Как переводится отпечаток пальца

Обновлено: 02.07.2024

Что такое отпечатки пальцев?

Если вы посмотрите на подушечки собственных пальцев, — если вдруг никогда до этого не смотрели, сделайте это прямо сейчас, — то увидите линии, образующие замысловатый узор. Эти линии называются папиллярными. Зачем они нужны, однозначного ответа нет (одни ученые говорят, что линии на два порядка повышают чувствительность к шероховатостям, другие — что они позволяют крепче хвататься за гладкие предметы (например, поручни), но нам важно, что у каждого человека этот узор уникален и не меняется с возрастом. Именно этот факт позволил англичанину Уильяму Гершелю в 1877 году придумать дактилоскопию — способ опознания человека по папиллярному узору — популярную в криминалистике.

Строго говоря, отпечатки пальцев — это сальные следы, которые оставляют наши руки, где попало, например на экране смартфона. Эти следы несут информацию о папиллярных узорах подушечек наших пальцев. Правда, не всю — конкретный отпечаток зависит от того, под каким углом мы тыкали пальцем в экран, с какой силой и так далее. Но сто с лишним лет криминалистического опыта, а также все детективы, которые мы читали, говорят: если есть эталонный отпечаток, то принадлежность определить можно.

Да, и вот еще что: оказывается, существует отдельный поджанр хиромантии — гадание на папиллярных линиях. Называется дерматоглифика. Ее совсем недавно признали лженаукой.

То есть смартфон снимает отпечатки пальцев прямо как следователи?

В случае со смартфоном, кисточек нет. Когда вы прислоняете палец к сенсору на экране, массив электродов в нем образует вместе с вашим пальцем конденсатор. Сенсор считывает значения емкости этого конденсатора в каждой точке экрана. Штука в том, что это самое значение напрямую зависит от того, проходит через конкретную точку экрана папиллярная линия или нет. То есть рисунок папиллярных линий оказывается закодирован в наборе этих самых значений.

Сразу понятно, кстати, что, если палец мокрый или грязный (ну мало ли, всякое бывает), то показания сенсора могут сильно отличаться от сохраненных, поэтому смартфон такой палец просто не примет. Но и эту задачу сейчас решают — Qualcomm готовится выпустить ультразвуковой сенсор, который сканирует рисунок, как следует из названия, ультразвуком. Такому сенсору мокрый палец не помеха.

Так. А если, скажем, у меня отрезали палец? И смартфон украли. Смогут разблокировать?

Да вы оптимист! Но нет, не смогут.

Во-первых, сенсорные дисплеи работают примерно так же, как и сенсор (у сенсора просто разрешение побольше), то есть рассматривают емкость получаемого при прикосновении конденсатора. Емкость живого и емкость мертвого пальца сильно отличаются друг от друга.

Во-вторых, тот же Apple использует в Touch ID еще и электромагнитное сканирование. И тут снова свойства живого и мертвого пальца будут сильно отличаться.

А что если мой отпечаток распечатают на 3D-принтере? Я слышал, такое возможно

Во-первых, для начала необходимо добыть отпечаток. Это, вообще, не так просто. Если вы много фотографируетесь, как, например, министр обороны Германии Урсула фон дер Ляйен, то ваш отпечаток удастся получить с картинки достаточно высокого разрешения.

Во-вторых, надо сделать реалистичную 3D-модель рельефа пальца и, в-третьих, распечатать ее на промышленном 3D-принтере. Штука в том, что характерное расстояние между папиллярными линиями составляет несколько десятых долей миллиметра, что примерно совпадает с размером лазерного пятна, которое в хорошем принтере запекает пластик. Если мы хотим получить хороший рельеф, нам потребуется пятно как минимум на порядок (то есть в 10 раз) меньше. Другая трудность в том, что при печати возникают ошибки, которые обычно удаляют после — например, обрабатывая поверхность подходящим растворителем. В нашем случае такая обработка может поломать рисунок папиллярных линий. Значит, нужно чтобы принтер печатал сразу, без ошибок, с точностью до сотых долей миллиметра — так что обычным домашним принтером тут никак не обойтись. Это вам не клюв тукану напечатать — там такая точность не нужна.

Ой, да ладно, небось можно вообще без принтера можно обойтись. Дедовскими методами, из дерева там вырезать или как еще?

Дедовскими? Ну, наверное, как-то так:

переводим отпечаток в монохром;
печатаем на лазерном принтере;
бумагу кладем на текстолит, гладим утюгом, чтобы на нее перешел тонер в достаточном количестве, причем достаточно ровно;
отмываем бумагу водой, пытаясь не смыть тонер;
травим хлоридом железа ровно столько, чтобы получить характерную высоту папиллярного узора, которая составляет 0,15 миллиметра;
наносим жир тонким слоем (да, травить надо было с учетом этого слоя, забыл сказать);
потом замазываем силиконовой замазкой, она затвердевает, получается палец.

Ладно, если нельзя cделать отпечаток, как в кино, то, может быть, его можно украсть из телефона или облака?

Производители телефонов утверждают (а к ним есть некоторая степень доверия, раз уж мы их технику купили), что отпечаток хранится только в системе на телефоне. Если включена система создания резервных копий в облаке, то данные можно похитить. Но восстановить по ним сам отпечаток не получится.

Ну пока не очень убедительно

Штука в том, что самое слабое звено любой системы защиты — это человек. То есть, какими бы совершенными ни были инструменты проверки, они, во-первых, не идеальны, а во-вторых, требуют к себе внимательного отношения. Удивительно, что люди обычно более или менее серьезно относятся к своим бумажным документам, например гражданским паспортам, но пароли и логины вообще не во что не ставят. Поэтому, если не включать голову, то никакая технология не поможет.

В этом материале поговорим про значимые технологические нововведения — инновации и про то, что они есть на самом деле, вспомним как развивалась технология сканирования отпечатков пальцев на примере знакового устройства Motorola Atrix и постараемся понять, почему Apple Touch ID — нечто большее, чем функция защиты доступа. Много букв, философии и размышлений — всё как вам нравится. Поехали.

Инновации — это не только технологии. Это то, как технологии используются, меняются и развиваются с течением времени, во время того, как мы пользуемся устройствами. Инновацией можно назвать процесс трансформации существующих технологий во времени, а именно то, как они меняются и превосходят все предыдущие. Инновации развиваются, базируясь на прошлых достижениях, но это совсем не значит, что вдруг происходит некий значимый и заметный скачок — развитие технологий поступательно, проходит несколько этапов подготовки и состоит из множества мелких деталей и элементов.

Если разобраться, то всё, что происходило с Apple со времён Apple I — это по сути удачная ассимиляция дизайна и уже существующих технологий. Это значит, что Apple далеко не всегда были первыми в том, чтобы вывести технологии на рынок, но были первыми в объединении всех элементов воедино: удачно и вовремя собирали в кучу существующие технологии, добавляли дизайн, заворачивали всё в упаковку со своим логотипом и представляли желанный для миллионов продукт. Со времён IWM (Integrated Woz Machine), интегральной платы, разработанной Стивом Возняком в 1981 году, до внедрения Touch ID в iPhone 5s в наши дни ни одна фундаментальная технология, используемая Apple при производстве устройств, не была новой. Однако исторически сложилось так, что любая новинка по части технологий преподносится как исключительная, ранее неизвестная и сверхинновационная. Собственно, в памяти остаётся только это — расчёт маркетологов Apple работает на все сто — любой продукт или устройство Apple считаются и априори будут считаться инновационными. Конечно, в Купертино делали ошибки, но о них уже никто не помнит.

Не секрет, что Apple умело оперирует механизмами патентования, потому если внимательно посмотреть на прямые и косвенные патенты, касающиеся технологических аспектов развития будущего Touch ID на протяжении семи лет, с момента появления оригинального iPhone, становится ясно, что компания очень долго готовилась к внедрению сканера отпечатка пальцев в свои устройства. Приобретение нескольких наиболее активных компаний в сфере разработки технологии сканирования отпечатков в течение этого времени только подтверждают факт крайне осмысленного и вдумчивого подхода Apple к внедрению такой технологии в свои устройства.

Motorola Atrix как самый-самый смартфон со сканером отпечатков

Нет никаких сомнений в том, что Motorola, как никто другой, сыграла важную роль в развитии и становлении технологий сегодняшнего дня, количество инновационных разработок компании на протяжении всего периода зашкаливает.

Motorola Atrix 4G после анонса 5 января 2011 года на выставке Consumer Electronics Show был неплохо встречен публикой. Но популярности эта модель снискать не смогла, равно как и не смогла захватить воображение пользователей и свою долю рынка. Хотя нельзя не отметить, что многим понравился встроенный в верхнюю часть задней крышки сканер отпечатков пальцев. Как оказалось потом, такое расположение — не самое удачное и удобное и, возможно, точность распознавания ухудшалась отчасти именно из-за такого местоположения датчика.

На сегодняшний день Motorola Atrix устарел и морально, и физически, поддержка и выпуск обновлений прекращены. Устройство почило в Бозе, впрочем, как и многие другие инновационные и изначально прекрасные, но не до конца продуманные и неаккуратно реализованные идеи на рынке мобильных телефонов.

Изучаем два различных подхода

Apple поставила потребительские свойства и сценарии использования технологии Touch ID во главу угла. Конечная реализация Touch ID достойна самого пристального изучения в плане того, как Apple подходит к вопросам разработки продукта в сравнении с почти любой крупной современной технологической компанией. Подход Apple к решению такого рода задач — не самая понятная часть работы компании, даже для технически осведомлённых специалистов и аналитиков, они зачастую не видят просто хорошую идею и не могут себе представить возможные перспективы её реализации. Как, собственно, частенько и случалось.

Предлагаю рассмотреть некоторые отличия в реализации технологии сканирования отпечатков пальцев в Motorola Atrix и iPhone 5s поближе.

— Один или много?
Особенность работы Touch ID в iPhone 5s в том, что комплекс распознавания принимает отпечатки любых пальцев, даже пальцев ног, если это кому-то может быть полезным. Особенность расположения датчика считывания в Motorola Atrix подразумевает использование только указательного или среднего пальца в качестве основания для считываемых данных. Это накладывает определённый лимит на сценарии применения такого решения в повседневной жизни. В конце концов, гладить телефон сзади указательным или средним пальцем просто неудобно.

— Мультиориентация, или ориентация в одном направлении?
Согласно технологическим характеристикам Touch ID, распознавание отпечатка осуществляется в любом положении iPhone относительно пальца, главное — чтобы подушечка находилась внутри металлического кольца. Сканер в Atrix работает только в одном случае — если провести пальцем сверху вниз. Я не сомневаюсь, что одно это обстоятельство способно вывести из себя любого и в итоге заставит отключить функцию в настройках.

— Сапфир или пластик?
В Apple для производства линз сканера выбрали один из самых редких и дорогих прозрачных материалов — сапфир. Такой выбор не случаен, здесь нет никакого позёрства, как может показаться. Выбор обусловлен глубоким пониманием пределов возможностей технологии и устройства сканирования. А Motorola для Atrix почему-то решила использовать линзу на пластиковой основе. Линза в составе сканера имеет первостепенное значение. Если используются материалы чуть менее твёрдые, чем сапфир, со временем качество каждого сканирования будет попросту деградировать. Смартфон постоянно подвергается всяческим воздействиям: пыли, грязи, агрессивных сред (пот с рук, влага во время дождя), всё это со временем царапает пластиковую линзу и вызывает ошибки. Более того, даже Gorilla Glass со временем покрывается сеткой микроцарапин, так что единственный правильный вариант — использование линзы из сапфира — был выбран только Apple.

Touch ID в iPhone 5s

Датчик в Motorola Atrix

— Глубоко или не очень?
Apple объединила безопасность и возможности шифрования в новом чипе ARM A7, причём, все биометрические данные хранятся только в особом секторе самого процессора и нигде больше, доступ со стороны невозможен. Motorola же решила хранить биометрические данные в обычном виде, в регулярной памяти, что совершенно небезопасно и открывает возможности к взлому данных и лёгкой репродукции отпечатков для использования в иных устройствах.

— Один вариант или несколько вариантов?
Apple эмпирически изучала возможности применения технологии идентификации по отпечатку пальца на протяжении нескольких лет. В итоге мы видим реализацию этой функции, искусственно ограниченную только двумя действиями: разблокировка iPhone и авторизация в iTunes Store. Нужно понимать, что это временное ограничение, Apple планирует очень глубоко интегрировать Touch ID в операционную систему. В случае с Motorola применение сканера отпечатков ограничивалось только одной функцией — обеспечением защиты доступа к устройству.

Неуместные инновации

В качестве заключения

Apple делает свои устройства, используя передовые технологии. Но эти устройства никогда не были площадкой для экспериментов с технологиями. Технология и инновации для Apple — прежде всего средство и способ для достижения цели. Новое направление развития не принесёт результатов завтра, возможно, на это потребуется десяток лет. Такая философия, дальновидность и решимость — причина популярности Apple, именно это делает её одной из самых успешных IT-компаний в мире. Но на самом деле всё это неважно. Важно то, что прямо или косвенно, мы с вами голосуем нашими кошельками и делаем это совсем не потому, что нам нравятся технологии. А потому, что нам нравится iPhone, нам нравится Mac, нам нравится то, что они делают с нами и то, что они делают для нас.

Привет, Geektimes! Наличие сканера отпечатков пальцев в смартфоне в последнее время для многих стало одним из главных факторов при выборе устройства для покупки. Хотя данный тип биометрической технологии безопасности отнюдь не новый, компактными и дешевыми сканеры отпечатков научились делать сравнительно недавно. Но задумывались ли вы о том, что происходит, когда вы подносите свой палец для разблокировки телефона? Мы вот решили разобраться и просим всех заинтересовавшихся под кат.

Если смотреть с точки зрения физиологии, отпечаток пальца — это определенный набор выступов с индивидуальными порами, которые разделены между собой впадинами. А поскольку он связан с тепловыми и электрическими характеристиками кожи, для получения его изображения можно использовать как тепло, так и свет, и электрическую емкость (или все вместе).

Существует целый ряд разновидностей сканеров отпечатков пальцев — некоторые применяются на секретных объектах (вместе с анализом походки и другими фишками, конечно же), другие уже вошли в жизнь владельцев современных смартфонов как нечто обыденное. Если обобщить, можно выделить три основные группы сканеров отпечатков:

Оптические
Полупроводниковые (кремниевые)
Ультразвуковые

Оптические сканеры

Они, как следует из названия, используют оптические методы получения изображения отпечатка. Этот метод является самым старым методом захвата отпечатков пальцев: фотография отпечатка обрабатывается при помощи специальных алгоритмов, которые обнаруживают уникальные гребни и выступы. Полученное изображение сравнивается с заложенными в системе, после чего пользователю отправляется положительный или отрицательный ответ. Оптические сканеры подразделяются на FTIR-сканеры, оптоволоконные, протяжные, роликовые, электрооптические и бесконтактные.

В сканерах FTIR используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection). В данном случае свет падает на границу раздела двух сред, после чего одна часть световой энергии отражается от границы, а вторая проникает через нее во вторую среду. Сколько энергии будет отражено, определяется углом падения: когда он достигает определенной величины, от границы раздела отражается вся световая энергия, что и называется полным внутренним отражением.

При контакте отпечатка пальца (более плотной среды) с менее плотной пучок света проходит через границу в точке полного внутреннего отражения. Так что будут отражены только те пучки света, попавшие в точки, к которым не приложен капиллярный узор поверхности пальца. Далее CCD или CMOS фиксирует итоговую световую картинку поверхности пальца.

Оптоволоконные сканеры работают несколько иначе. По сути мы имеем оптоволоконную матрицу, при этом каждое её волокно заканчивается фотоэлементом. Каждый фотоэлемент фиксирует остаточный свет, который прошёл через палец, в той точке, где отпечаток прикасается к поверхности сканера. Далее данные всех элементов агрегируются и на их основании получается изображение отпечатка пальца.

В электрооптических сканерах используется специальный полимер, в составе которого есть светоизлучающий слой. На нем отражается неоднородность электрического поля пальца у поверхности сканера, после чего высвечивается отпечаток пальца. Остальную работу проделывают фотодиоды, преобразующие все в цифровой вид. Протяжные сканеры — одни из самых интересных, поскольку в этом случае палец не прикладывается к поверхности сканера, как мы привыкли, а проводится по считывателю, который представляет собой узкую полоску. Принцип их работы во многом схож с FTIR-сканерами, о которых упоминалось ранее.

При использовании бесконтактных сканеров вам даже не придется контактировать с поверхностью сканирующего устройства. Палец прикладывается к специальному отверстию, его подсвечивают снизу несколько источников света, линза собирает информацию, затем данные проецируются на CMOS, где преобразуются в изображение отпечатка пальца.

Оптические сканеры довольно легко обмануть, поскольку они захватывают только 2D-изображение — в этом один из их главных недостатков. В наше время они уже отошли на второй план, тем не менее во многих сферах до сих пор используются. Но уж точно не на секретных объектах и не там, где серьезно заботятся о безопасности: для этого и придумали кремниевые (полупроводниковые) и ультразвуковые сканеры.

Кремниевые (полупроводниковые) сканеры

Основное отличие полупроводниковых сканеров от оптических в том, что в данном случае изображение получается с помощью свойств полупроводников, которые изменяются в местах контакта отпечатка пальца с поверхностью сканера. Полупроводниковые сканеры реализуют несколькими способами, но наиболее распространенный из них — емкостный.

В емкостных сканерах для получения изображения отпечатка применяется эффект изменения емкости p-n-перехода полупроводникового прибора, когда гребень узора отпечатка соприкасается с полупроводниковой матрицей. Одна из модификаций емкостного сканера — когда основным модулем для сканирования является конденсатор. То есть традиционное изображение отпечатка не создается: вместо этого сбор данных осуществляется с помощью массивов крошечных цепей конденсатора. Поскольку конденсаторы хранят электрический заряд, когда палец контактирует со сканером, заряд будет изменен там, где гребень прикасается к пластине. Там, где на узоре впадины, заряд останется практически неизменным.

Изменения заряда отслеживаются, тем самым захватываются данные об отпечатке. Затем они преобразуются в цифровые, после чего начинается поиск отличительных и уникальных атрибутов отпечатка — они сравниваются с сохраненными для сравнения отпечатками.

Емкостные сканеры сейчас нашли признание у производителей смартфонов за счет оптимального соотношения цены и качества. У них низкая себестоимость и высокая степень защиты от муляжей — обмануть, конечно, можно, но это будет не так просто. Первым смартфоном от Xiaomi со сканером отпечатков пальцев стал Redmi Note 3, он же используется в одной из новинок компании — Xiaomi Mi Max. Не отказывается от емкостного сканера и OnePlus в своём OnePlus 3.

Из полупроводниковых сканеров также активно используются чувствительные к давлению и термо-сканеры, но не в смартфонах. В первом случае изображение поверхности пальца получается при помощи давления, которое оказывают выступы папиллярного узора на элементы поверхности, однако защита от муляжей здесь довольно низкая. В термо-сканерах используется температурная карта поверхности пальца, которая и преобразуется в цифровое изображение. Подделать такой отпечаток гораздо сложнее.

Остальные виды полупроводниковых сканеров по сути представляют собой разновидность емкостных, протяжных или термо-сканеров.

Ультразвуковые сканеры

Еще несколько лет назад данный тип сканирования отпечатков пальцев был слишком дорогим, однако с развитием технологий он добрался и до смартфонов. Ультразвуковой тип характеризуется сканированием поверхности пальца при помощи ультразвуковых волн и измерения расстояния между источником волн и рельефом отпечатка по отраженному эху.

Ультразвуковой импульс передается на палец перед сканером — часть его поглощается, а другая часть возвращается к приемнику. После этого она распознается в зависимости от гребней, впадин и других уникальных элементов отпечатка. Чем дольше происходит сканирование, тем лучше распознаются дополнительные данные об отпечатке — в результате получаются подробные 3D-изображения.

На CES 2016 Qualcomm представила технологию Sense ID — усовершенствованный 3D-датчик сканера, который собирает намного больше индивидуальной информации. Ультразвук проникает через металлические поверхности, стекло и некоторые пластмассы и получает не двухмерную, а подробную трехмерную карту отпечатка пальца.

Qualcomm Sense ID — ультразвуковой сканер отпечатков

И что, это действительно безопасно?

Конечно, любой сканер отпечатков пальцев можно обмануть. Емкостные сканеры старого образца плохо воспринимали мокрые или холодные пальцы, в современных смартфонах (том же Redmi Pro) эта проблема уже практически решена и сканер срабатывает очень быстро. В определенном плане ультразвуковые сканеры безопаснее, но до рынка эта тенденция скорее всего доберется только через пару лет. Изготовить слепок пальца сложно, еще сложнее применить его для разблокировки современного смартфона.

Уязвимость сканеров отпечатков пальцев в первую очередь заключается в реализации технологии производителями смартфонов. Яркий пример — Samsung и HTC в своих смартфонах Galaxy S5 и One Max хранили изображения с отпечатками пальцев пользователей в общем разделе файловой системы. Это был простой незащищенный файл .bmp — другими словами, обычная картинка. Сейчас такое уже почти не встречается, поскольку производители используют либо специальный чип, либо отдельную область в чипсете для хранения информации об отпечатках: у Qualcomm это Snapdragon Mobile Security, у ARM — TrustZone, у Apple — Secure Enclave. TrustZone активно использует Huawei: технология анализирует отпечатки пальцев в отдельной операционной системе на выделенном виртуальном процессоре, куда не может добраться даже основная система. А значит, к сканам отпечатков пальцев не смогут получить доступ и сторонние приложения.

Очень интересно реализована область Secure Enclave у Apple. По сути это сопроцессор, который использует шифрованную память и включает в себя аппаратный генератор случайных чисел. При изготовлении каждый такой сопроцессор имеет свой уникальный идентификатор — он неизвестен ни другим компонентам системы, ни самой Apple (по крайней мере, так говорят в компании). Secure Enclave обрабатывает данные с датчика Touch ID: процессор не может прочитать информацию об отпечатке и сразу перенаправляет ее сопроцессору. Данные шифруются при помощи алгоритма AES.

Заметили, что iPhone просит пароль каждый раз после перезагрузки? Пароль является ключом для расшифровки отпечатков пальцев — он активируется при любых обстоятельствах, свидетельствующих о постороннем вмешательстве: добавление нового отпечатка, выключение смартфона, пять неверных попыток разблокировки и так далее. Кстати, в том числе поэтому кнопку с Touch ID нужно беречь — если она сломается и вы ее поменяете на неоригинальную, то сканер отпечатков ~~превратится в тыкву~~ работать не будет. А что вы хотели? Безопасность.

Тем не менее и у Apple все не так совершенно, правда здесь уже вину стоит переложить на разработчиков приложений. Если кто-то подсмотрит пароль владельца iPhone, он сможет разблокировать смартфон, добавить свой отпечаток, а затем авторизоваться во всех приложениях с Touch ID (мессенджерах, банковских и так далее), даже если их пароли отличны от системного. Начиная с iOS 9.0 разработчики могут устанавливать проверку (об этом недавно был пост на Geektimes) на появление новых отпечатков в момент запуска приложения, однако, многие, как правило, этой рекомендацией не пользуются.

Ну и что делать?

Ответ простой и очевидный — пользоваться! Сканеры отпечатков пальцев уже вошли в нашу жизнь как безопасная альтернатива запоминанию логинов и паролей, и владельцы смартфонов с соответствующей функциональностью что-то не жалуются. Взломать можно всё, однако, сейчас уровень безопасности сканеров действительно высокий, к тому же технология не стоит на месте и развивается — ультразвуковые сканеры в смартфонах тому подтверждение.

1. Xiaomi Mi Max 16GB ROM 4G Phablet за $169.99 по купону MIMAXS (до 31-го декабря)

2. OnePlus 3 4G Smartphone за $445.99 по купону GBOPlus (до 31-го декабря)

3. XiaoMi Mi5 5.15 inch 64GB 4G Smartphone за $356.99 по купону Mi5gb (до 31-го декабря)

4. LeTV Leeco Le Max 2 4G Phablet за $219.99 по купону LeTVGBS (до 31-го декабря)