie met optische sensoren, zullen meer condensatoren een hogere scannerresolutie opleveren en de bescherming tot een bepaald niveau verhogen.

Vanwege het grotere aantal componenten in het circuit kunnen condensatorscanners duurder zijn. Sommige vroege ontwerpen probeerden het aantal benodigde condensatoren te verminderen door gebruik te maken van "swipe" -scanners, die informatie ontvingen van minder condensatorelementen en de resultaten snel bijwerkten als een vinger over de sensor werd gehaald. De methode was behoorlijk geavanceerd en vereiste vaak meerdere pogingen om succesvol te scannen. Gelukkig is er tegenwoordig een eenvoudiger sensorbedieningsschema gebruikelijk: eenvoudig ingedrukt houden is voldoende.

Echografie scanners

De nieuwste vingerafdruktechnologie, voor het eerst geïntroduceerd in de Le Max Pro-smartphone. Qualcomm en Sense ID-technologie speelden daarin een belangrijke rol. Om daadwerkelijk vingerafdrukgegevens te verzamelen, bevat het hardwareplatform een ​​ultrasone zender en ontvanger. Een ultrasone puls wordt verzonden via een vinger die op de scanner wordt geplaatst. Het wordt gedeeltelijk geabsorbeerd en gedeeltelijk teruggestuurd naar de sensor, afhankelijk van de knobbeltjes, poriën en andere details die uniek zijn voor elke vingerafdruk.

Er is geen microfoon om het terugkerende signaal te lezen; er wordt gebruik gemaakt van een sensor die kan lezen mechanische spanning om de intensiteit van het geretourneerde signaal op verschillende delen van de sensor te berekenen. Door over een langere periode te scannen, kunt u tellen aanvullende informatie, die op zijn beurt details kunnen geven 3D-model gescande vingerafdruk. Het driedimensionale karakter van de technologie maakt het nog meer veilig alternatief condensator scanners.

Algoritmen en cryptografie

De meeste vingerafdruksensoren zijn gebaseerd op zeer vergelijkbare principes, maar extra componenten en software kunnen een belangrijke rol spelen bij het differentiëren van producten op basis van de prestaties en functionaliteit die beschikbaar zijn voor consumenten.

De fysieke scanner wordt vergezeld door een speciale chip die de gescande informatie interpreteert en deze in het vereiste formaat naar de smartphoneprocessor verzendt. Verschillende fabrikanten gebruiken algoritmen voor het identificeren van de belangrijkste kenmerken van vingerafdrukken die enigszins verschillen in snelheid en nauwkeurigheid.

Meestal "zoeken" deze algoritmen naar de plaats waar de hobbels en lijnen eindigen of waar de bobbel in tweeën splitst. Gezamenlijk worden deze en andere onderscheidende kenmerken een vingerafdruksjabloon of een gedetailleerd vingerafdrukinvoerprotocol genoemd. Als meerdere van deze kenmerken overeenkomen in een gescande vingerafdruk, wordt de vingerafdruk als een overeenkomst geteld. In plaats van elke keer een volledige vingerafdruk te vergelijken, vermindert het vergelijken van de kenmerken van een sjabloon de hoeveelheid informatie die nodig is om een ​​vingerafdruk te identificeren. rekenkracht, helpt fouten te voorkomen wanneer de vingerafdruk uitgesmeerd is en stelt u ook in staat een vinger die niet in het midden ligt of zelfs maar een deel van de vingerafdruk te scannen.

Uiteraard moet dergelijke informatie veilig op het apparaat worden opgeslagen en uit de buurt worden gehouden van code die deze in gevaar zou kunnen brengen. In plaats van gebruikersinformatie naar het netwerk te uploaden, ARM-processors kunnen het veilig opslaan op een speciale fysieke chip met behulp van hun Trusted Execution Environment (TEE)-technologie, mogelijk gemaakt door TrustZone. Dit veilige opslag wordt ook gebruikt voor andere cryptografische processen en communiceert rechtstreeks met beveiligde hardwarecomponenten zoals de vingerafdruksensor om pogingen tot software-onderschepping te voorkomen. Goedgekeurde niet-persoonlijke informatie, zoals een wachtwoord, is alleen toegankelijk voor applicaties die gebruik maken van Klant-API TEE.

Een soortgelijke oplossing van Qualcomm is ingebouwd in de Secure MSM-architectuur, Apple noemt een soortgelijk project “Secure Enclave”, maar ze zijn allemaal gebaseerd op hetzelfde principe: het opslaan van informatie op een apart deel van de processor, waartoe geen toegang kan worden verkregen door draaiende applicaties in een normale omgeving besturingssysteem. Als onderdeel van de FIDO-alliantie (Fast Identity Online) zijn sterke cryptografische protocollen ontwikkeld die het gebruik van deze hardwarebeschermde zones mogelijk maken voor authenticatie tussen hardware en services zonder wachtwoord. Daarom kunt u inloggen op een website of online winkel met uw vingerafdruk en uw persoonlijke informatie Tegelijkertijd verlaat het de smartphone niet. Dit wordt bereikt door digitale sleutels naar de server te verzenden in plaats van biometrische informatie.

Vingerafdruksensoren zijn een redelijk veilig alternatief geworden voor het moeten onthouden van talloze wachtwoorden en gebruikersnamen verdere ontwikkeling Veilige mobiele betalingssystemen betekenen dat deze scanners steeds vaker zullen voorkomen en essentiële instrumenten zullen worden voor het handhaven van de veiligheid in de toekomst.