Сканери відбитка як «замок» для інформації, що зберігається, — зручне та безпечне рішення, націлене на захист персональних даних. Проте всупереч своїй назві вони аналізують не зовсім відбиток пальця.

Алгоритми та шифрування

Замість запам'ятовування гілок папілярного візерунка , дактилоскопічні сканери шукають унікальні ознаки та контрольні точки, що визначають належність відбитка пальця. Справа в тому, що на відбитку одні лінії розгалужуються, інші різко перериваються, а треті залишаються окремими острівцями. Такі особливі точки (мінуції) є відмітними ознаками конкретного відбитка пальця.

На етапі первинного введення відбитка смартфон найчастіше просить користувача прикласти палець до сенсора кілька разів, трохи зміщуючи його убік. Ця процедура необхідна запам'ятовування найбільшого числа мінуцій. Чим більше сканер побачить унікальних ознак, тим більше точок аналізу виявиться у його розпорядженні.

Дактилоскопічні сканери запам'ятовують не сам малюнок відбитка пальця, а характерні точки у ньому.

Орієнтація на контрольні точки дає набагато кращий ефект, аніж банальне запам'ятовування папілярного візерунка. Судіть самі, дрібні порізи подушечок, прикладення пальця під різними кутами і з різною силою натиску, та й жирний наліт на пальцях після вживання вокзального чебурека змінюють картину сканування. А мінуції завжди залишаються незмінними.

Нині в смартфонах застосовуються три різновиди дактилоскопічних сканерів: ємнісні, оптичні та ультразвукові.

Ємнісні

Сканери відбитка ємнісного типу ідентифікують палець, використовуючи електрику. Конструктивно вони складаються з безлічі крихітних струмопровідних пластин з конденсаторами, які зберігають певні заряди. Прикладаючи палець, гребені відбитка змінюють накопичений заряд у місцях зіткнення кінчика пальця зі струмопровідними пластинами. І навпаки, у западинах відбитка утворюються повітряні зазори, залишаючи заряд конденсатора щодо незмінним.

Смартфон зчитує всі осередки на поверхні дактилоскопічного сканера і за напругою визначає, чи знаходилася біля конкретного конденсатора порожнеча або це був гребінь, де шкіра стикалася з сенсором. Так і формується тривимірна картина відбитка з урахуванням виступів та заглиблень на пальці.

Візуалізація принципу дії ємнісних сканерів відбитка пальців.

Обдурити ємнісні сканери друку досить важко. Вони характеризуються високою стабільністю роботи, спокійно впізнають мокрі та брудні пальці. У смартфонах різношерстого рангу застосовуються ємнісні датчики з різною роздільною здатністю: моделі бюджетної руки озброюють сканерами з невеликою кількістю осередків, у пристроях середнього класу та флагманах стоять багатокористувані сенсори. Чим більше конденсаторів у конструкції сканера, тим більш точну карту гребенів і западин він бачить завдяки електричним сигналам, що підвищує рівень безпеки сканування.

Цікавий момент. Просунуті ємнісні сканери відбитка підтримують жести та свайпи. Їх можна використовувати для прокручування та навігації як додаткові програмні кнопки, підвищуючи комфорт користувальницької взаємодії з елементами інтерфейсу смартфона.

Плюси ємнісних сканерів відбитка:

  • створення тривимірного знімка під час сканування;
  • висока швидкість реагування;
  • відмінна безпека;
  • стабільність роботи (палець не обов'язково має бути сухим та чистим);
  • недороге виробництво.

Мінуси ємнісних дактилоскопічних сканерів:

  • низька роздільна здатність у бюджетних моделях смартфонів;
  • неможливість встановлення сканера в дисплеї (екрани у мобільних пристроїв також ємнісні, через що технології перегукуються між собою).
Смартфони зі сканером відбитка збоку

Оптичні

Оптичні сканери визначають відповідний відбиток пальця за допомогою світла. По суті, вони являють собою чорно-білу камеру, яка фотографує подушечку пальця і проводить аналіз папілярного візерунка по найсвітліших і темних ділянках зображення. Малюнок під час сканування підсвічується безліччю малесеньких діодних лампочок, щоб датчик краще «бачив» і можна було вважати дрібні деталі з пальця.

Оптичні датчики "фотографують" подушечку пальця зі спалахом.

Дактилоскопічні рецептори оптичної конструкції забезпечують отримання двомірної картини, через що їх не так складно обдурити. Встановлюються такі сканери, як правило, безпосередньо на екран мобільних пристроїв. При цьому для них годяться лише напівпрозорі AMOLED та OLED-панелі. У випадку з традиційною IPS-матрицею камера сенсора захаращує підсвічування, що розміщується в задній площині екрана.

Погляд у майбутнє. Існують патенти, що передбачають можливість сканування відбитка за допомогою додавання пальця до будь-якої частини екрана смартфона. Наприклад, у Xiaomi технологія майбутнього бачиться впровадженням у конструкцію дисплея масиву інфрачервоних світлодіодних передавачів, які випромінюють світло при реєстрації торкання пальця в певній області панелі. Після успішного контакту інфрачервоне світло відбивається назад і досягає приймачів, що розміщуються над шаром передавачів. За підсумками смартфон розпізнає відбиток пальця.

Плюси оптичних сканерів відбитка:

  • можливість встановлення безпосередньо на екран.

Мінуси оптичних дактилоскопічних сканерів:

  • двомірне сканування, через що оптичні сканери легко обдурити (прикласти муляж або підробку з потрібним відбитком);
  • не найкраща стабільність розпізнавання (бруд та вода сильно впливають на алгоритми визначення відбитка);
  • невисока швидкість роботи (особливо у ранніх редакціях технології);
  • вибагливість до захисних плівок та скла.
Смартфони зі сканером відбитка ззаду

Ультразвукові

Ультразвукові сканери є найбільш «молодим» різновидом дактилоскопії. До розробки перших редакцій таких сенсорів доклала руку відома компанія Qualcomm, що випускає мобільні процесори для смартфонів. Дебют УЗ-сканера відбувся на борту флагмана Samsung Galaxy S10 у 2019 році. Однак за кілька років до цієї події прототип сенсора обкатали в телефоні LeTV Le Max Pro.

В основі ультразвукового сканера лежить п'єзоелектрик. При подачі напруги він починає вібрувати з величезною частотою та генерує звукові хвилі, які проходять крізь захисне скло смартфона, «вдаряються» про поглиблення та виступи відбитка пальця, а потім повертаються назад у сканер. Результатом вимірювань є визначення інтенсивності відбитого ультразвукового імпульсу різних точках датчика, за підсумками чого будується деталізована тривимірна картина подушечки пальця.

Ультразвукові сенсори випромінюють звукові хвилі для ідентифікації власника смартфона по відбитку пальця.

Ультразвукові імпульси проникають трохи вглиб пальця, а значить, підсунути смартфону муляж не вийде. Подібні сканери чудово відрізняють справжні пальці від зліпків. А ще для них не є перешкодами волога та бруд.

Цікавий факт. Перші покоління ультразвукового сенсора 3D Sonic від Qualcomm можна було обдурити шляхом укладання між екраном та пальцем гідрогелевої плівки, після чого смартфон розблокувався будь-яким пальцем. Через деякий час було випущено програмне оновлення, яке виправило цей момент.

Плюси ультразвукових сканерів відбитка:

  • тривимірне сканування;
  • висока безпека;
  • ефективний захист від усіляких муляжів;
  • стабільність роботи (палець не обов'язково має бути сухим та чистим);
  • можливість розміщення будь-де (під склом, на «спинці» смартфона, в бічній кнопці включення).

Мінуси ультразвукових дактилоскопічних сканерів:

  • ультразвукові сканери працюють повільніше за інших;
  • вибагливість до захисних плівок та скла (деякі з них розсіюють і частково гасять звукову хвилю).
Смартфони зі сканером відбитка в екрані

Де розміщуються?

На зорі своєї появи дактилоскопічні сканери нерідко розміщувалися в кнопці Home, яку встановлювали на підборідді під екраном. Передні сенсори відбитка – відмінна риса характеру Apple iPhone (починаючи з покоління 5s), перших моделей Samsung із сімейства Galaxy S та інших мобільних пристроїв з недалекого минулого.

У смартфонах Apple система розблокування Touch ID застосовувалась з моделі iPhone 5s.

З виходом технології в більш широкі маси датчики друку перекочували на тильну сторону корпусу смартфонів. Задні сканери часто зустрічаються й досі. Подібне розташування – прерогатива недорогих мобільників.

Підекранний сканер відбитка вперше вибився у люди на зорі 2018 року. Таким датчиком було обладнано модель Vivo X20 Plus UD. Технологія швидко знайшла популярність і вбудовувати дактилоскопічний сканер в екран почали багато маститі компанії-виробники смартфонів. Спочатку подібним сканером оснащували виключно флагманські пристрої, але вже зараз зустріти такий можна і в багатьох смартфонах міцної середньої ланки з дисплеями AMOLED або OLED.

Сканери відбитка в екрані перестали бути наділом флагманів і перекочували в середній сегмент смартфонів.

Останнім часом простежується тенденція розміщувати відсканований сканер на поверхні бічної кнопки увімкнення/розблокування телефонів. Головною перевагою подібного розташування можна назвати акуратний зовнішній вигляд корпусу та малопомітність самого датчика.

Пару слів про iPhone

Як не дивно, iPhone був одним із перших масових смартфонів зі сканером відбитка пальця, однак у сучасному портфоліо «яблучних» мобільних пристроїв його давно вже немає. Від дактилоскопічного сканера відмовилися ще в революційній моделі Apple iPhone X, замінивши датчик на розблокування обличчя Face ID.

Розблокування обличчя Face ID — основний спосіб автентифікації для власників «Айфонів».

Якщо ж копнути трохи глибше, сенсор відбитка у iPhone працював все, але в плані ремонтопридатності це було відверто слабке місце смартфонів Apple. Ремонт зламаного Touch ID — практично безнадійне заняття, оскільки він зазвичай тягнув заміну системної плати.

Смартфони з Face ID

___

Сканери відбитків послужили простою та безпечною альтернативою незліченним паролям та графічним ключам. Технології є кудись розвиватися далі, а широке проникнення в мобільні платіжні системи залишає дактилоскопічні сенсори важливим інструментом безпеки в майбутньому.