V

Smartfóny so snímačmi odtlačkov prstov zaplavili trh, ale nebolo to dlho, čo sa tieto snímače začali dostávať na smartphony v segmente rozpočtu. Tieto snímače sa v poslednej dobe stali rýchlejšími a bezpečnejšími. Vďaka tomu sa tieto snímače v dnešnej dobe primárne používajú na zabezpečenie smartfónov.

Bezkonkurenčná konkurencia v priemysle inteligentných telefónov a vyvíjajúce sa technológie nás dostali do fázy, keď sa každý deň stretávame s novou inováciou. Senzory odtlačkov prstov prišli tiež ďaleko, pričom aktuálnym módnym slovom sú senzory odtlačkov prstov na displeji. Výrobcovia smartfónov ako Xiaomi, Realme a Oppo sa postarali o to, aby sa táto technológia neobmedzovala iba na vlajkové lode.

Posledné zariadenia ako Realme X, Redmi K20 a OPPO K3 ponúkajú skenery odtlačkov prstov na displeji za cenu, ktorú je ťažko stráviť. S ohľadom na to si poďme zistiť, čo je táto technológia snímača odtlačkov prstov na displeji a ako funguje.

História

Začnime od začiatku, keď sa to všetko začalo. Ponorenie sa do histórie čítačiek odtlačkov prstov na mobilných zariadeniach nás zavedie na model „ Pantech GI100 “ uvedený na trh v roku 2004. Toto zariadenie bolo vybavené čítačkou odtlačkov prstov, prvou svojho druhu. Ďalšie zariadenia nasledujúce trend „ G900 a G500 “ pochádzajú od spoločností Toshiba v roku 2007. Neskôr sa do ligy zapojili výrobcovia ako HTC, Acer a Motorola so svojimi príslušnými zariadeniami. Spoločnosť Apple sa tiež pripojila k večierku v roku 2013 a iPhone 5s dostal snímač odtlačkov prstov. Volaný gigant z Cupertina ho ďalej nazval Touch ID. Od tej doby prešli technológie snímačov odtlačkov prstov niekoľkými zásadnými zmenami.

Technickí nadšenci môžu vedieť, že v akcii sú tri rôzne technológie overovania odtlačkov prstov. Ale technológia odtlačkov prstov na displeji v súčasnosti ťaží iba z týchto dvoch.

Predtým, ako sa dostaneme do veľkého obrazu, pochopíme základnú technológiu, ktorá funguje. Všetky snímače odtlačkov prstov fungujú tak, že sledujú jedinečné sledovacie hrebene a čiary na vašich prstoch. V tomto procese sledovania však môžu pracovať rôzne technológie vrátane optického, kapacitného alebo ultrazvukového.

Typy skenerov odtlačkov prstov

1. Optické skenery (používané v snímačoch odtlačkov prstov na displeji)
2. Ultrazvukové skenery (používané v skeneroch odtlačkov prstov na displeji)
3. Kapacitné skenery

Optické skenery na displeji

Optické skenery sú tu už dosť dlho a sú najstaršími metódami autentifikácie odtlačkom prsta. Optické snímače na displeji sú však pre smartphony pomerne nové. Vivo Apex, koncepčné zariadenie predstavené na výstave MWC 2018, otočilo v priemysle inteligentných telefónov mnoho hláv. Zariadenie obsahovalo „CLEAR ID 9500“, optický snímač odtlačkov prstov vyvinutý spoločnosťou Synaptics, americkým výrobcom senzorov. Spotrebiteľom bol neskôr predstavený v novom zariadení s názvom „Vivo X20 Plus UD“. Nový dizajn si čoskoro osvojili spoločnosti ako OPPO, Samsung, Huawei a ďalšie. Väčšina snímačov odtlačkov prstov, ktoré vidíme, je optický snímač odtlačkov prstov, ktorý je možné ľahko prepojiť s procesormi Arduino, Raspberry pi a inými mikrokontrolérmi.

Fungovanie optického snímača odtlačkov prstov

Táto technológia sa spolieha na zachytenie obrázka vášho odtlačku prsta a ďalšiu analýzu, či sa aktuálny odtlačok prsta zhoduje s uloženým obrázkom. Zariadenie s väzbou na náboj (CCD) leží v samom srdci optického snímača, rovnakého snímača, aký sa používa v digitálnych fotoaparátoch a kamkordéroch. Pre ľudí, ktorí to nevedia, je CCD súbor svetlocitlivých diód nazývaných fotosite, ktorý generuje elektrické signály v reakcii na svetelné fotóny.

Hneď ako priložíte prst na snímač, rozsvieti sa rad svetelných diód (LED), ktoré osvetľujú hrebene a medzery a CCD kamera ich rýchlo zachytí. Systém CCD generuje obrátený obraz prsta, pričom tmavšie oblasti predstavujú viac odrazeného svetla (hrebene prsta) a svetlejšie oblasti predstavujú menej odrážaného svetla (údolia medzi hrebeňmi). Nasnímaný obrázok sa potom porovná s uloženým obrázkom.

Optické senzory sa dajú ľahko oklamať, pretože použitá technológia zachytáva 2D obraz a kvalitný obraz môže túto bezpečnosť prelomiť. Stojí za zmienku, že táto technológia funguje iba s OLED displejmi, kde sú medzery v základnej doske. Senzory odtlačkov prstov na displeji spočiatku neboli také spoľahlivé a rýchle ako teraz. Veci sa ale v poslednej dobe zmenili v prospech týchto senzorov.

Ultrazvukové skenery na displeji

Ultrazvukové senzory sú najnovšie používané technológie odtlačkov prstov. Ako naznačuje názov, tieto snímače využívajú na mapovanie vášho odtlačku prsta vysokofrekvenčný ultrazvukový zvuk. Spoločnosť Samsung uzavrela partnerstvo so spoločnosťou Qualcomm, aby priniesla prvé zariadenie s ultrazvukovým snímačom odtlačkov prstov na displeji „Galaxy S10 / S10 +. Toto zariadenie bolo tiež prvým vybaveným snímačom Qualcomm 3D Sonic, ktorý predstavuje iteráciu Sense ID.

Najnovšia ultrazvuková technológia spoločnosti Qualcomm pracuje prostredníctvom skla s hrúbkou až 800 mikrónov. Spoločnosť požaduje 250-milisekundovú latenciu odomknutia, ktorá je blízko k tomu, čo môže dosiahnuť kapacitný snímač odtlačkov prstov.

Pracovanie ultrazvukového snímača odtlačkov prstov

Hardvér týchto skenerov pozostáva z ultrazvukového vysielača a prijímača. Proces skenovania začína, akonáhle je na snímač priložený prst. Ultrazvukový impulz je prenášaný vysielačom, ktorý sa zrazí s vyvýšeninami a dolinami na špičke prsta, časť pulzného tlaku je absorbovaná a časť z nich je odrazená späť k senzoru. Miera absorpcie a odrazu impulzu sa líši podľa rôznych odtlačkov prstov. V ďalšom postupe sa na výpočet intenzity vracajúceho sa ultrazvukového impulzu v rôznych bodoch skenera použije snímač schopný detekovať mechanické namáhanie. Tieto skenery získavajú podrobné podrobné informácie, ktorých výsledkom je podrobná 3D replika skenovaného odtlačku prsta.

Pretože tieto skenery ležia pod displejom. Vlny z ultrazvukových senzorov musia predtým, ako sa dostanú k prstu, prejsť cez backplane, sklo a ochranný kryt displeja. Výrobcovia preto zabezpečujú, aby sklo použité na zobrazenie nebolo príliš silné. Z tohto dôvodu sa neodporúča pridávať ďalšiu ochranu, ako je napríklad ochrana obrazovky, ktorá môže brániť správnemu fungovaniu tejto technológie.

Nie veľa zariadení sa dodáva s ultrazvukovým snímačom, ktorý je tou najlacnejšou z dostupných technológií. Vlajkové lode ako Samsung Galaxy S10 / 10 + sú vybavené ultrazvukovým snímačom. Stále však zostáva nejaký čas, kým uvidíme, ako táto technológia preniká do rozpočtového segmentu.

Kapacitné skenery

Kapacitné snímače sú v súčasnosti najpoužívanejšími snímačmi a nájdete ich na všetkých ostatných zariadeniach, s ktorými sa stretnete. Tieto snímače používajú ako základnú zložku kondenzátory, čo je elektronická súčiastka používaná na ukladanie elektrickej energie. Táto technológia sa momentálne nepoužíva na skenovanie odtlačkov prstov na displeji.

Fungovanie kapacitného snímača odtlačkov prstov

Aj tieto snímače snímajú hrebene a údolia odtlačkov prstov. V takom prípade sa však na zber údajov namiesto svetla používa elektrický prúd. Pod skenovacím povrchom je umiestnená skupina kondenzátorov na zhromažďovanie detailov odtlačkov prstov. Keď sa na skenovaciu plochu priloží špička prsta, náboj uložený na kondenzátore sa zmení. Tento rozdiel v náboji je sledovaný integračným obvodom operačného zosilňovača, ktorý je ďalej zaznamenávaný analógovo-digitálnym prevodníkom.

Získané údaje sa používajú na autentifikáciu. Stojí za zmienku, že schopnosť kapacitných snímačov rastie s nárastom počtu kondenzátorov. Tieto skenery ponúkajú lepšie zabezpečenie a dajú sa rýchlo a šialene ťažko oklamať. Kapacitné snímače sú v porovnaní s optickými nákladnejšie a v tej dobe sa používali iba vo vlajkových zariadeniach. Je to navyše rok 2019 a kapacitné snímače prenikli do všetkých segmentov v priemysle inteligentných telefónov. Kapacitné dotykové podložky sú lacné a dajú sa ľahko integrovať do ľubovoľného zariadenia.

Algoritmus a kryptografia

Skenovanie je len polovica procesu, keďže je dôležité ukladať údaje na bezpečné miesto. Pre tento proces sa k senzoru pridá vyhradený integrovaný obvod, ktorý sa zaoberá interpretáciou naskenovaných údajov a ich ďalším prenosom do procesora. Zabezpečené miesto je neprístupné a ani zakorenenie nemôže pomôcť preniknúť dovnútra. Každý výrobca má iný prístup a na identifikáciu kľúčových charakteristík odtlačkov prstov používa iné algoritmy. Všeobecne tieto algoritmy hľadajú veľmi špecifické vlastnosti, ktoré sa nazývajú markanty, kde riadky vo vašom odtlačku prsta končia alebo sa rozdelia na dve časti. Skener teda dokáže tieto markanty priradiť namiesto toho, aby znova skenoval celý odtlačok prsta. Vďaka čomu je celý proces o niečo rýchlejší.

Ak sa posunieme ďalej, majú títo výrobcovia senzorov samostatné systémy pre ukladanie. ARM využíva technológiu TrustZone založenú na Trusted Execution Environment (TEE), ktorá ukladá údaje na bezpečnom mieste vo vnútri hlavného procesora. Spoločnosť Qualcomm na druhej strane používa na zabezpečenie súkromných šifrovacích kľúčov a hesiel prostredie Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE). Tieto systémy môžu mať rôzne názvy, ale všetky majú spoločný cieľ, ktorým je ochrana údajov.

Čo je lepšie, optické alebo ultrazvukové?

Ultrazvukové skenery sú samozrejme lepšie, pretože profitujú z procesu 3D skenovania, zatiaľ čo optické skenery sú schopné skenovania 2D, ako už bolo spomenuté vyššie. Okrem toho sú ultrazvukové snímače extrémne malé, najnovší 3D zvukový snímač spoločnosti Qualcomm meria iba 0,2 mm. Malý tvar týchto senzorov spĺňa súčasný dopyt po tenkých a bezrámikových zariadeniach. Ak sa posuniete ďalej, tieto senzory tiež nie sú ovplyvnené prachom, mastnotou alebo mokrými rukami.

Nie je však veľa zariadení, ktoré využívajú ultrazvukové snímače, a to úplne súvisí s výrobnými nákladmi. Tieto snímače sú nákladné a odteraz sú k dispozícii iba na vybraných vlajkových zariadeniach.

Čo sú posledné zariadenia so snímačmi odtlačkov prstov na displeji?

Teraz, keď ste si vedomí súčasných technológií a ich fungovania. Bolo by ešte lepšie, keby ste vedeli o nedávnych zariadeniach so snímačmi odtlačkov prstov na displeji a ich type.

Zariadenia s optickými snímačmi na displeji	Zariadenia s ultrazvukovými snímačmi na displeji
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X
One Plus 7/7 Pro
OPPO K3
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
One Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9