三星Galaxy S10 Plus指纹传感器

指纹扫描仪不仅仅是为非常高端的智能手机不过。这些天甚至许多预算电话都会体育技术。该技术也从早期的迭代中移动了很多,在捕获指纹时变得更快,更准确。有了这么想,让我们来看看最新的指纹扫描仪如何工作以及差异是什么。

光学扫描仪

光学指纹扫描仪是捕获和比较指纹的最古老方法。顾名思义,这种技术依赖于捕获光学图像- - - - - -本质上一张照片。然后,通过分析图像中最亮和最暗的区域,它使用算法来检测图像表面的独特图案,如脊线或标记。

就像智能手机摄像头一样,这些传感器的分辨率也是有限的。分辨率越高,传感器就能识别出关于你手指的更精细的细节,增加了安全级别。然而,这些传感器捕捉到的图像对比度比普通相机高得多。光学扫描仪通常每英寸有非常多的二极管来近距离捕捉这些细节。当然,当你的手指放在扫描仪上时,它是非常黑暗的。因此,扫描仪结合了led阵列,甚至是你的手机显示屏作为闪光灯,在扫描时照亮图片。

光学指纹扫描仪

光学扫描仪的主要缺点是容易被欺骗。由于该技术只能捕捉2D图片,假肢甚至高质量的图片都可以用来欺骗这种特殊设计。就其本身而言,这种扫描仪还不够安全,不能把你最敏感的细节托付给它。因此,该行业转向了更安全的混合解决方案。

随着对更严格的安全性的越来越大,智能手机一致采用卓越的电容和光学混合动力扫描仪。这些扫描仪使用光学指纹数据,组合电容感应来检测真正的手指。技术成本降低了这些替代品也可用于中档产品。

随着无边框显示器的发展,更小的光模块正在卷土重来。它们可以嵌入在显示玻璃下面,只需要很小的占地面积。市场上的一些型号可以在1毫米的玻璃和湿手指下成功操作- - - - - -用电容替代品混乱的东西。混合光学扫描仪在这里保持。

电容式扫描仪

另一种常用的指纹扫描仪是电容扫描仪。你会在智能手机的正面和背面发现这种类型的扫描仪,甚至用作尖端的显示器变体的一部分。电容式扫描仪因其额外的安全优势而变得突出。同样,这个名称透露了核心组件- - - - - -电容器。

而不是创建传统的指纹图像,电容指纹扫描仪使用微小电容器电路阵列来收集数据。作为电容器存储电荷,将它们连接到扫描仪表面上的导电板允许它们用于跟踪指纹的细节。当手指的脊放置在导电板上时,将稍微改变存储的电荷。相反,气隙将相对不变地将电荷留在电容器上。OP-AMP Integrator电路用于跟踪这些变化,然后可以通过模数转换器记录。

电容式指纹扫描仪设计

电容式指纹扫描芯片背后的理论和架构。

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一旦被捕获,这些数字数据就会被分析,以寻找独特的指纹属性。然后可以将它们保存起来,以便日后进行比较。这种设计的特别之处在于,它比光学扫描仪更难骗过。结果无法用图像复制。此外,他们难以置信地欺骗某种假体,因为不同的材料将记录电容电荷略有不同的变化。唯一真正的安全风险来自硬件或软件黑客。

在一台扫描仪上制造一个足够大的电容阵列(通常是数百个,如果不是数千个的话),就可以仅仅通过电信号就能制造出指纹脊谷的高度详细的图像。就像光学扫描仪,更多的电容导致更高的分辨率扫描仪。这增加了一定程度的安全级别。然而,高密度的生产成本要高得多。

由于检测电路中有大量的元件,电容式扫描仪以前相当昂贵。一些早期的实现试图通过使用“刷卡”扫描仪来减少所需的电容数量。他们将从少量的电容组件中收集数据,方法是当手指拉过传感器时快速刷新结果。正如当时许多消费者抱怨的那样,这种方法非常繁琐,通常需要多次尝试才能正确扫描结果。幸运的是,现在简单的按住设计是默认设置。

然而,你可以做的不仅仅是用这些扫描仪读取指纹。新机型也有手势和滑动功能。它们可以作为软按钮支持,作为导航键、力感知功能,或者作为与其他UI元素交互的方式。然而,高端智能手机已经转向显示屏内技术。

Google Pixel 4a相机和指纹读卡器

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超声波扫描仪

进入智能手机领域的最新指纹扫描技术是超声波传感器。在2016年的Le Max Pro智能手机中首次宣布了这一消息。高通和它的Sense ID技术是设计的主要部分。事实上,高通公司现在正处于困境第二代超声波指纹扫描技术(严格来说是它的第三个产品)。它保证了更大的阅读面积和更快的处理速度。

为了真正捕捉指纹的细节,硬件包括一个超声波发射器和一个接收器。超声波脉冲传输到放置在扫描仪上的手指上。一部分脉冲被吸收,一部分被反射回传感器,这取决于每个指纹特有的脊线、毛孔和其他细节。

没有麦克风来监听这些返回的信号。取而代之的是,一个可以检测机械应力的传感器被用来计算在扫描仪上不同点返回的超声波脉冲的强度。更长时间的扫描可以捕获更多的深度数据。这就得到了扫描指纹的详细3D再现。这种捕获技术的3D特性使它成为电容扫描仪更安全的替代选择。

Qualcomm 3D超声波内显示屏指纹传感器随后在三星的旗舰Galaxy S10,注释10和注意20系列”。高通(Qualcomm)的第二代扫描仪为三星Galaxy S21的显示器内传感器。三星指出,这个新的扫描仪比上一代产品更大77%,更快50%。

超声波的缺点是它还不像其他扫描仪那样灵敏。这部分是由于上述原因。不过,高通已经通过其第二代技术解决了这一问题。超声波技术也不能很好地使用一些屏幕保护器,特别是那些较厚的。它们会限制扫描仪正确读取指纹的能力。好的一面是,由于能够将扫描仪隐藏在显示屏下,面板比以往任何时候都要薄。

三星Galaxy S10 Plus指纹识别器

一个词在显示扫描仪

如果你想把传感器隐藏在显示屏上,超声波指纹扫描仪并不是唯一的选择。光电容指纹扫描仪也被用于此目的。该行业目前分为两派。然而,你很少能在市场上找到更实惠的超声波扫描仪。

光学电容扫描仪将一些先前的安全问题修补了光学设计。它们将电容扫描仪的“实际触摸”要求与光学设计的速度和能量效率结合起来。通过在显示屏下插入传感器来嵌入该技术。它检测由指纹反射的光通过OLED显示器中的间隙反射。这需要一些工作来与显示器集成,但它很好地工作。

从三星的Galaxy A50到华为的P40 Pro,你可以在价格合理和高端的手机上找到各种显示光学指纹技术。

三星Galaxy S21采用超声​​波扫描仪,而华为的P40 Pro使用光OLED。

相比之下,超声扫描仪更容易实现和调整它们的放置,以适应任何手机。微小的0.2mm厚的传感器坐在屏幕后面,使其超声波通过显示器传递给您的指尖。虽然这很好的发展,但它导致了一些自己的安全问题。三星必须向其旗舰智能手机发出补丁,以解决允许在使用屏幕保护器时解锁手机的问题。

两种技术都有他们的优缺点,可能在未来几年内显示出指纹扫描仪的可行选择。然而,超声波扫描仪可能需要一段时间,以便更长时间地实现更实惠的价格。

算法和加密

虽然大多数指纹扫描仪基于非常相似的硬件原理,附加的组件和软件也可以在区分产品的性能和哪些功能可供消费者使用方面发挥重要作用。

伴随物理扫描仪是专用IC。它解释了扫描的数据并将其以有用的形式传输到智能手机的主处理器。不同的制造商使用略有不同的算法来识别关键指纹特性,这可以随速度和准确性而变化。

通常,这些算法寻找脊和线结束的位置,或者在两个脊拆分的位置。集体,这些和其他独特的功能称为minutiae。如果扫描的指纹与这些细节中的几个匹配,那么它将被视为匹配。比较每次的整个指纹,而不是比较整个指纹,比较细节减少了识别每个指纹所需的处理能力的量。此外,如果扫描的指纹污迹,它有助于避免错误。它还允许手指放置偏离中心或仅用部分印刷识别。

ARM TrustZone用于保护富操作系统的生物识别和加密数据的安全。

ARM TrustZone用于保护富操作系统的生物识别和加密数据的安全。

当然,这些信息需要在您的设备上保持安全,并保存在远离可能危及它的代码的地方。ARM处理器可以使用其基于可信执行环境(TEE)的TrustZone技术将这些信息安全地保存在物理芯片上,而不是在线上传这些用户数据。此安全区域还用于其他加密进程,并直接与安全硬件平台(如指纹扫描仪)通信。只有使用TEE客户端api的应用程序才能访问经过批准的个人信息,比如密码密钥。

FIDO登录如何工作而不发送任何个人身份信息。

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Qualcomm承担这一点是其安全的MSM架构和安全处理单元(SPU)。另一方面,Apple将此讨论为“安全的飞地”。无论哪种方式,它都是基于与处理器的单独部分保持该安全数据的相同原则。在那里,无法通过在常规操作系统环境中运行的应用程序访问。

FIDO(快速身份在线)联盟已经开发出了强大的加密协议,使用这些受保护的硬件区域来实现硬件和服务之间的无密码认证握手。所以,你可以使用指纹登录网站或网上商店,而不用离开你的智能手机。这是通过向服务器传递数字密钥而不是生物特征数据来实现的。

指纹扫描仪已经成为一种非常安全的替代选择,以记住无数存储在手机上的用户名、pin和密码。尽管越来越多的人采用昂贵的面部解锁技术,但它们不断提高的速度、高水平的安全性和隐藏在显示中的设计确保了它们会一直留在周围。安全移动支付系统的广泛推出意味着这些扫描仪在未来肯定仍是一个重要的安全工具。

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