Czytnik linii papilarnych w ekranie – jak to działa?

Chciałoby się powiedzieć, że czytniki linii papilarnych ukryte pod ekranem smartfonów to najnowszy krzyk mody. W sytuacji, gdy producenci z całych sił próbują zmniejszyć ilość przestrzeni na froncie, która nie jest ogromnym wyświetlaczem, dbając jednocześnie o czysty design tyłu, czytnik tego typu wydaje się idealnym rozwiązaniem. Jednocześnie sprawia on wrażenie technologii przyszłości zapewniając producentowi dodatkowe zainteresowanie produktem. Ale właściwie… jak działa czytnik linii papilarnych w ekranie smartfona? 

Linie papilarne jako metoda zabezpieczenia smartfona

Pomysł na wykorzystanie czytnika linii papilarnych w smartfonie nie jest nowy. Takie rozwiązanie wykorzystano już w Motorli Atrix 4G z początku 2011 roku, ale to wraz z premierą iPhone’a 5S, rozwiązanie polegające na wykorzystaniu czytnika linii papilarnych przeszło do mainstreamu.

Czemu taka metoda autentykacji jest dobra? Po pierwsze, likwiduje konieczność zapamiętywania haseł – linii papilarnych nie można zapomnieć. Po drugie, jest znacznie wygodniejsza i szybsza – hasła bowiem mogą być albo proste do wpisania i zapamiętania, ale łatwe do złamania, albo długie, trudne do wpisania i zapamiętania, ale za to zapewniające wysoki poziom bezpieczeństwa.

Czytnik linii papilarnych zapewnia, przynajmniej w teorii, bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa: prawdopodobieństwo powtórzenia się takich samych linii papilarnych u dwóch przypadkowych osób wynosi bowiem 1:64.000.000.000, co znacznie przewyższa ilość ludzi zamieszkujących Ziemię, których liczbę szacuje się na około 7,3 miliarda. Nie jest także znany żaden przypadek, w którym dwie różne osoby miałyby identyczny wzór linii papilarnych.

Skarbnica danych

Dlaczego dobre zabezpieczenie smartfona jest takie ważne? Bo to prawdziwa skarbnica wiedzy o nas samych. Nasze zdjęcia, nasze notatki, nasze nawyki, nasza osobowość, nasza lokalizacja, nasze finanse… To, i wiele, wiele więcej można wyciągnąć ze smartfona, który nie jest odpowiednio zabezpieczony.

Technologia nie lubi stać jednak w miejscu, dlatego właśnie czytniki linii papilarnych, które dotychczas znajdowały się zazwyczaj w przycisku Home, Power lub na pleckach urządzenia, są przenoszone pod ekran. By jednak przejść do meritum i sprawdzić, jak działają czytniki linii papilarnych w ekranie, musimy zbadać zasadę działania zwykłego czytnika.

Klasyczny czytnik linii papilarnychj

Wyróżniamy ich trzy typy czytników linii papilarnych: pojemnościowe, optyczne, termiczne i ultradźwiękowe, przy czym tylko dwa pierwsze są obecnie powszechnie stosowane.

Optyczne czytniki linii papilarnych

Czytnik tego typu przypomina… aparat. Wykorzystywane są matryce typu CCD, które robią zdjęcie opuszka palca użytkownika tuż po jego przyłożeniu. W celu poprawy jakości stosowane jest podświetlenie za pomocą diod LED. Matryca tworzy odwrócone zdjęcie, na którym ciemniejsze są lepiej naświetlone elementy opuszka palca – listewki, jaśniejsze są zaś bruzdy.

Przed przejściem do porównania naświetlonego odbicia palca z wzorcem przechowywanym w pamięci urządzenia, sprawdzane jest, czy obraz został poprawnie naświetlony. Jeśli nie – cały proces jest powtarzany ze zmianą jasności naświetlenia. Następnie w podobny sposób sprawdzana jest ostrość uzyskanego obrazu i jeśli ten test również zakończy się sukcesem, urządzenie przechodzi do porównania zeskanowanych linii papilarnych ze wzorcem, który wprowadziliśmy przy konfiguracji tej metody zabezpieczenia. Pomyślne porównanie oznacza odblokowanie, niezgodność dwóch odbić linii papilarnych – wyświetlaną na ekranie prośbę o ponowne przyłożenie palca do czytnika.

Czytniki pojemnościowe i termiczne

Jego zasada działania jest podobna do czytnika optycznego, lecz zamiast matrycy CCD wykorzystywane są układy w postaci miniaturowych kondensatorów. Po przyłożeniu palca do czytnika, zaburzany jest ich równowaga elektryczna. System ten jest bardzo precyzyjny: pozwala zinterpretować zaburzenia w pojemności elektrycznej jako pełny odcisk ludzkiego palca. Zapewnia także wyższy od czytnika optycznego poziom bezpieczeństwa, trudniej jest je oszukać. Przynajmniej w teorii, w przypadku czytników optycznych jest możliwe obejście zabezpieczenia za pomocą wydruku odcisku palca na specjalnym papierze przy wykorzystaniu specjalnego atramentu.

Skaner termiczny można uznać za szczególny typ czytnika pojemnościowego – zamiast kondensatorów mamy mikroskopijne skanery termiczne, które wykrywają różnice temperatury między listewkami, a bruzdami palca.

Czytniki ultradźwiękowe

Zasada działania ultradźwiękowych czytników palca opiera się na zjawisku dyfrakcji, odbicia oraz rozproszenia fali dźwiękowej. Przykładając palec do czytnika tego typu, zaczyna on wytwarzać niesłyszalne dla naszych uszu ultradźwięki. Sposób zachowania się fal dźwiękowych w miejscach styku listewek opuszki z czytnikiem jest inny niż w bruzdach – umożliwia to wygenerowanie dokładnego i precyzyjnego obrazu linii papilarnych palca.

Firma Qualcomm, czyli producent rozwiązania Sense ID opartego o ultradźwiękowy czytnik linii papilarnych informuje, że jej rozwiązanie pozwala stworzyć mapę 3D opuszka palca, która uwzględnia nie tylko kształt linii papilarnych, ale i głębokość bruzd czy nawet umiejscowienie ujść gruczołach potowych. Czytniki ultradźwiękowe mogą nawet wykryć przepływ krwi pod skórą, co sprawiałoby, że zabezpieczone przy pomocy takich czytników urządzenia byłyby właściwie niemożliwe do odblokowania przez osoby niepożądane.

Czytnik linii papilarnych w ekranie, jak działa?

Ze względu na niskie ceny oraz łatwość implementacji, czytniki linii papilarnych w ekranach smartfonów są na tę chwilę wyłącznie czytnikami optycznymi.

Część ekranu, pod którą ukryto czytnik, musi być więc przezroczysta – w przeciwnym wypadku matryca CCD nie byłaby w stanie zeskanować odcisku palca. Dobrze widać to na przykładzie Vivo X20 Plus UD, który, jak warto zauważyć, był pierwszym smartfonem z czytnikiem linii papilarnych pod ekranem.

Na powyższym GIF-ie widać także samą matrycę CCD czytnika linii papilarnych w ekranie smartfona. Co ciekawe,  cały ekran urządzenia jest przezroczysty – wyłożono go jednak czarną powłoką, by wnętrze smartfona nie prześwitywało przez wyświetlacz.

Czytniki linii papilarnych w ekranach nie potrzebują także dodatkowych diod LED, tak jak ich standardowi pobratymcy. Za źródło światła służy sam ekran, który rozświetla się po przyłożeniu palca do miejsca, w którym ulokowany jest czytnik. Niektórzy użytkownicy pierwszych smartfonów z czytnikiem linii papilarnych w ekranie (takich, jak Huawei Mate 20 Pro, o którego aparacie możesz sporo przeczytać TUTAJ) narzekają, że światło jest zbyt jasne, mówiąc kolokwialnie: razi w oczy. Niestety – aż do czasu, gdy producenci zastosują bardziej zaawansowane technologie, takie jak skanery ultradźwiękowe, jest to konieczne. Tylko dzięki jasnemu podświetleniu możliwe jest precyzyjne i szybkie skanowanie linii papilarnych użytkownika.

Wady i zalety czytnika linii papilarnych w ekranie smartfona

Tak, jak i niemalże wszystkie inne technologie, czytniki linii papilarnych w ekranie mają zarówno wady, jak i zalety. Należy jednak pamiętać, że obecnie jesteśmy dopiero na samym początku stosowania tego rozwiązania, a z biegiem czasu i w miarę rozwoju technologii ilość wad będzie się zmniejszać, zastępowana przez zalety.

Zalety

Wygląd – czytniki linii papilarnych w ekranach smartfonów nie psują wyglądu tyłu urządzenia. Na froncie, wypełnionym w ogromnym stopniu przez sam wyświetlacz, nie ma już dla nich miejsca. No, chyba, że pod wyświetlaczem.
Magia – odblokowanie smartfona za pomocą zwyczajnego przyłożenia palca do wyświetlacza jest bardzo… futurystyczne.
Wygoda – zastosowanie czytnika pod ekranem umożliwia umiejscowienie go w najbardziej naturalnym miejscu, gdzie najlepiej sięga palec podczas zwykłego chwytu urządzenia bez żadnych akrobacji. Jednocześnie czytnik znajduje się zawsze na przodzie – nie trzeba więc podnosić smartfona leżącego na stole w celu jego odblokowania.

Wady

Wolne działanie – czytniki w ekranach smartfonów działają wolniej niż czytniki klasyczne. Ta wada oczywiście z biegiem czasu zostanie wyeliminowana, ale pierwszych użytkowników może irytować – są to niby milisekundy różnicy, ale należy pamiętać, że czynność odblokowania smartfona wykonujemy kilkadziesiąt albo nawet kilkaset razy dziennie.
Niższe bezpieczeństwo – obecnie stosowane są czytniki optyczne, które, jak już wspomniano, zapewniają niższy poziom bezpieczeństwa niż inne rozwiązania, a w szczególności ultradźwiękowe.
Folie ochronne – wielu użytkowników korzysta w swoich smartfonach z przeróżnego typu folii ochronnych. W takich przypadkach korzystanie ze skanerów ukrytych w ekranach urządzeń może być trudne – folię należy naklejać z chirurgiczną precyzją, by nie powstały jakiekolwiek przerwy, a już szczególnie bąbelki powietrza.
Widoczny skaner – w przypadku niektórych urządzeń skaner linii papilarnych może być także dostrzegalny. Tak, jak na tym zdjęciu:

Może to nieco zaburzać tę całą magię płynącą z korzystania z tej metody odblokowania.

Skanery ultradźwiękowe – przyszłość smartfonowej biometrii

Skanery optyczne w ekranach smartfonów mają sporo wad. Wyeliminować je można poprzez zastosowanie skanerów ultradźwiękowych, których zasada działania została opisana wyżej.

Za pomocą skanera ultradźwiękowego możliwe będzie także odblokowanie urządzenia poprzez dotknięcie dowolnego punktu na wyświetlaczu. Na nadejście tej technologii nie trzeba długo czekać – ma się ona pojawić już w Galaxy S10 od Samsunga za kilka miesięcy, a zapewne także w wielu innych smartfonach i smart-urządzeniach wszelkiego typu.