Оптические сканеры отпечатков пальцев. Обзор датчика R308. Телефон с отпечатком пальца: обзор, инструкция по настройке. Смартфоны со сканером отпечатка пальца

Мы уже давно привыкли к практически неограниченным возможностям современным смартфонов. Мобильные операционные системы предоставляют богатый набор функций, а приложения позволяют решить практически любую задачу. При этом производительность флагманских устройств фактически является избыточной: даже самые ресурсоемкие задачи и требовательные игры не могут полностью загрузить топовые чипы Qualcomm, Samsung и Mediatek. Ну не конвертировать же на телефоне 4K-видео, в конце концов. Хотя и с этим смартфоны вполне могут справиться. Однако некоторые ранее недоступные функции все же стали распространяться. К примеру, теперь широко стали доступны смартфоны со встроенным сканером отпечатков пальцев. Но нужны ли они вообще? Сегодня мы ответим на этот вопрос, а также разберемся, какими эти сканеры бывают.

Первопроходцы

Сегодня дактилоскопическая идентификация преподносится как инновация, а первопроходцем в мобильной отрасли считается компания Apple с моделью iPhone 5S. Однако, как и в случае со многими другими инновациями, «яблочный гигант» сыграл роль популяризатора. Многие уже забыли настоящего первопроходца: еще в 2004 году сканер отпечатков пальцев появился на телефоне Pantech GI100. Разумеется, это был не смартфон, поэтому возможности биометрической идентификации были существенно ограничены. К примеру, можно было записать до десяти секретных номеров в телефонную книгу.

В 2006 году вышла модель Pantech PG6200, которая по многим параметрам стала преемницей Pantech GI100. В ней тоже использовался сканер отпечатков пальцев. Возможно, Apple iPhone 5S был первым смартфоном с этим приятным дополнением? И снова мимо: в 2011 году вышла Motorola Atrix 4G на Android 2.2, в которой тоже был сканер.

Однако сравнивать те устройства с современными смартфонами можно лишь формально. Да, в них действительно были дактилоскопические сенсоры, однако они были выполнены по принципиально другой технологии. Для сканирования требовалось провести пальцем со строго заданной скоростью, к тому же на обработку информации уходило некоторое время. Вряд ли в таких условиях можно говорить об удобстве и комфорте.

Так что хоть Apple iPhone 5S де-факто и не является первым мобильным устройством со сканером отпечатков пальцев, именно он сделал эту функцию востребованной.

Возможности

Раньше сканеры отпечатков пальцев можно было увидеть в основном в научно-фантастических фильмах, где они использовались для идентификации персонала на какой-нибудь секретной военной базе. По большому счет, сенсоры в современных мобильных устройствах выполняются такую же функцию - определение пользователя, которому разрешен доступ. Вот только теперь откроется не комната с ядерным чемоданчиком, а разблокируется смартфон.

Датчики отпечатков пальцев позволяют быстро снять блокировку. И здесь они выполняют сразу два действия. Во-первых, обозначают намерение воспользоваться смартфоном (то есть, по сути, заменяют на нажатие центральной механической клавиши или кнопка блокировки). Во-вторых, выполняют действие из разряда «slide to unlock», то есть подтверждают желание разблокировать устройство.

Конечно, отдельно необходимо поговорить о безопасности. Раньше, если вы заботились о конфиденциальности хранящихся на телефоне данных, то пользовались паролем. Во многих случаях его заменял графический пароль, который можно было быстрее ввести. Однако доступ к устройству также получал тот, кому вы сообщали этот пароль, либо кому удавалось его подсмотреть. С отпечатками пальцев все куда сложнее. Их довольно сложно подделать, и вашему другу или коллеге наверняка это не удастся. Единственным человеком, который будет иметь полный доступ к вашему гаджету, станет ваш однояйцевый близнец, поскольку его отпечатки, как и весь набор хромосом, полностью идентичны вашим.

Если говорить про функцию Touch ID в исполнении Apple, то использовать биометрическую идентификацию можнотакже в стандартных приложениях iTunes и App Store. Там она заменяет ввод пароля, а ведь данная процедура может надоесть, если требуется скачать установить сразу несколько программ или треков. Также новыми возможностями поспешили воспользоваться сторонние разработчики. В частности, многие сервисы мобильного банкинга теперь тоже идентифицируют пользователя по рисунку на его пальцах.

В случае с Android-смартфонами вариаций куда больше, поскольку производители нередко стараются придумать разнообразные новые функции. К примеру, на некоторых моделях на каждый отпечаток пальца можно назначить отдельную задачу. К примеру, если указательный просто разблокирует устройство, то средний запустит камеры, а безымянный включит аудиоплейер. В некоторых случаях это может быть очень удобно, поскольку позволяет сэкономить время. Но многое зависит еще и от расположения датчика.

Опасения

Как и любая инновация, сканер отпечатков вызывает немало вопросов и даже опасений у тех, кто им еще не пользовался или только недавно приобрел смартфон с такой функцией. Относительно этой технологии существуют самые разнообразные мифы, некоторые из которых мы постараемся развенчать.

Первый миф касается возможности взлома. Частично его мы уже опровергли в предыдущем пункте: подделать отпечатки пальцев весьма непросто. Рядовому пользователю это точно не удастся сделать, тем более без предварительной подготовки, в полевых условиях.

Тем не менее, при должной сноровке можно получить доступ к содержимому чужого устройства. К примеру, группа немецких биометрических хакеров Chaos Computer Club в свое время успешно взломали защиту iPhone 5S и Samsung Galaxy S5. Для этого использовалась камера, принтер, клей и ряд других химикатов, позволяющих создать слепок пальца владельца смартфона. Правда, необходимо учитывать, что все это требует времени, кропотливого труда, специфических умений и материалов. И, разумеется, необходим сам образец, то есть тот палец, который уже зарегистрирован в мобильном устройстве.

Второй миф касается несанкционированного доступа третьими лицами с помощью пальца непосредственно владельца. К примеру, ревнивая супруга или ревнивый супруг хотят проверить переписку своей пассии, и для этого подносят смартфон к пальцу спящей второй половинки. Что ж, такое опасение вполне имеет место быть, тем более что никаких технических преград к осуществлению подобной процедуры не существует. В конце концов, телефон не может знать, что его хозяин в данный момент спит. Так что если вы так уже сильно боитесь подобного случая, то можно подыскать другие методы защиты, к примеру, пароль или сканер сетчатки глаза. Еще проще не допускать подобных ситуаций или просто удалять подозрительную информацию из памяти устройства.

Ко второму мифу можно придумать еще и криминальный вариант. Злоумышленники завладели вашим устройством, а для доступа к нему пытаются отрезать палец владельца. Все это не только комично звучит, но и в сводках новостей подобные действия никогда не пробегали. В крайнем случае можно сказать пароль, который позволяет обойти процедуру идентификации, или же вовсе отключить подобную защиту в настройках, если того требуют преступники.

Из этого вытекает еще и третий миф, который гласит, что смартфон на правах хитрой штуки может однажды не узнать хозяина по отпечаткам и не пустить дальше экрана блокировки. Это действительно может случиться, поскольку грязные, мокрые или наоборот слишком чистые пальцы могут не считываться сенсором. К тому же отпечатки могут пострадать в результате ожога или физического воздействия иного рода. Однако в этом случае опять же остается лишь ввести ранее установленный пароль.

Место установки сенсора

Производители смартфонов используют разных подход к выбору места установка сканера отпечатки пальцев. К примеру, Apple традиционно встраивает его в механическую клавишу «Домой», установленную под экраном. В этом случае наиболее удобно для разблокировки и прочих действий использовать большой палец.

Схожий принцип используется южнокорейская компания Samsung. Ее смартфоны тоже уже много лет оснащаются центральной механической клавишей, поэтому именно она является наиболее уместным пристанищем для дактилоскопический сенсора. К тому же все уже привыкли, что для разблокировки требуется нажать на эту кнопку, а затем провести по экрану, либо же ввести пароль. В данном случае можно даже не нажимать ее, а слегка коснуться: этого будет вполне достаточно.

Сегодня даже не самые продвинутые модели Samsung получили сканер. К примеру, им комплектуются не только флагманские устройства Galaxy S5, S6/S6 Edge, Galaxy S7/S7 Edge и Galaxy Note 4/5, но также и обновленная линейка Galaxy A 2016 модельного года: Galaxy A5, Galaxy A7 и Galaxy A9/A9 Pro.

Также фронтальный сканер отпечатков пальцев используют многие другие производители, которые оснащают свои смартфоны центральной механической клавишей. К ним относятся Meizu (Meizu MX5, Meizu PRO 5), Lenovo (Lenovo Vibe P1), Xiaomi (Xiaomi Mi 5, хотя в тех же Xiaomi Redmi Note 3 и Xiaomi Mi 4s сканер установлен сзади), Oppo (Oppo F1 Plus), HTC (HTC One M10, HTC One A9), Lenovo (Lenovo Vibe P1) и так далее.

Еще одним популярным местом установка сенсора является тыльная сторона смартфона. В таком случае логичнее пользоваться указательным или средним пальцем. Обычно сканер представляет собой небольшой углубление круглой и реже квадратной формы в корпусе, установленный по центру, чуть ниже основной камеры. Именно такой способ установки используется на многих моделях LG (LG G5, LG V10, LG Nexus 5X), Huawei (Huawei Honor 5X, Huawei G8, Huawei Nexus 6P), Xiaomi (Xiaomi Redmi Note 3, Xiaomi Redmi 3 Pro) и так далее.

Альтернативу двум самым популярным местам установки сканеров отпечатков пальцев предлагает компания Sony. Она встроила сенсор непосредственно в боковую клавишу блокировки. Для этого пришлось поменять ее форму: место круглой металлической кнопки заняла большая овальная. В любом случае пользоваться ей удобно, поскольку на нее как раз ложиться большой палец правой руки, либо же указательный палец левой в случае с левшой. В целом подобная схема тоже довольно удобна, ведь мы уже привыкли пользоваться установленной там же кнопкой блокировки на подавляющем числе смартфонов. Сегодня подобная схема используется на флагманских смартфонах Sony Xperia Z5, Xperia Z5 Premium, Xperia Z5 Compact, Sony Xperia X и X Performance.

Про цену вопроса

Изначально сканеры отпечатков пальцев устанавливались лишь во флагманские модели. Соответственно, порог вхождения в клуб владельцев подобных устройств был достаточно высок. Однако уже совсем производители стали использовать эту функцию и на более доступных смартфонах.

Если говорить о ведущих мировых брендах, то приобрести мобильный аппарат со встроенным дактилоскопическим датчиком можно уже в районе 15-20 тысяч рублей. Примером могут служить модели Lenovo A7010, Lenovo Vibe X3, Samsung Galaxy S5 mini, Huawei Honor 5X и Huawei G7 Plus.

В то же время молодые китайские компании предлагают смартфоны со сканером отпечатков пальцев даже по цене до 10 000 рублей. Среди новинок можно отметить Doogee Y200, UMI Fair, Oukitel U8 и Cubot S550. Однако необходимо помнить, что не все эти устройства из Поднебесной официально продаются в России, к тому же в некоторых самых дешевых устройствах сканеры могут работать не столь быстро и корректно.

Будущее

В ближайшей перспективе количество моделей со встроенным дактилоскопическим сенсором будет стремительно увеличиваться. Возможно, некоторые производители придумают новые интересные функции. К примеру, компания Qualcomm начала продвижение собственной технологии Snapdragon Sense ID. Она подразумевает использование ультразвуковых волн для создания трехмерной «карты» поверхности пальца. Это позволяет существенно повысить точность идентификации. К тому же становится возможным использование в сочетании сенсором не только пластика и сапфирового стекла, но и других материалов, в том числе металла. Первым серийным смартфоном с использованием Snapdragon Sense ID стал LeTV Le Max Pro.

Следующим шагом может стать использование иных методов биометрической идентификации. Из тех же научно-фантастических фильмов можно позаимствовать сканеры сетчатки глаза. На самом деле первые устройства с такой технологией уже доступны: свои инновационные модели представили компании Microsoft, Fujitsu, ZTE и Homtom.

Что же касается дактилоскопических сенсоров, то они могут появиться и в иных устройствах. К примеру, на днях компания SmartMetric представила первую в мире пластиковую банковскую карты со встроенным сканером отпечатков пальцев. Он используется для идентификации владельца при каждой оплате. Так что в будущем ваша супруга уже не сможет отправиться в отвязанный шоппинг, захватив вашу карту. Да и воры не смогут воспользоваться прикрепленной скрепкой бумажкой с PIN-кодом.

Выводы

Сегодня уже очевидно, что с каждым годом будет выходить все больше смартфонов, оснащенных сканерами отпечатков. Многие уже оценили их удобство, поэтому и при выборе следующего устройства данная функция станет обязательной. Получается, что подобные сенсоры делают мобильные устройства не только безопаснее, но и удобнее.

В современных смартфонах, включая бюджетные китайские модели, появились сканеры отпечатков пальцев. С их помощью разблокировать мобильное устройство можно в одно касание. Как настроить и эффективно использовать этот датчик в вашем смартфоне, рассказываем в этой статье.

Как включить сканер отпечатков на смартфоне

Изначально такая функция разблокировки в Андроид-смартфонах выключена. Чтобы включить её, выбираем Настройки.

Там находим Экран блокировки и отпечаток пальца.

Затем открываем Управление отпечатками пальцев.

Злоумышленник не сможет включить эту функцию без вашего ведома, даже если в его руки попадёт разблокированный смартфон. Прежде, чем снять информацию с датчика, система запросит пин-код или пароль разблокировки телефона.

Теперь выбираем Добавить отпечаток пальца.

Вот такой рисунок с зелёной галочкой на экране говорит, что всё прошло успешно.

Телефон может попросить вас коснуться датчика несколько раз, чтобы обеспечить надёжный снимок.

С этого момента вы сможете разблокировать телефон касанием поверхности сканера пальцем.

Если не сработал сканер отпечатков на смартфоне

По отзывам пользователей, проявляется эта неисправность крайне редко и чаще всего имеет определённую устранимую причину. Попробуйте следующие подсказки.

• Сканер плохо работает с грязными и влажными руками. Устраните влагу и загрязнения с поверхности датчика и пальца.
• Выключите (заблокируйте) телефон коротким нажатием на кнопку, а через 5-7 секунд включите снова.
• Разблокируйте телефон обычным паролем и проверьте по приведённому выше алгоритму настройку работы с датчиком из Экрана блокировки. Возможно, потребуется перезаписать отпечатки заново.
• Бывают редкие случаи, когда помочь может только возврат устройства к заводским настройкам.

Чтобы повысить надёжность срабатывания датчика, запишите в память устройства снимки пяти или всех десяти пальцев. Если не сработает один, предъявите телефону второй.

Как разблокировать приложение отпечатком пальца

Кроме самого телефона, касанием руки вы можете заблокировать от несанкционированного доступа важные приложения. Для этого нужно включить Защита приложений в настройках датчика.

Затем нужно включить стандартный блокировщик приложений Android с помощью Настроек. Вот так этот режим включается в китайских телефонах Xiaomi. Он называется Замок приложений.

Для каждой программы можно определить необходимость применения пароля. Автоматически система относит к таким конфиденциальным данным следующие: Контакты и телефон, Галерею, Сообщения и Почту.

Теперь программы с галочкой будут открываться только при предъявлении пальца или пароля (альтернативный вариант разблокировки).

Кстати, для тех, у кого на смартфоне такого датчика нет, Замок приложений тоже поможет. Этот режим поддерживает графический ключ – достаточно надёжный и простой в запоминании способ авторизации.

Купить смартфоны китайских брендов со сканером отпечатков пальцев в Новосибирске можно в интернет-магазине SibDroid. По любым вопросам о правилах его настройки и использования обращайтесь к нашим профессиональным менеджерам

Мы просто привыкли вытаскивать смартфон из кармана или сумки, и нажимать кнопку питания чтобы включить экран, тогда проводили шторку вверх, чтобы полностью разблокировать смартфон. Так делали почти все. Конечно в то время также были различные блокировочные механизмы типа пароля или пин-кода, но их использовали и используют до сих пор, фактически единицы. А сканер отпечатков пальцев в смартфоне, был только в дорогих устройствах. Вроде как только для избранных. Но давайте подумаем, действительно ли нам нужны эти сканеры отпечатков пальцев в смартфоне? Разве это не понты!?

Сканер отпечатков пальцев: история

Начнем немного с истории. Нам иногда кажется, что сканер отпечатков пальцев, или как его еще по другому называют, дактилоскопический сенсор, появился совсем недавно. Однако, это не так. Такие сканеры впервые появились в ноутбуках в начале 2000-ых. И одним из первых был Acer TravelMate 739TLV. Для того, чтобы компьютер мог распознать ваш отпечаток пальца через сканер, ему нужно было на это примерно 12 секунд. Чуть позже, в 2002 году, компания Hewlett Packard выпустила свой первый карманный компьютер который имел такой сенсор, И это был HP iPAQ H5400. Потом много разных известных и не очень известных компаний пробовали свои силы в этом деле. И все заканчивалось одним и тем самым, что никому такая фишка с разблокировкой не была интересной, хоть и реализация была очень неплохой. Да и стоила такая техника с этим сенсором дорого.

В 2011 году компания Motorola презентовала первый в мире Android смартфон со сканером отпечатков пальцев. Это была Motorola Atrix 4G. И даже тогда никому такие смартфоны были не нужны вплоть до 2013 года, когда самая престижная компания в мире, Apple, представила iPhone 5S с дактилоскопическим сенсором. И после этого все сдвинулось с места. И стало результатом того, что сейчас почти в любом современном смартфоне есть такой сенсор.

Какие бывают сканеры отпечатков пальцев?

Сейчас на рынке существует несколько видов дактилоскопических сенсоров. А это термальный , оптический , радиочастотный , ультразвуковой , полупроводниковый и сканер который измеряет давление . Из этих всех сканеров в мобильной технологии используют оптический сканер, который является дешевым и простым в реализации. Он работает методом фотографирования пальца. Такие сканеры имеют разрешение до 1200 dpi. Однако, как показывает практика, у смартфонов с этими оптическими сканерами частенько происходят различные ошибки, за которые смартфон просто не распознает именно пальцы владельца мудрофона. На пример, на работу именно такого сенсора негативно влияет загрязнение самого сенсора телефона, или пальцев человека, или даже повреждения кожи пальцев. Да и такие оптические сканеры легче всего обмануть.

На замену оптическим сканерам приходят ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев. Такие сенсоры сканируют поверхность ваших пальцев ультразвуковыми волнами. Благодаря этому они мгновенно и с легкостью распознают ваши отпечатки. Даже если на коже ваших пальцев есть какие-то порезы, или если сам смартфон является в грязи, таким ультразвуковым сканерам отпечатков пальцев ничего не страшно, и он с легкостью распознает ваши отпечатки. И что самое важное, такие сенсоры чрезвычайно сложно обмануть. На данный момент, такие сенсоры находятся пока что только в таких устройствах, как LeEco Le Max 2, LeEco Le Pro 3 и Xiaomi Mi 5S с модификацией 4/128. В теории, такие ультразвуковые сканеры можно разместить под экраном смартфона. То есть, это означает, что где-то в ближайшем будущем мы увидим такие смартфоны, которые будут иметь огромные экраны на всю фронтальную сторону гаджета, а сканер отпечатков пальцев будет в намеченном месте под самым экраном.

Понты или необходимость?

На сегодня, смартфон является, и будет в дальнейшем, тем личным устройством, который постоянно с нами. Они стали настолько личными, что в памяти гаджета содержатся все важные данные, фотографии и файлы, доступ к банковских карт. И поэтому их защита это очень важная вещь. Что тут говорить, мы сейчас можем с легкостью расплачиваться в магазине, или даже в кафе через сенсор отпечатков пальцев вместо пароля или пин-кода, который нам не нужно вводить публично. И поэтому, поскольку смартфоны стали нашими устройствами, в которых есть фактически все нашу жизнь, их нужно обязательно защитить от мошенников и воров. И несмотря на то, что дактилоскопические сенсоры находятся на достаточно начальном уровне, такая защита всегда пригодится каждому из нас.

Углубляясь все больше в системы, связанные с охраной и контролем, многие из нас в конце концов обратят внимание на биометрические методы идентификации личности для тех или иных потребностей.

Биометрия – это методы автоматической идентификации человека и подтверждения личности человека, основанные на физиологических или поведенческих характеристиках. Примерами физиологических характеристик являются отпечатки пальцев, форма руки, характеристика лица, радужная оболочка глаза, характеристика голоса, особенности подчерка. В процессе развития технологий появляется все большее количество способов идентифицировать человеческую личность.

Наиболее популярным методом биометрической идентификации является распознавание отпечатков пальцев. Думаю, это так, потому что это относительно дешевый и простой способ, проверенный временем. Способов получить отпечаток пальца человека с помощью электроники существует несколько: оптические методы получения изображения отпечатка пальца – на отражение, на просвет, бесконтактный способы, емкостные датчики отпечатков пальцев (полупроводниковые), радиочастотные сканеры, сканеры, использующие метод давления, термосканеры, ультразвуковой метод. Каждый способ получения отпечатка пальца имеет свои достоинства и недостатки, однако главным образом баланс выбора способа сканирования является цена – надежность (здесь выделяется не только эффективная защита, но и устойчивость к воздействию внешних факторов).

Рассматриваемый сканер отпечатков пальцев R308 (ссылка в магазин) является оптическим (метод на отражение). Данный метод использует эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frusted Total Internal Reflection). Эффект заключается в том, что при падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части - одна отражается от границы, другая проникает через границу во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения светового потока. Начиная с некоторой величины данного угла, вся световая энергия отражается от границы раздела. Это явление называется полным внутренним отражением. В случае контакта более плотной оптической среды (поверхности пальца) с менее плотной в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся лишь пучки света, попавшие в определенные точки полного внутреннего отражения, к которым не был приложен папиллярный узор пальца. Для захвата полученной световой картинки поверхности пальца используется специальный датчик изображения (КМОП или ПЗС, в зависимости от реализации сканера).

Для данного метода можно отметить следующее:

• Одни из самых дешевых сканеров отпечатков пальцев при относительно большой площади сканирования пальца
• Чувствительность к загрязнению рабочей поверхности датчика
• Малая защита от муляжей
• Относительно крупные размеры модуля

Итак сканер отпечатков пальцев R308 имеет следующий вид:

Хотелось бы разобрать и посмотреть на модуль изнутри, но конструкция сделана таким образом, что аккуратно открутить винтики и снять плату с элементами не получится, так как держит ее что-то изнутри и без применения паяльника это сделать проблематично, поэтому не стоит пытаться нарушить целостность модуля, что может привести к выводу его из строя.

Данный оптический сканер отпечатков пальцев использует высокоскоростной цифровой сигнальный процессор в качестве своей основы. Этот модуль может получить изображение отпечатка пальца, обработать изображение для сохранения или поиска, сохранить данные об отпечатке пальца в собственной памяти и делать поиск на совпадение полученного отпечатка с сохраненными. Для подключения к СКУД (системам контроля и управления доступом) модуль имеет интерфейс UART, посредством которого модуль принимает команды и посылает ответы о результатах операций. Кроме того, модуль может передать на другое устройство изображение отпечатка пальца, полученное при помощи него. Сканер отпечатков пальцев построен таким образом, что все вычислительные и аналитические операции выполняет он сам, но этими процессами необходимо управлять для получения практической ценности модуля. Таким образом, на основе ответов о результатах выполнения команд внешний микроконтроллер может выстраивать любую необходимую логику работы СКУД с применением сканера отпечатков пальцев.

Характеристики сканера отпечатков пальцев R308:

• Напряжение питания – 4,5-5 вольт
• Рабочий ток – 40 мА
• Интерфейс – UART (TTL logical level)
• Baud rate – 9600*n, n=1~12, по умолчанию 57600 bps
• Время сканирования отпечатка пальца –до 0,5 сек
• Размер шаблона отпечатка – 512 байт
• Коэффициент ложного пропуска FAR (False Acceptance Rate) – менее 0,001 %
• Коэффициент ложного отказа в доступе FRR (False Rejection Rate) – менее 0,5 %
• Уровень безопасности – 5
• Время среднего поиска – менее 1 сек
• Размер окна считывания отпечатка пальца – 18х22 мм
• Размер модуля – 55,5х21х20,5 мм
• Диапазон рабочих температур – -20-+40 градусов Цельсия

Для подключения к другим устройствам R308 имеет 6-контактный разъем:

1. Vt – плюс питания детектора пальца
2. Vin – плюс питания модуля
3. Touch – выход сигнала детектора пальца

В документации указываются цвета шлейфа в комплекте с модулем, но в моем случае цвета не совпали, поэтому надежнее всего определять назначение контактов по нумерации, указанной на плате возле разъема модуля.

Структура пакета данных, передаваемых и принимаемых модулем:

1. Header – заголовок, фиксированное значение 0xEF01 (2 байта)
2. Adder – адрес сканера отпечатков пальцев, фиксированное значение 0xFFFFFFFF (4 байта)
3. Package identifier – идентификатор пакета данных, 01H – пакет команды, 02H – пакет данных, 07H – пакет ответа, 08H – пакет окончания данных (1 байт)
4. Package length – количество байт пакета информации (включает сумму байт данных пунктов 5 - 6), максимальное количество 256 байт (2 байта)
5. Package contents – полезные данные
6. Checksum – контрольная сумма, арифметическая сумма пунктов 3-6 (2 байта)

Сканер отпечатков пальцев имеет 8 основных инструкций для его управления:

1. Сканирование отпечатка пальца и сохранение его в буфере. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
2. Создание файла символов отпечатка пальца из оригинального отпечатка и сохраняет его в CharBuffer1 (2). Возвращает код подтверждения об успешности операции.
3. Поиск на совпадение отпечатка пальца в библиотеке модуля который соответствует хранимому в CharBuffer1 или CharBuffer2. Возвращает код подтверждения об успешности операции и ID отпечатка пальца в библиотеке модуля.
4. Создание шаблона модели отпечатка пальца. Информация в CharBuffer1 и CharBuffer2 объединяется и комбинируется для получения более достоверных данных об отпечатке пальца (отпечаток в этих буферах должен принадлежать одному пальцу). После операции данные сохраняются обратно в CharBuffer1 и CharBuffer2. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
5. Сохранение шаблона отпечатка пальца из Buffer1/Buffer2 во флэш память библиотеки модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
6. Удаление шаблона из флэш памяти модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
7. Очистка памяти библиотеки отпечатков пальцев модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
8. Проверка пароля модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.

Для того чтобы искать совпадение отпечатка пальца в библиотеке модуля необходимо сканировать отпечаток пальца и сохранить его в буфере, сгенерировать символьный файл и поместить его в CharBuffer и прописать команду на поиск совпадений отпечатков пальце (инструкции 1, 2, 3).

Для того чтобы внести отпечаток пальца в память модуля необходимо получить изображение отпечатка пальца, сохранить его в буфере и сгенерировать символьный файл, сохраняемый в CharBuffer (операции повторяем минимум 2 раза и сохраняем все в CharBuffer1 и CharBuffer2), далее комбинируем данные в буферах 1 и 2 для получения более точного результата и запускаем командой сохранение в указанное место памяти информацию об отпечатке пальца (инструкции 1, 2, 4, 5).

По ходу выполнения инструкций модулем необходимо следить за корректностью и успешностью выполнения посредством ответов, следующих после посылки команд. Это может улучшить качество выполнения программы и точность заданных манипуляций со сканером отпечатков пальцев R308.

Для оценки работы модуля к статье прилагается демонстрационная прошивка для микроконтроллера STM32, соответствующая схеме:

На LCD дисплее отображаются необходимые данные для работы со сканером отпечатков пальцев, при включении схемы без замкнутых перемычек Jmp1 и Jmp2 запускается основной цикл программы, когда микроконтроллер ждет получения отпечатка пальца от сканера и запускает поиск в памяти модуля при его появлении. При включении с замкнутой перемычкой Jmp1 запускается полное стирание памяти библиотеки отпечатков пальцев. При включении с замкнутой перемычкой Jmp2 запускается добавление 5 новых отпечатков пальцев в память модуля. Для добавления отпечатка пальца необходимо дважды приложить палец к сканеру для его сохранения в случае отсутствия ошибок при сканировании отпечатков.

Кроме того к статье прилагается программа SFGDemo. С ее помощью можно получить изображение своего отпечатка пальца помимо стандартных операций добавления отпечатка в память, поиска совпадений, удаления отпечатка из памяти (для подключения к компьютеру используется переходник USB-UART).

Список радиоэлементов

Датчики отпечатков пальцев на сегодняшний день вышли за пределы премиум-сегмента смартфонов, технология дополнительной аппаратной защиты может внедряться даже в относительно недорогие аппараты среднего ценового диапазона. Со времени выхода на рынок технология претерпела значительные эволюционные изменения, поэтому вашему вниманию предлагается обзор имеющихся на рынке дактилоскопических сенсоров с указанием различий между ними.

Оптические сканеры

Старейший способ захвата и сравнения отпечатков пальцев. Как и предполагает название, технология основывается на оптическом изображении, по сути – фотографии, и использует особые алгоритмы для определения уникальных последовательностей на поверхности, например, бугорков или уникальных отметин, анализируя самые светлые и самые темные области на изображении.

По аналогии с камерами в смартфонах подобные датчики имеют конкретное разрешение, чем оно выше, тем более мелкие детали будут доступны для обработки сканером, что повысит уровень защиты. Однако подобные датчики получают более контрастные изображения, нежели обычная камера. Обычно в них включено большое количество диодов на дюйм для более четкого отображения деталей вблизи. В момент сканирования пальца сканер находится в темноте, поэтому оптические сканеры также имеют «на борту» светодиоды, действующие как вспышка во время сканирования. Подобное внутреннее устройство придаст смартфону дополнительные миллиметры толщины и негативно отразится на конечном форм-факторе.

Главным недостатком оптических сканеров является их ненадёжность. С их помощью получается лишь двумерное изображение, «обмануть» такой сканер можно другим изображением хорошего качества или искусственно созданным отпечатком с него. Не стоит доверять подобному типу сканеров, он недостаточно безопасен для защиты самой важной информации.

Сегодня датчики отпечатка пальца в смартфонах имеют различные формы и размеры, но оптических сканеров в них нет. По аналогии с началом распространения резистивных сенсорных экранов, оптические сканеры на сегодняшний день можно встретить разве что в самых недорогих аппаратных решениях. Необходимость в усилении безопасности обусловила единогласный переход смартфонов на конденсаторные сканеры.

Конденсаторные сканеры

Самый распространенный тип датчиков отпечатка пальца. И снова название выдаёт главный компонент, если вы, конечно, немного разбираетесь в электронике – конденсатор. Вместо создания традиционного изображения отпечатка, конденсаторные сканеры используют для сбора информации об отпечатке массивы крошечных конденсаторов. Если подключить способные сохранять электрический заряд конденсаторы к проводящей плате, то это позволит использовать их для считывания деталей отпечатка. Заряд в конденсаторах будет незначительно меняться во время прикосновения пальца к плате и в то же время воздушная прослойка оставит заряд относительно без изменения. Для отслеживания изменений используется интеграционная цепь операционного усилителя, впоследствии изменения можно записать конвертером сигнала из аналогового в цифровой.

После сканирования цифровая информация может быть проанализирована на предмет отличительных и уникальных параметров отпечатка, которые могут быть сохранены для последующего сравнения. Подобный датчик намного сложнее «обмануть», чем оптический. Результаты невозможно воспроизвести на изображении и очень сложно подделать каким-либо искусственным отпечатком: разные материалы вызовут разные изменения в заряде конденсатора. Единственный риск для безопасности может исходить от возможности взлома программного или аппаратного обеспечения.

Благодаря созданию достаточно большого массива таких конденсаторов (сотни, если не тысячи конденсаторов в одном сканере) есть возможность получить изображение бугорков и желобков отпечатка пальца с высокой детализацией путем использования лишь электрических сигналов. По аналогии с оптическими датчиками, большее количество конденсаторов даст более высокое разрешение сканера и до определенного уровня повысит защиту.

Из-за большего количества компонентов в цепи конденсаторные сканеры могут стоить дороже. В некоторых ранних вариантах осуществлялись попытки урезать количество необходимых конденсаторов путем использования сканеров «свайпа», которые получали информацию от меньшего количества конденсаторных элементов быстрым обновлением результатов по мере проведения пальцем по сенсору. Метод был довольно изощренным и зачастую требовалось несколько попыток для успешного сканирования. К счастью, сегодня распространена более простая схема работы датчика: достаточно простого нажатия и удержания.

Ультразвуковые сканеры

Новейшая дактилоскопическая технология, впервые представленная в составе смартфона Le Max Pro. Немаловажную роль в ней сыграла Qualcomm и технология Sense ID. Для фактического сбора деталей об отпечатке в состав аппаратной платформы входят ультразвуковые передатчик и приёмник. Через помещенный на сканер палец передаётся ультразвуковой импульс. Он частично поглощается, частично передаётся обратно на сенсор в зависимости от бугорков, пор и других уникальных для каждого отпечатка деталей.

Никакого микрофона, считывающего возвращающийся сигнал, не предусмотрено, вместо этого используется сенсор, который может считывать механическое напряжение для подсчета интенсивности вернувшегося сигнала на разных участках датчика. Сканирование на протяжении более долгого периода времени позволяет считать дополнительную информацию, что в свою очередь может предоставить детализированную трехмерную модель сканированного отпечатка. Трехмерная природа технологии делает её еще более безопасной альтернативой конденсаторным сканерам.

Алгоритмы и криптография

Большинство дактилоскопических сенсоров основаны на весьма сходных принципах, но дополнительные компоненты и программного обеспечения могут играть главную роль в дифференциации продуктов по производительности и функциональности, доступной потребителям.

Физический сканер сопровождает выделенная микросхема, интерпретирующая отсканированную информацию и передающая её в необходимом формате в процессор смартфона. Разные производители используют слегка отличающиеся друг от друга по скорости и точности алгоритмы идентификации ключевых характеристик отпечатка.

Обычно эти алгоритмы «ищут» место, где заканчиваются бугорки и линии или где бугорок разделяется на два. Собирательно эти и другие отличительные особенности называются шаблоном отпечатка или детальным протоколом ввода отпечатка. Если в отсканированном отпечатке совпадают несколько таких особенностей, то отпечаток будет засчитан как совпавший. Вместо того, чтобы сравнивать каждый раз целый отпечаток, сравнение особенностей шаблона уменьшает количество необходимой для идентификации отпечатка вычислительной мощности, помогает избежать ошибок при смазывании отпечатка и также позволяет сканировать помещенный не по центру палец или вообще лишь часть отпечатка.

Несомненно, подобная информация должна надежно храниться на устройстве и сохраняться подальше от кода, который может скомпрометировать её. Вместо загрузки информации пользователя в сеть, процессоры ARM могут надежно хранить её в выделенной физической микросхеме с использованием своей технологии Trusted Execution Environment (TEE) на базе TrustZone. Это безопасное хранилище также используется для других криптографических процессов и напрямую сообщается с защищенными аппаратными компонентами, такими, как датчик отпечатка, чтобы предотвратить любые попытки перехвата посредством ПО. Доступ к утвержденной информация не личного характера, например, паролю могут получить только приложения, использующие API клиентов TEE.

Подобное решение от Qualcomm встроено в архитектуру Secure MSM, Apple называет подобный проект «Secure Enclave», но все они основаны на одном и том же принципе – хранении информации на отдельной части процессора, к которой не могут получить доступ приложения, работающие в обычной среде операционной системы. В рамках альянса FIDO (Fast Identity Online) были разработаны надежные криптографические протоколы, позволяющие использовать эти аппаратно защищенные зоны для аутентификации между «железом» и сервисами без пароля. Поэтому можно входить на сайт или онлайн-магазин, используя отпечаток пальца, а ваша персональная информация при этом не покинет пределы смартфона. Это достигается путем передачи на сервер цифровых ключей, а не биометрической информации.

Датчики отпечатка пальца стали довольно безопасной альтернативой тому, чтобы запоминать бесчисленные пароли и имена пользователей и дальнейшее развитие безопасных мобильных платежных систем означает, что эти сканеры станут более распространенными и важнейшими инструментами по сохранению безопасности в будущем.