Geekly articles weekly

كيف بدأنا في رعاية أصابعنا أكثر قليلاً

مرحبًا Geektimes! أصبح وجود ماسح ضوئي لبصمات الأصابع في الهاتف الذكي مؤخرًا للعديد من العوامل الرئيسية عند اختيار جهاز للشراء. على الرغم من أن هذا النوع من تكنولوجيا الأمان البيومترية ليس جديدًا بأي حال من الأحوال ، فقد تعلموا صنع ماسحات ضوئية مدمجة ورخيصة في الآونة الأخيرة نسبيًا. ولكن هل تساءلت يومًا عما يحدث عندما تضع إصبعك لفتح الهاتف؟ قررنا أن نحلها ونطلب من كل شخص مهتم بالقطط.



بصمات الأصابع ، كما هو معروف ، لا تتغير طوال حياة الشخص ، مما يسمح له بالتعرف عليه في سن 15 و 75 عامًا. تبدأ البصمة بالتشكل حتى في مرحلة تطور الجنين ، ولكن حتى مع التوائم المتطابقة ، فإن البصمات ليست متطابقة. لذلك ، هذه واحدة من أكثر الطرق شيوعًا وآمنة (بعد فحص الشبكية والقزحية أو تحليل الحمض النووي) لتحديد الشخص. حذفه كما في فيلم "Men in Black" لا يعمل.


عند النظر إليها من وجهة نظر علم وظائف الأعضاء ، فإن بصمة الإصبع هي مجموعة معينة من النتوءات مع مسام فردية مفصولة بأجزاء مجوفة. وبما أنه مرتبط بالخصائص الحرارية والكهربائية للبشرة ، للحصول على صورتها ، يمكنك استخدام كل من الحرارة والضوء والسعة الكهربائية (أو جميعها معًا).



هناك عدد من أنواع الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع - يتم استخدام بعضها على أشياء سرية (إلى جانب تحليل المشي والرقائق الأخرى ، بالطبع) ، وقد دخل البعض الآخر بالفعل في حياة مالكي الهواتف الذكية الحديثة كشيء شائع. للتلخيص ، هناك ثلاث مجموعات رئيسية من الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع:

  • بصري
  • أشباه الموصلات (السليكون)
  • بالموجات فوق الصوتية

الماسحات الضوئية


هم ، كما يوحي الاسم ، يستخدمون الأساليب البصرية للحصول على صورة البصمة. هذه الطريقة هي أقدم طريقة لالتقاط بصمات الأصابع: تتم معالجة صورة بصمة الإصبع باستخدام خوارزميات خاصة تكشف عن التلال والتلال الفريدة. تتم مقارنة الصورة الناتجة مع تلك المخزنة في النظام ، وبعد ذلك يتم إرسال استجابة إيجابية أو سلبية للمستخدم. تنقسم الماسحات الضوئية إلى الماسحات الضوئية FTIR ، الألياف الضوئية ، التطرق ، الأسطوانة ، الكهربائية الضوئية وعدم الاتصال.

تستخدم ماسحات FTIR تأثير الانعكاس الداخلي الكلي المحبط. في هذه الحالة ، يسقط الضوء على الواجهة بين وسيطتين ، وبعد ذلك ينعكس جزء من الطاقة الضوئية من الحدود ، ويخترق الثاني عبره إلى الوسط الثاني. يتم تحديد مقدار الطاقة التي ستنعكس من زاوية السقوط: عندما تصل إلى قيمة معينة ، تنعكس كل طاقة الضوء من الواجهة ، والتي تسمى الانعكاس الداخلي الكلي.


عندما تتلامس البصمة (وسط أكثر كثافة) مع شعاع ضوئي أقل كثافة يمر عبر الحدود عند نقطة الانعكاس الداخلي الكلي. لذلك فقط تلك الحزم الضوئية التي تضرب النقاط التي ليس لها نمط شعري على سطح الإصبع ستنعكس. بعد ذلك ، يلتقط CCD أو CMOS صورة الضوء الناتجة عن سطح الإصبع.

تعمل الماسحات الضوئية الليفية بشكل مختلف قليلاً. في الواقع ، لدينا مصفوفة ألياف بصرية ، تنتهي كل أليافها بخلية ضوئية. تلتقط كل خلية ضوئية الضوء المتبقي الذي يمر عبر الإصبع عند النقطة التي تلمس فيها الطباعة سطح الماسح الضوئي. علاوة على ذلك ، يتم تجميع بيانات جميع العناصر وبناءً عليها ، يتم الحصول على صورة بصمة الإصبع.


تستخدم الماسحات الضوئية الكهربائية بوليمر خاص يحتوي على طبقة باعثة للضوء. إنه يعكس عدم تجانس المجال الكهربائي للإصبع على سطح الماسح الضوئي ، وبعد ذلك يتم عرض بصمة الإصبع. تتم بقية العمل عن طريق الثنائيات الضوئية التي تحول كل شيء إلى شكل رقمي. تعد الماسحات الضوئية المتبقية من أكثرها إثارة للاهتمام ، لأنه في هذه الحالة لا يتم تطبيق الإصبع على سطح الماسح الضوئي ، كما اعتدنا عليه ، ولكن يتم رسمه من خلال القارئ ، وهو شريط ضيق. يشبه مبدأ تشغيلها في كثير من النواحي الماسحات الضوئية FTIR المذكورة سابقًا.

عند استخدام الماسحات الضوئية اللاتلامسية ، لن تضطر حتى إلى الاتصال بسطح جهاز المسح الضوئي. يتم تطبيق الإصبع على ثقب خاص ، حيث تضيءه عدة مصادر ضوئية من الأسفل ، وتقوم العدسة بجمع المعلومات ، ثم يتم عرض البيانات على CMOS ، حيث يتم تحويلها إلى صورة بصمة.



من السهل خداع الماسحات الضوئية ، لأنها تلتقط صورة ثنائية الأبعاد فقط - وهذا أحد عيوبها الرئيسية. في عصرنا ، تلاشى بالفعل في الخلفية ، ومع ذلك ، في العديد من المجالات لا تزال تستخدم. ولكن بالتأكيد ليس في مرافق سرية وليس حيث يهتمون بجدية بالأمن: لهذا ، توصلوا إلى السيليكون (أشباه الموصلات) وأجهزة المسح بالموجات فوق الصوتية.

ماسحات السيليكون (أشباه الموصلات)


والفرق الرئيسي بين الماسحات الضوئية وأشباه الموصلات هو أنه في هذه الحالة ، يتم الحصول على الصورة باستخدام خصائص أشباه الموصلات ، والتي تتغير عند نقاط التلامس بين البصمة وسطح الماسح الضوئي. تنفذ ماسحات أشباه الموصلات بعدة طرق ، ولكن الأكثر شيوعًا هو السعة.

في الماسحات السعوية ، يتم تطبيق تأثير تغيير سعة تقاطع pn لجهاز أشباه الموصلات عند الحصول على بصمة بصمة ، عندما تكون قمة نمط بصمة الإصبع على اتصال بمصفوفة أشباه الموصلات. أحد تعديلات الماسح الضوئي السعوي هو عندما تكون الوحدة الرئيسية للمسح الضوئي مكثف. أي أنه لا يتم إنشاء صورة بصمة تقليدية: بدلاً من ذلك ، يتم جمع البيانات باستخدام صفائف من دوائر المكثفات الصغيرة. نظرًا لأن المكثفات تخزن شحنة كهربائية عندما يتصل الإصبع بالماسح الضوئي ، فسيتم تغيير الشحنة حيث يلمس المشط اللوحة. حيث في نمط التجويف ، ستبقى الشحنة بدون تغيير تقريبًا.


يتم تعقب تغييرات الشحن ، وبالتالي التقاط بيانات بصمات الأصابع. ثم يتم تحويلها إلى رقمية ، وبعد ذلك يبدأ البحث عن سمات مميزة وفريدة لبصمة الإصبع - تتم مقارنتها ببصمات الأصابع المحفوظة للمقارنة.

يتم التعرف الآن على الماسحات الضوئية بالسعة من قبل الشركات المصنعة للهواتف الذكية بسبب النسبة المثلى لجودة السعر. لديهم تكلفة منخفضة ودرجة عالية من الحماية من الدمى - بالطبع ، يمكنك الخداع ، لكنها لن تكون بهذه البساطة. أول هاتف ذكي من Xiaomi مع ماسح ضوئي لبصمات الأصابع كان Redmi Note 3 ، ويستخدم أيضًا في أحد منتجات الشركة الجديدة - Xiaomi Mi Max . لا يرفض الماسح الضوئي بالسعة و OnePlus في OnePlus 3 .



من ماسحات أشباه الموصلات ، يتم استخدام الماسحات الضوئية الحساسة للضغط والحرارة بنشاط ، ولكن ليس في الهواتف الذكية. في الحالة الأولى ، يتم الحصول على صورة سطح الإصبع باستخدام الضغط الذي تمارسه نتوءات النمط الحليمي على العناصر السطحية ، ومع ذلك ، فإن الحماية من التقليد منخفضة إلى حد ما هنا. تستخدم الماسحات الضوئية الحرارية خريطة درجة حرارة سطح الإصبع ، والتي يتم تحويلها إلى صورة رقمية. تزوير مثل هذه الطباعة هو أكثر صعوبة.

الأنواع المتبقية من الماسحات الضوئية شبه الموصلة هي في الأساس نوع من الماسحات الضوئية بالسعة أو العالقة أو الحرارية.

ماسحات الموجات فوق الصوتية


قبل بضع سنوات ، كان هذا النوع من مسح بصمات الأصابع مكلفًا للغاية ، ولكن مع تطور التكنولوجيا ، حصل على الهواتف الذكية. يتميز نوع الموجات فوق الصوتية بمسح سطح الإصبع بموجات الموجات فوق الصوتية وقياس المسافة بين مصدر الموجة وتخفيف بصمة من الصدى المنعكس.

تنتقل نبضة فوق صوتية إلى الإصبع أمام الماسح الضوئي - يمتص جزء منه ، ويعود الجزء الآخر إلى جهاز الاستقبال. بعد ذلك ، يتم التعرف عليه اعتمادًا على التلال والاكتئاب وعناصر بصمة فريدة أخرى. كلما استغرق المسح وقتًا أطول ، تم التعرف على بيانات بصمة الإصبع الإضافية بشكل أفضل - مما أدى إلى صور ثلاثية الأبعاد مفصلة.


التكنولوجيا ، بالطبع ، مثيرة للاهتمام للغاية - كان LeEco 2 Max أحد الهواتف الذكية الأولى التي تحتوي على ماسح بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية . الشركات المصنعة الأخرى لا تزال تبحث في هذا الاتجاه بحذر ، ولكن الماسح الضوئي بالموجات فوق الصوتية في الهواتف الذكية ليس "يعمل" بما فيه الكفاية ، والتطبيق أكثر تكلفة ، مما قد يزيد من التكلفة النهائية للهاتف الذكي للمشترين. لذلك ، في Mi5 ، على سبيل المثال ، لم تستخدم Xiaomi ماسحًا بالموجات فوق الصوتية واخترت السعة.

في CES 2016 ، قدمت Qualcomm تقنية Sense ID ، وهي مستشعر ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد متقدم يجمع الكثير من المعلومات الشخصية. تخترق الموجات فوق الصوتية الأسطح المعدنية والزجاج وبعض المواد البلاستيكية ولا تتلقى خريطة مفصلة ثلاثية الأبعاد لبصمة الإصبع.


معرف Qualcomm Sense ID - قارئ بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية

فهل هي حقا آمنة؟


بالطبع ، يمكن خداع أي ماسح ضوئي لبصمات الأصابع. لم تأخذ الماسحات السعوية للنموذج القديم أصابعًا رطبة أو باردة جيدًا ، في الهواتف الذكية الحديثة (نفس Redmi Pro ) ، تم بالفعل حل هذه المشكلة عمليًا ويعمل الماسح الضوئي بسرعة كبيرة. إلى حد ما ، تعد الماسحات الضوئية فوق الصوتية أكثر أمانًا ، ولكن من المحتمل أن يصل هذا الاتجاه إلى السوق فقط بعد بضع سنوات. من الصعب عمل بصمة الإصبع ، بل يصعب استخدامها لفتح هاتف ذكي حديث.



يكمن ضعف الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع في المقام الأول في تنفيذ التكنولوجيا من قبل الشركات المصنعة للهواتف الذكية. مثال مذهل - قامت Samsung و HTC في هواتفهم الذكية Galaxy S5 و One Max بتخزين الصور مع بصمات المستخدمين في قسم مشترك من نظام الملفات. كان ملف .bmp بسيطًا وغير محمي - بمعنى آخر ، صورة عادية. الآن هذا لا يمكن رؤيته تقريبًا ، نظرًا لأن الشركات المصنعة تستخدم إما شريحة خاصة أو منطقة منفصلة في مجموعة الشرائح لتخزين المعلومات حول بصمات الأصابع: يحتوي Qualcomm على Snapdragon Mobile Security ، و ARM لديه TrustZone ، و Apple لديها Secure Enclave. تستخدم TrustZone بنشاط Huawei: تقوم التكنولوجيا بتحليل بصمات الأصابع في نظام تشغيل منفصل على معالج افتراضي مخصص ، حيث لا يستطيع حتى النظام الرئيسي الوصول. هذا يعني أن تطبيقات الطرف الثالث لن تكون قادرة على الوصول إلى مسح بصمات الأصابع.



منطقة Apple Secl Enclave مثيرة جدا للاهتمام. في الواقع ، هو معالج مشترك يستخدم ذاكرة مشفرة ويتضمن مولد رقم عشوائي للأجهزة. في التصنيع ، يكون لكل معالج مشترك معرف فريد خاص به - غير معروف لمكونات النظام الأخرى ، ولا لأبل نفسها (على الأقل ، كما يقولون في الشركة). يعالج Secure Enclave البيانات من مستشعر Touch ID: لا يمكن للمعالج قراءة معلومات بصمة الإصبع وإعادة توجيهها على الفور إلى المعالج المشترك. يتم تشفير البيانات باستخدام خوارزمية AES.

هل لاحظت أن iPhone يطلب كلمة مرور في كل مرة بعد إعادة التشغيل؟ كلمة المرور هي المفتاح لفك تشفير بصمات الأصابع - يتم تنشيطها تحت أي ظرف من الظروف التي تشير إلى التلاعب: إضافة بصمة جديدة ، وإيقاف تشغيل الهاتف الذكي ، وخمس محاولات غير صحيحة لفتح ، وما إلى ذلك. بالمناسبة ، هذا هو السبب أيضًا في أنك تحتاج إلى رعاية زر Touch ID - إذا انكسر وقمت بتغييره إلى زر غير أصلي ، فلن يتحول ماسح بصمات الأصابع إلى قرع . ماذا تريد؟ الأمان

ومع ذلك ، فإن Apple ليست مثالية للغاية ، على الرغم من أنها تستحق بالفعل اللوم هنا على مطوري التطبيقات. إذا رأى شخص ما كلمة مرور مالك iPhone ، فسيتمكن من إلغاء قفل الهاتف الذكي وإضافة بصمة إصبعه ثم تسجيل الدخول إلى جميع التطبيقات باستخدام Touch ID (برامج المراسلة الفورية والحسابات المصرفية وما إلى ذلك) ، حتى إذا كانت كلمات المرور الخاصة به مختلفة عن كلمة مرور النظام. بدءا من دائرة الرقابة الداخلية 9.0، يمكن للمطورين تعيين الاختيار (هذا كان في الآونة الأخيرة وظيفة على Geektimes) ظهور الانطباعات الجديدة في وقت إطلاق التطبيق، ومع ذلك، فإن العديد عادة لا تستخدم هذه التوصية.

إذن ما العمل؟


الجواب بسيط وواضح - استخدمه! دخلت ماسحات بصمات الأصابع حياتنا بالفعل كبديل آمن لتذكر تسجيلات الدخول وكلمات المرور ، ولا يشكو أصحاب الهواتف الذكية ذات الوظائف المقابلة . يمكنك اختراق كل شيء ، ومع ذلك ، الآن مستوى أمان الماسحات الضوئية مرتفع حقًا ، بالإضافة إلى أن التكنولوجيا لا تقف ثابتة وتتطور - الماسحات فوق الصوتية في الهواتف الذكية هي دليل على ذلك.

إذا قررت شراء أحد الهواتف الذكية المذكورة ، فإليك الخصومات
1. Xiaomi Mi Max 16GB ROM 4G Phablet $169.99 MIMAXS ( 31- )

2. OnePlus 3 4G Smartphone $445.99 GBOPlus ( 31- )

3. XiaoMi Mi5 5.15 inch 64GB 4G Smartphone $356.99 Mi5gb ( 31- )

4. LeTV Leeco Le Max 2 4G Phablet $219.99 LeTVGBS ( 31- )

5. Xiaomi Redmi Pro MIUI 8 4G Phablet $255.99 MIUI8 ( 31- )

إذا أخطأنا في مكان ما من النص ، فقم بتصحيحنا في التعليقات.

Source: https://habr.com/ru/post/ar399601/

More articles:


All Articles