حسگر اثرانگشت یکی از فناوری‌هایی است که در سال‌های اخیر نقش بسیاری مهمی در افزایش امنیت دستگاه‌های مختلف داشته است و بیشتر شرکت‌های سازنده‌ی گوشی نیز انواع مختلفی از این حسگرها را از چند سال گذشته تاکنون از محصولات خود تعبیه کرده‌اند؛ البته این حسگرها به غیر از استفاده در گوشی‌ها کاربردهای متنوع دیگری نیز دارد که درباره‌ی آن‌ها نیز توضیح می‌دهیم؛ البته در بخش بعدی

این حسگرها که از زمان پیدایش خود تاکنون پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند، زمانی تنها در گوشی‌های و سایر دستگاه‌های رده‌بالا استفاده می‌شدند؛ اما امروزه در گوشی‌های میان‌رده و حتی ارزان‌قیمت هم وجود دارند؛ علاوه‌بر این، استفاده از این حسگرها در دستگاه‌های مورداستفاده برای تشخیص هویت نیز در سال‌های اخیر افزایش یافته که باعث شده است بهره‌مندی از در حوزه‌های مختلف افزایش یابد. به همین دلیل برآن شده‌ایم تا آن‌ها را از جنبه‌های مختلف بررسی کنیم.

تعریف

حسگر اثرانگشت یکی از فناوری‌های امنیتی زیست‌سنجشی یا بیومتریک (فناوری‌های مبتنی بر تجزیه و تحلیل داده‌های زیستی مرتبط‌با ویژگی‌های بیولوژیکی بدن انسان مثل اثرانگشت، ساختار عنبیه چشم، اثر کف دست، الگوهای صوتی و شکل دست و پا) به‌شمار می‌رود که برای شناسایی اثرانگشت و تشخیص هویت کاربر جهت ورود یا جلوگیری از ورود او به یک سیستم استفاده می‌شود و ساختار آن ترکیبی از ویژگی‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است.

تاریخچه

در این بخش ابتدا مهم‌ترین رویدادها در تاریخ آشنایی بشر با اثرانگشت، بهره‌گیری از آن برای شناسایی افراد، ساخت حسگر اثرانگشت و آغاز استفاده از آن در وسایل مختلف از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند را از قرن ۱۴ میلادی تا سال ۲۰۱۴ بیان می‌کنیم

• در سال ۱۴۰۰ شیخ فضل‌الله همدانی در کتاب خود یعنی جوامع‌التاریخ برای نخستین بار نظراتی در مورد شناسایی افراد با اثرانگشت بیان کرد.
• در سال ۱۶۸۵ گواررد بیدلو، پزشک هلندی، در کتاب خود تحت‌عنوان «آناتومی بدن انسان (Anatomy of the Human Body)»، جزئیات برجستگی‌های کف دست و سر انگشت یا همان الگوی پاپیلاری (الگوهای اختصاصی خطوط، برجستگی‌ها و تورفتگی‌های اثرانگشت هر فرد) را شرح داد.

تصویر منتشرشده در کتاب آناتومی بدن انسان

• در سال ۱۷۸۸ دانشمندی آلمانی به نام یوهان کریستف آندره مایر در سال ۱۷۸۸ برای نخستین بار اعلام کرد که اثرانگشت هر فرد مختص به او است و نمی‌توان دو اثرانگشت را پیدا کرد که کاملا با یکدیگر یکسان باشند.
• در سال ۱۸۲۳ یان اوانگلیستا پورکین، داشنشمند اهل جمهوری چک، ۹ الگوی اثرانگشت را معرفی کرد.
• در سال ۱۸۵۸ هرمان وکلر، دانشمند آلمالی، برای نخستین بار پایداری اثرانگشت را بررسی و در سال ۱۸۹۸ مطالعه‌ای با همین موضوع منتشر کرد.
• در سال ۱۸۵۹ ویلیام جیم هرشل، دانشمندان انگلیسی، نخستین فردی بود اثرانگشت خود را با جوهر پای یک قرارداد داخلی زد.

• درسال ۱۸۶۳ دانشمندی فرانسوی به‌نام پال ژون کولی، نخستین فردی بود که دریافت می‌توان اثرانگشت را روی کاغذ چاپ  و از ذره‌بین برای شناسایی اثرانگشت افراد مظنون و مجرم و دستگیری آن‌ها با این روش استفاده کرد.
• در سال ۱۸۷۷ آقای توماس تیلور، فردی آمریکایی که میکروسکوپ‌ها را مورد مطالعه قرار داد، برای نخستین بار این موضوع را مطرح کرد که می‌توان با مطابقت‌دادن اثرانگشت به‌جا‌مانده روی اجسام و اثرانگشت افراد مظنون، مجرمان و قاتلان را شناسایی کرد.
• در دهه‌های ۱۸۷۰ و ۱۸۸۰ جراحی انگلیسی به نام هنری فولدز به اهمیت شناسایی ازطریق اثرانگشت پی برد. وی همچنین روشی برای دسته‌بندی اثرانگشت‌ها ابداع و روش دیگری برای ثبت اثرانگشت با جوهر طراحی کرد
• درسال ۱۸۸۸ فرانسیس گالتون پژوهش‌های مرتبط‌با شناسایی با اثرانگشت را آغاز کرد.
• در سال ۱۸۹۲ بازرسی به نام ادواردو آلوارز موفق شد برای نخستین بار قاتلی به نام فرانسیسکا رجاس را که اثرانگشت خونی او روی در به جا مانده بود، شناسایی کند.

اثرانگشت قاتل شناسایی‌شده

• در سال ۱۸۹۷ اولین اداره‌ی تشخیص هویت با اثرانگشت جهان در کلکته‌ در هند ایجاد شد.
• در سال ۱۹۷۴ نخستین سیستم کامپیوتری ثبت اثرانگشت با فناوری تصویربرداری دیجیتالی و ذخیره و تحلیل آن (موسوم به فناوری (AFIS) ایجاد شد و FBI استفاده از آن را آغاز کرد.

• یک سال بعد فرایند FBI فرایند ایجاد و توسعه‌ی فناوری ایجاد حسگرها و فناوری استخراج اطلاعت مربوط‌به خطوط منحنی دوگانه و نقطه‌ی پایانی خطوط منحنی را آغاز کرد که منجر به ساخت نمونه‌‌ی اولیه‌ی یک اثرانگشت شد. نمونه‌های اولیه‌ی حسگرها از تکنیک‌های خازنی برای جمع‌آوری اطلاعات مربوط‌به ویژگی‌های اثرانگشت استفاده می‌کردند.

سرانجام در سال ۱۹۹۵ شرکت تامسون سی اس اف (Thomson-CSF) نخستین حسگر اثرانگشت جهان را تولید کرد. در این حسگر از فناوری دوربین‌های مادون قرمز جهان استفاده شده بود. این حسگر که درواقع نوعی حسگر اثرانگشت گرمایی بود، در سال ۱۹۹۷ برای نخستین بار در معرض نمایش برای عموم مردم قرار گرفت.

حسگر اثرانگشت این شرگت در سال ۱۹۹۸ برای نخستین بار در لپ‌تاپ اچ‌پی مدل OB3000 تعبیه شد و این لب‌تاپ به‌عنوان اولین وسیله‌ی مجهز به حسگر اثرانگشت روانه‌ی بازار شد. پس از آن گوشی ساژم MC 959 ID phone به‌عنوان اولین گوشی بی‌سیم مجهز به حسگر اثرانگشت وارد بازار شد. در سال ۲۰۰۲ دستیار دیجیتالی شخصی اچ‌پی iPAQ h5450 به‌عنوان اولین دستیار دیجیتالی دارای حسگر اثرانگشت تولید و عرضه شد. در سال ۲۰۰۳ نیز گوشی فوجیتسو F505i توانست عنوان نخستین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت را از آن خود کند. برای مشاهده‌ی فهرست تمام وسایل مجهز به حسگر اثرانگشت از سال ۱۹۹۸ تا سال ۲۰۰۷، به این صفحه مراجعه کنید. 

البته گوشی پنتک جی ۱۰۰ نخستین گوشی مجهز به اثرانگشت بود که توانست نظر افراد را به خود جلب کند و حتی در برخی از منابع به‌عنوان اولین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت معرفی شده است. این حسگر علاوه‌بر تشخیص اثرانگشت می‌توانست برای تشخیص هویت کاربر و شماره‌گیری سریع با اثرانگشت نیز استفاده شود؛ البته توشیبانخستین شرکتی بود که این رویکرد را به‌صورت جدی ادامه داد و در سال ۲۰۰۷ گوشی‌های G500 و G900 را با حسگر اثرانگشت روانه‌ی بازار کرد. پس از توشیبا اچ تی سی با تولید گوشی P6500، ایسر با M900، ال‌جی با GW820 eXpo در سال ۲۰۰۹ و موتورولا با ES400 این روند را دنبال کردند.

پنتک جی ۱۰۰

البته می‌توان گفت عموم مردم زمانی با حسگرهای اثرانگشت آشنا شدند که اپل برای اولین‌بار آن‌ها را در سال ۲۰۱۳ با عنوان Touch ID را در گوشی آیفون ۵ اس تعبیه کرد. سامسونگ نیز در سال ۲۰۱۴ اولین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت خود یعنی گلکسی اس ۵ را عرضه کرد. عرضه‌ی این دو گوشی درواقع نقطه‌ی آغاز استفاده‌ی رسمی و گسترده‌ از حسگر اثرانگشت در گوشی‌های مختلف بود.

در تصویر زیر می‌توانید تاریخچه‌ی مختصر حسگرهای اثرانگشت را از سال ۱۸۹۲ تا ۲۰۱۴ را در یک نگاه مشاهده کنید.

ساختار حسگر اثرانگشت و نحوه‌ی عملکرد آن

درکل شش نوع حسگر اثرانگشت وجود دارد؛ نوری، حسگرهای نیمه‌هادی (خازنی، رادیویی، حرارتی، فشاری) و فراصوت. به‌دلیل اینکه بیشتر حسگرها از نوع اپتیکال، خازنی و فراصوت هستند، در مورد آن‌ها بیشتر توضیح خواهیم داد.

اجازه دهید قبل از بیان انواع مختلف حسگرها، نحوه‌ی کار حسگرهای متداول اثرانگشت را به‌صورت کاملا ساده توضیح دهیم. در بیشتر حسگرهای متداول (البته نه همه‌ی آن‌ها) ابتدا تصویری از اثرانگشت تهیه و پس از شناسایی بخش‌‌های مختلف آن و تهیه‌ی الگو از آن، الگوی تهیه‌شده به‌صورت دیجیتالی با نمونه‌ی ذخیره‌شده مطابقت داده می‌شود.

نکته‌ی حائز اهمیت دیگری که قبل از آن آشنایی با انواع حسگر اثرانگشت باید به اشاره کنیم؛ تفاوت بین اسکنر اثرانگشت و حسگر اثرانگشت است؛ بسیاری از افراد این دو قطعه‌ی الکترونیکی را یکی می‌دانند؛ اما اصلا این چنین نیست؛ زیرا درواقع اسکنر به کل قطعه‌ای کفته می‌شود که با تهیه‌ی نسخه‌ی الکترونیکی از اثرانگشت کاربر، رمزگذاری آن به‌صورت دیجیتالی و درنهایت ارسال اثرانگشت به قطعه‌ای دیگر، وظیفه‌‌ی تشخیص و شناسایی اثرانگشت را برعهده داردِ؛ اما حسگر قطعه‌ای تعبیه‌شده در داخل اسکنر است که با شیوه‌های مختلف که در ادامه در مورد آن‌ها توضیح خواهیم داد، الگوی تهیه‌‌شده از اثرانگشت را به سیگنالی الکتریکی تبدیل می‌کند؛ به عبارت دیگر اسکنر اطلاعات را دریافت و حسگر با پردازش نهایی آن‌ها، امکان استفاده از اطلاعات را فراهم می‌کند.

حسگرهای اپتیکال یا نوری

حسگرهای نوری که به آن حسگرهای بصری یا چشمی نیز گفته می‌شود، قدیمی‌ترین نوع حسگر برای ثبت و مقایسه‌ی اثرانگشت‌ها محسوب می‌شود (البته همان‌طور که گفته می‌شود نمونه‌های اولیه حسگرهای اثرانگشت قبل از ساخت نخستین حسگر اثرانگشت تجاری، از تکنیک‌های خازنی برای تشخیص اثرانگشت استفاده می‌کردند) و بر پایه‌ی گرفتن تصاویر نوری و عکس ایجاد شده است. این حسگرها با تحلیل تیره‌ترین و روشن‌ترین نقاط اثرانگشت، از چند الگتوریم برای تشخیص الگوهای منحصر‌به‌فرد اثرانگشت مثل (خطوط منحنی و سایر بخش‌های آن) استفاده می‌کنند.

این حسگرها مانند دوربین‌ها رزولوشن مشخصی دارند و هر چقدر رزولوشن بالاتری داشته باشند، جزئیات بالاتری ثبت می‌کنند و در نتیجه از امنیت بیشتری برخوردار هستند؛ البته تصاویری که این حسگرها می‌گیرند، نسبت به تصاویر دوربین کنتراست بیشتری دارند. در هر اینچ از این حسگرها تعداد بسیاری دیود نصب شده است تا حداکثر جزئیات ممکن ثبت شود. سطح این حسگرها که انگشت روی آن قرار می‌گیرد، بسیار تیره است؛ بنابراین برخی از آن‌ها مجهز به چند ردیف فلش LED هستند که باعث روشن‌شدن تصویر هنگام تصویربرداری می‌شوند. درضمن این حسگرها مجهز به آرایه‌ای از تشخیص‌دهنده‌های فتودیود یا فتوترانزیستور برای تبدیل انرژی موجود در نور تشخیص‌‌دهنده‌ها به جریان الکتریکی هستند.

‌در‌حال‌حاضر حسگرهای اثرانگشت نوری مانند صفحه‌های لمسی مقاومتی به میزان کمی استفاده می‌شوند و تنها می‌توان آن‌ها را در دستگاه‌های ارزان‌قیمت دید؛ البته اکنون هزینه‌ی تولید حسگرهای خازنی که عملکرد بسیار بهتری نسبت به انواع نوری خود دارند، کاهش یافته است و در دستگاه‌های میان‌رده نیز از آن‌ها استفاده می‌شود.

البته به‌دلیل اینکه در سال‌های اخیر سازندگان گوشی‌های هوشمند به استفاده از صفحه‌های بدون حاشیه در محصولات خود روی آورده‌اند، استفاده از حسگرهای نوری کوچک که نیازمند فضای کمی هستند و می‌توان آن‌ها را در زیر شیشه‌ی صفحه‌نمایش نصب کرد، دوباره باب شده است! شرکت سینَپتیک (Synaptic)، تولیدکننده‌ی حسگرهای مختلف برای گوشی‌ها و سایر دستگاه‌ها، با رونمایی از حسگر اثرانگشت مدل Natural ID FS9100 اعلام کرده است که این حسگر در زیر شیشه با ضخامت یک میلی‌متر عملکرد بسیار خوبی دارند و می‌توان با انگشت تر (حسگرهای خازنی اثرانگشت انگشت‌های تر را تشخیص نمی‌دهد) نیز از آن‌ها استفاده کرد؛ بنابراین شاید در سال‌های آتی هم شاهد استفاده از حسگرهای نوری باشیم! قضاوت درباره‌ی این موضوع را به شما خوانندگان عزیز واگذار می‌کنیم؟

انواع حسگر اپتیکال

کیت حسگر اپتیکال

حسگرهای اپتیکال با سه روش متفاوت عمل می‌کنند که باعث ایجاد سه نوع متفاوت از آن‌ها شده است.

روش بازتاب اپتیکال

در این روش حسگر اپتیکال از پدیده‌ای تحت‌عنوان بازتاب کلی تضعیف‌شده بهره می‌برد. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که نور وارد فضای بین دو ماده‌‌ی رسانگر (فضایی که باعث ایجاد ارتباط بین آن‌ها می‌شود) و انرژی نور به دو بخش تقسیم شود؛ سپس بخشی از مرز بین دو ماده بازتاب می‌شود و بخشی دیگر از همان قسمت وارد ماده‌ی دوم می‌شود. میزان نور بازتاب‌شده به نسبت کل آن به عواملی مثل زاویه‌ی انتشار شار نور (به کل خارج‌شده از یک منبع نوری در مدت‌زمان معین که در تمام جهات پخش می‌شود)؛ البته با شروع بازتاب میزان مشخصی از نور از یک زاویه‌ی مشخص، تمام نور بازتاب می‌شود.

این پدیده را بازتاب کل داخلی می‌نامند؛ وقتی که سطح انگشت با سطح اسکنر اپنیکال تماس پیدا می‌کندِ، تراکم بیشتر سطح انگشت نسبت به سطح اسکنر باعث عبور نور از مرز میان این دو سطح می‌شودِ؛ بنابراین تنها از آن دسته از پرتوهای نور که با قسمت پاپیلاری سطح انگشت در تماس نبوده‌اند، بازتاب می‌شوند. گرفتن تصویر نوری از سطح انگشت مستلزم استفاده از حسگر تصویر است که بسته به نوع اسکنر می‌تواند CCD یا CMOS باشد؛ البته حسگرهایی را که از این روش استفاده می‌کنند، می‌توان به‌راحتی فریب دادِ و قادر به شناسایی اثرانگشت انگشت‌های تر یا آغشته به مواد مختلف نیز نیستند. 

نوردهی اپتیکال

این نوع حسگرها از آرایه‌ی فیبر نوری استفاده می‌کنند که در آن تمام موج‌برها در خروجی به حسگرهای عکس متصل می‌شوند. حساسیت هر یک از این حسگرها امکان جذب باقیمانده‌ی نوری را که از نقطه‌ی تماس انگشت با سطح آرایه می‌گذرد، فراهم می‌کند و درنهایت تصویر کل سر انگشت براساس اطلاعات هر یک از حسگرهای عکس ایجاد می‌شود. از مزایای این حسگرها می‌توان به عملکرد دقیق و فریب‌‌نخوردن آن‌ها و از معایب‌شان می‌توان به پیچیدگی ساختار اشاره کرد.

حسگرهای بدون تماس

برای کار با این حسگرها لازم نیست انگشت را روی سطح اسکنر آن‌ها قرار دهید؛ بلکه تنها کافی است انگشت خود را نزدیک سوراخ  اسکنر بگیرید؛ در مرحله‌ی بعدی چند منبع نور از زوایای مختلف به سر انگشت نور می تابانند؛ سپس لنزی که در مرکز اسکنر قرار دارد، اطلاعات جمع‌آوری‌شده را به یک حسگر تصویر CMOS که می‌تواند اطلاعات را به تصویر سر انگشت تبدیل کند، انتقال می‌دهد.

برخی از حسگرهای نوری مجهز به نوع دیگری از تشخیص‌دهنده‌ها تحت‌عنوان دستگاه بار جفت‌شده یا CCD هستند که به میزان کم نور هم حساس هستند و می‌توانند تصاویری با گستره‌ای عالی از سایه‌ رنگ خاکستری ایجاد کنند؛ البته به‌دلیل اینکه تشخیص اثرانگشت، نیازی حساسیت به نور کم و تصویری با میزان گسترده‌ای از سایه رنگ خاکستری نیست و از سویی دیگر  حسگرهای تصویر CCD هم گران‌قیمت هستند، نسبت به حسگرهای CMOS که استفاده از آن‌ها هزینه‌ی کمتری دارد، کمتر استفاده می‌شوند.

مزایا و معایب

حسگرهای اپتیکال دقت نسبتا خوبی دارند؛ اما به‌دلیل اینکه برپایه‌ی تشخیص تصویر دو بعدی طراحی شده‌اند، با چاپ اثرانگشت روی کاغذ با چاپگر جوهری، به‌راحتی می‌توان آن را فریب داد؛ به همین دلیل این حسگرها برای دستگاه‌هایی که نیازمند امنیت بالایی هستند، مناسب نیستند و احتمالا در آینده‌ی بسیار نزدیک کاملا منسوخ خواهند شد؛ البته می‌توان با بهره‌گیری از تکنیک تصویر‌برداری الکترواپتیکال تاحدوی این مشکل را برطرف کرد. برای استفاده از این تکنیک ابتدا باید ولتاژ مشخصی را از میان پوششی پلیمری با قابلیت انتشار نور را عبور داد و انگشت روی پوشش قرار گیرد تا جریان کمی برای ایجاد نور ایجاد شود. استفاده از این تکنیک باعث می‌شود تصویر فرورفتگی‌ها همچنان تاریک باقی بماند و تصویری با کنتراست بالا ایجاد شود.

یکی دیگر از معایب این حسگرها این است که عواملی مثل انحراف نور یا کثیفی‌های روی سطح اسکنر مثل کثیفی یا چربی و خط و خش، عملکرد آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند.

حسگرهای نیمه‌‌رسانا یا نیمه‌هادی

پایه و اساس عملکرد این نوع حسگرها، بهره‌گیری از ویژگی‌های نیمه‌هادی‌ها برای گرفتن تصویر سر انگشت یک انگشت با تغییر نقاط تماس بالاترین نقاط برآمدگی‌های کوچک سر انگشت با سطح اسکنر است. اکنون انواع مختلف این نوع حسگرها را معرفی می‌کنیم.

حسگرهای خازنی

در‌حال‌حاضر حسگرهای خازنی متداول‌ترین نوع حسگرهای اثرانگشت هستند و در بیشتر گوشی‌های هوشمند با بالاترین سطح امنیت تعبیه می‌شوند. این نوع حسگرها وسیله‌ی الکترونیکی کوچکی به‌نام خازن را در خود جای داده‌اند.

در این نوع خازن‌ها به‌جای روش قدیمی تصویربرداری از سر انگشت، از چند ردیف مدار خازنی کوچک برای جمع‌آوری داده‌ها استفاده می‌شود. احتمالا می‌دانید که خازن‌ها قادر هستند جریان الکترونیکی را در خود ذخیره می‌کنند و با متصل‌شدن به صفحات کوچک رسانای سطح اسکنر، می‌توانند برای ثبت و بررسی جزئیات اثرانگشت استفاده شوند. زمانی‌که خطوط منحنی سرانگشت با صفحه‌های رسانا تماس پیدا کردند، جریان ذخیره‌شده در خازن‌ها کمی تغییر می‌کند. این در‌حالی است که شکاف هوا باعث می‌شود جریان خازن تقریبا تغییری نکند. در مرحله‌ی بعد مدار انتگرال‌گیر تقویت‌کننده‌ی عملیاتی برای ردیابی این تغییرات که مبدل آنالوگ به دیجیتال می‌تواند آن‌ها را ثبت کند، استفاده می‌شود.

زمانی‌که این اطلاعات دیجیتالی ثبت شد، می‌توان آن‌ها را برای دستیابی به ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد و متمایز برای هر فرد، تجزیه و تحلیل کرد. درضمن می‌توان این اطلاعات را برای مقایسه در آینده ذخیره کرد. آنچه حسگرهای اپتیکال را به‌طور ویژه‌ای هوشمند کرده، دشوارتر‌بودن فریب آن‌ها نسبت به حسگرهای اپتیکال است؛ زیرا نمی‌توان تنها با یک عکس داده‌هایی را که این حسگرها پس از دریافت آن‌ها، هویت کاربر را تشخیص و اجازه‌ی دسترسی به دستگاه را به او می‌دهند، جعل و کپی کرد و به‌دلیل اینکه مواد مختلف، جریان‌های مختلف را در خازن‌ها ایجاد می‌کنند (که تفاوت بسیار کمی با یکدیگر دارند)، فریب آن‌ها به‌معنای واقعی کلمه دشوار است. می‌توان گفت هک سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری، تنها تهدید واقعی و احتمالی برای امنیت این حسگرها محسوب می‌شود.

کیت حسگر خازنی

با تعبیه‌‌ی خازن‌ها در حسگرها به اندازه‌ی کافی که معمولا صدها یا حتی هزاران عدد در یک حسگر است، می‌توان تنها با استفاده از جریان الکترونیکی، تصویری با جزئیات بسیار زیاد از خطوط منحنی و فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌های اثرانگشت به دست آورد. یکی از شباهت‌های حسگرهای خازنی با انواع نوری خود این است که هر چقدر رزولوشن آن‌‌ها با افزودن تعدادی زیادتری از حسگرها بیشتر شود، امنیت آن‌ها نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد.

در گذشته به‌دلیل اینکه حسگرهای خازنی دارای قطعه‌های زیادی در مدار تشخیص خود بودند، قیمت بسیار بالایی داشتند؛ به همین دلیل طراحان این حسگرها تلاش کردند با بهره‌گیری از طراحی‌های جدید اولیه و حسگرهای سوایپی، تعداد خازن‌های حسگر را کاهش دهند؛ زیرا زمانی‌که کاربر انگشت خود را روی این حسگرها می‌کشد؛ آن‌ها با رفرش‌کردن نتایج و داده‌های خروجی حسگر، داده‌ها را با تعداد کمتری از حسگرها جمع‌آوری می‌کنند؛ البته این نوع حسگرها آزاردهنده بودند و کاربر برای شناسایی درست اثرانگشت باید انگشت خود را چند بار روی آن‌ها می‌کشید؛ امروزه استفاده از حسگرهایی که انگشت باید روی آن‌ها ثابت نگه داشته شود، بسیار متداول‌تر از حسگرهای سوایپی است.

مزایا و معایب

این حسگرها قابلیت‌ها و ویژگی‌هایی فراتر از تشخیص اثرانگشت دارند و مدل‌های جدید آن‌ها از ویژگی‌هایی مثل استفاده از ژست‌های حرکتی و سوایپ‌کردن برای انجام برخی از کارها نیز پشتیبانی می‌کنند. درضمن می‌توان از این حسگرها که دکمه‌های نرمی هستند، به‌عنوان دکمه‌های ناوبری استفاده کرد. از دیگر قابلیت‌های کاربردی حسگرهای خازنی می‌توان به حساسیت به میزان فشار و امکان ایجاد تعامل با دیگر عناصر رابط‌کاربری گوشی (البته در برخی از آن‌ها) اشاره کرد؛ هچنین باید این مژده را به شما بدهیم که قیمت تولید این حسگرها همچنان در‌حال کاهش است.

از دیگر معایب و مزایای این این حسگرها می‌توان به قیمت پایین و قابل‌اطمینان‌بودن آن‌ها و از معایب آن می‌توان به لزوم تعبیه‌ی تعداد زیادی از خازن‌ها در این حسگرها اشاره کرد. درضمن این حسگرها نیز مانند حسگرهای اپتیکال نسبت به موادی که سر انگشت می‌تواند به آن‌ها آغشته شود، حساس هستند.

اسکنرهای دارای فرکانس رادیویی

ساختار حسگرهای فرکانس‌های رادیویی از آرایه‌ای از عناصر حسگری تشکیل شده است که هر کدام از آن‌ها به‌عنوان آنتن‌های بسیار کوچکی عمل می‌کنند. این حسگرها که درواقع ماژول فرکانس رادیویی هستند، امواجی با شدت کم ایجاد و آن‌ها را به سمت سطح اسکن‌شده‌‌ی انگشت ارسال می‌کنند؛ سپس هر یک از آنتن‌ها امواج بازتاب‌شده از روی الگوهای پاپیلاری اثرانگشت را دریافت می‌کنند. میزان و اندازه‌ی نیروی محرکه‌ی الکترونیکی القا‌شده به هر یک از ریزآنتن‌ها به وجود یا نبود بالاترین نقاط اثرانگشت در نزدیکی آن‌ها بستگی دارد. درنهایت ماتریس تنش بدست‌آمده (تجزیه و تحلیل امواج ارسال‌شده از سوی آنتن‌ها و امواجی که دریافت کرده‌اند)، به تصویری دیجیتالی از اثرانگشت تبدیل می‌شود.

مزایا و معایب

یکی از مزایای بسیار خوب این حسگرها این است که می‌توانند اثرانگشت را حتی از روی لایه‌ی پوستی زیر سطح انگشت نیز تشخیص دهد؛ بنابراین از این روش برای شناسایی اثرانگشت انگشت‌های آسیب‌دیده و خشک استفاده کرد.

در این روش به‌دلیل اینکه خصوصیات فیزیولوژیکی پوست بررسی می‌شود، احتمال فریب‌خوردن حسگر تقریبا صفر درصد است؛ البته اگر انگشت به‌صورت صحیحی روی سطح اثرانگشت قرار نگیرد، عملکرد آن ناپایدار خواهد شد.

حسگرهای فشاری

در حسگرهای فشاری از آرایه‌ای از مواد اثرفشار برقی یا اثر پیزوالکتریک (موادی که بر اثر فشرده‌شدن برق تولید می‌کنند) که نسبت به فشار حساس هستند. زمانی‌که انگشت روی سطح این حسگرها قرار می‌‌گیرد، برآمدگی‌های خطوط منحنی اثرانگشت روی بخشی از آرایه‌ی پیزوالکتریک‌ها فشار وارد می‌کنند، اما ‌تورفتگی‌ها فشاری را ایجاد نمی‌کنند؛ این فرایند باعث می‌شود، ولتاژی که پیزوالکترونیک‌ها ایجاد می‌کنند، به تصویر اثرانگشت تبدیل شود.

این حسگرها کاملا نازک هستند و معمولا در وسایل الکترونیکی به کار گرفته می‌شوند. یکی از معایب حسگرهای اثرانگشت فشاری اولیه این بود که افزایش دوام آن‌ها باعث کاهش کارایی آن‌ها می‌شد؛ زیرا لایه‌ی محافظی که روی سطح اسکنر حسگر قرار می‌گرفت، کنتراست اثرانگشت را کاهش داد

انواع

دو نوع حسگر فشاری وجود دارد:

حسگرهای دارای پوشش رسانا

این حسگرها پوشش منعطفی دارد که لایه‌ای دوگانه از الکترود روی آن‌ها را پوشانیده است.

حسگرهای دارای چیپ‌های میکروالترومکانیکی

در این حسگرها از سوییچ‌های بسیار کوچک سیلیکونی استفاده شده که روی چیپ‌های سیلیکونی قرار گرفته است و زمانی‌که خطوط منحنی اثرانگشت با سوییچ تماس پیدا می‌کنند، سوییچ بسته می‌‌شود و اثرانگشت به‌صورت الکترونیکی تشخیص داده می‌شود

مزایا ومعایب

حسگرهای فشاری می‌توانند به‌گونه‌ای طراحی شوند که نسبت به میزان فشار هم حساس باشند و با توجه به میزان فشار کارهای مختلفی انجام دهند؛ انجام کارهای مختلف در اپلیکیشن‌ها می‌تواند یکی از کاربردهای این نوع طراحی باشد؛ مثلا هنگامی که اپلیکیشن نقشه درحال اجرا است، می‌توانید با فشار ملایم روی حسگر، روی قسمتی از نقشه زوم کرد. البته این حسگرها چندین عیب دارند نیز دارند که شامل حساسیت کم، امنیت پایین (به‌راحتی فریب می‌خورند) و آسیب‌پذیر بودن در هنگام ایجاد فشار زیاد روی آن می‌شود.

حسگر حرارتی

در اسکنر‌های حرارتی از حسگرهای دربردارنده‌ی عناصر پیزوالکتریسه (موادی که بر اثر دریافت حرارت، الکتریسیتهتولید می‌کنند) استفاده می‌شود. این نوع طراحی مشکل اختلاف دما و تبدیل آن به حرارت را حل می‌کند.

عملکرد این نوع حسگرها به این صورت است که وقتی انگشت روی اسکنر حسگر قرار می‌گیرد، نقشه‌ی دمایی سطح انگشت براساس دمای نقاط بیرون‌زده‌ی برآمدگی‌های اثرانگشت که با مواد پیزوالکتریسه تماس پیدا می‌کنند و همچنین دمای هوایی که در بین این برآمدگی‌ها وجود دارد، ایجاد و در مرحله‌ی بعدی به تصویری دیجیتالی تبدیل می‌شود.

معایب و مزایا 

این روش مزایای زیادی دارد که از میان آن‌ها می‌توان به مقاومت بالا دربرابر تخلیه‌ی جریان الکتریسیته‌ی ساکن، عملکرد پایدار در طیف گسترده‌ای از دماهای مختلف و امنیت بالا و فریب نخوردن اشاره کرد.

اما بزرگ‌ترین عیب حسگرهای حرارتی  این است که تغییر دما پویا است و تقریبا فقط ۰٫۱ ثانیه طول می‌کشد تا دمای سطح حسگر با دمای خطوط منحنی و فرورفتگی‌های اثرانگشت که با سطح حسگر در تماس هستند، یکسان شود و تصویر اثرانگشت پاک بشود. درضمن با اینکه حسگر حرارتی اثرانگشت می‌تواند در طیف گسترده‌ای از دما عمل کند، زمانی‌که دمای محیط به دمای سطح انگشت نزدیک‌ باشد، حسگر برای ایجاد اختلاف دما که حداقل یک درجه سانتی‌گراد است، به حرارت نیاز دارد.

حسگرهای فراصوت یا اولتراسونیک

حسگرهای  جدیدترین نوع حسگرهای اثرانگشت و در گوشی‌های جدید نیز از آن‌ها استفاده می‌شود. این حسگرها برای نخستین بار در گوشی Le Max Pro به همراه فناوری سنس آی دی (Sense ID) کوالکام تعبیه شد.

این نوع حسگرها برای ثبت دقیق جزئیات اثرانگشت، مجهز به فرستنده و گیرنده هستند و برای شناسایی اثرانگشت پالس‌های فراصوتی را به سمت اثرانگشت که روی سطح حسگر قرار گرفته است، ارسال می‌کنند؛ مقداری از این پالس‌ها جذب انگشت می‌شوند و مقداری دیگر از آن‌ها بسته به خطوط منحنی، فرورفتگی‌ها و دیگر جزئیات سرانگشت، به سمت حسگر بازمی‌گردند.

این امواج شنیدنی نیستند و میکروفونی هم برای شنیدن آن‌ها در داخل اسکنر وجود ندارد؛ اما در عوض چند عدد حسگر تعبیه‌شده روی نقاط مختلف سطح اسکنر می‌توانند میزان تنش مکانیکی (نیروی وارد‌شده روی سطح) را تشخیص دهند و برای محاسبه‌ی شدت امواج بازگردانده‌شده در نقاط مختلف سطح اسکنر، استفاده شوند. اسکن طولانی‌تر امکان دریافت و ثبت داده‌های مربوط‌به عمق و در نتیجه بازآفرینی تصویری سه‌بعدی از اثرانگشت با جزئیات بالا را فراهم می‌کند. در این حسگرها فاصله‌ی بین امواج ارسال‌شده از سوی حسگرها تا خطوط منحنی و برجستگی‌ها و تورفتگی‌های الگوهای پاپیلری، با استفاده از پژواک امواج بازتاب‌شده از بخش‌های مختلف اثرانگشت، اندازه‌گیری می‌شود.

مزایا و معایب

کیفیت تصاویری که این حسگرها از اثرانگشت می‌گیرند، ۱۰ برابر سایر حسگرها است؛ درضمن فریب‌دادن این حسگرها بسیار دشوار است؛ زیرا علاوه‌بر دریافت اطلاعات الگوهای پاپیلری، می‌توانند اطلاعات دیگری نظیر پالس‌ها را نیز تجزیه و تحلیل کنند؛ علاوه‌بر این توانایی اسکن سه‌بعدی این حسگرها نیز فریب‌دادن آن‌ها را بسیار دشوارتر از انواع دیگر حسگرها می‌کند.

امنیت این حسگرها به قدری زیادی است که برخی هک آن‌ها را غیرممکن می‌دانند؛ البته نمی‌توان چنین ادعایی را به‌صورت کاملا قطعی پذیرفت؛ زیرا به‌تازگی کاربری موفق شده است با گرفتن تصویری از اثرانگشت خود روی لیوان، پردازش تصویر در فتوشاپ و درنهایت تهیه‌ی مدل سه‌بعدی از آن با استفاده از نرم‌افزار 3ds Max و درنهایت چاپ اثرانگشت با چاپگر سه‌بعدی حسگر پیشرفته‌ی گلکسی اس ۱۰ را فریب دهد! بنابراین قطعا فریب‌دادن حسگرهای فراصوت بسیار دشوار است، اما غیرممکن نیست؛ درکل باید گفت حسگرهای فراصوت تقریبا بی‌نقص هستند و بالا بودن هزینه‌ی تولید تنها عیب آن‌ها محسوب می‌شود.

یکی از معایب این حسگرها که می‌تواند برای کاربران بسیار آزاردهنده باشد؛ مختل‌شدن عملکرد آن‌ها در هوای سرد است؛ زیرا در فصل زمستان اندازه‌‌ی انگشت‌ها کمی کوچک‌تر و خشک می‌شود و خشک‌شدن انگشت‌ها ایجاد ترک و ساییدگی انگشت‌ها را در  پی دارد. 

در تصویر نمونه اثرانگشت ثبت‌‌شده با انواع حسگرها را مشاهده می‌گنید.

نسل جدید حسگرهای اثرانگشت

حسگرهای زیر صفحه‌نمایش

همان‌طور که می‌دانید چند سالی است که سازندگان مختلف گوشی به استفاده از صفحه‌های نمایش بزرگ و بدون حاشیه یا حداقل کم‌حاشیه در گوشی‌های مختلف (از پرچمدارها گرفته تا ارزان‌قیمت‌ها) روی آورده‌اند؛ اما وجود حسگرهای مختلف و دوربین سلفی مانع بزرگی برای استفاده از این گوشی‌ها محسوب می‌شود؛ به همین دلیل شرکت‌های مختلف با بهره‌گیری از ترفندهایی مثل ایجاد بریدگی کوچک در بالای صفحه‌نمایش برای نصب دوربین سلفی و حسگرهای دیگر یا استفاده از دوربین‌های سلفی پاپ آپ (دوربین‌ سلفی پنهان‌شده در داخل گوشی‌ها که با استفاده از یک نوار متحرک بالا و پایین می‌شود (کاربر می‌تواند در هنگام استفاده آن را بالا بیاورد) و هیچ فضایی از جلوی صفحه‌نمایش اشغال نمی‌کند) این مشکل را تاحدود زیادی برطرف کرده‌اند، استفاده از حسگر اثرانگشت در داخل صفحه‌نمایش نیز یکی دیگر از این راهکارها است

با اینکه اپل، سامسونگ و ال‌جی که غول‌های صنعت موبایل محسوب‌ می‌شوند، نخستین طرح‌های استفاده از این حسگرها را ارائه کردند؛ اما نخستین بار شرکت‌ چینی نه‌چندان مطرح ویوو این فناوری را عملی کرد و نخستین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت تعبیه‌شده در داخل صفحه‌نمایش جهان یعنی ایکس ۲۰ پلاس UD را عرضه کرد؛ اما گوشی ویوو ایکس نخستین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت بود که به‌صورت انبوه تولید و وارد بازار شد

ویوو ایکس ۲۰ پلاس UD

پس از عرضه‌ی این دو  گوشی، گوشی‌های دیگر نیز یکی از پس از دیگری با حسگر اثرانگشت داخل صفحه‌نمایش درسال‌های ۲۰۱۸ و ۲۰۱۹ یکی از پس دیگری عرضه شدند. که نام آن‌ها به این شرح است:

• ویو نکس اس
• ویوو وی 11
• هواوی میت آر اس پورشه دیزاین
• میزو 16
• میزو 16 پلاس
• نوکیا 9 پیور ویو
• هواوی میت 20 پرو
• ·وان پلاس 6 تی
• ویوو نکس دوال دیسپلی
• شیائومی می 8 پرو
• شیائومی می 8 اکسپلورر
• اوپو ار 17
• اوپو آر 17 پرو
• گلکسی اس 10
• گلکسی اس 10پلاس

برخی از حسگرها عملکرد واقعاً خوبی دارند؛ مثلا حسگر میزو ۱۶ و ۱۶ پلاس و حسگر گوشی‌های اوپو آر 17 و آر 17 پرو قفل گوشی را به ترتیب تنها در ۰٫۳۴ و ۰٫۴۱ ثانیه باز می‌کنند.

مقایسه حسگرهای اپتیکال و فراصوت

برخی از حسگرهای داخل صفحه‌نمایش اپتیکال و برخی دیگر فراصوت هستند. در حسگرهای اپتیکال مثل حسگرگوشی نوکیا ۹ پیور ویو، هواوی میت 20 پرو وان پلاس 6 تی  ابتدا چند منبع نور اثرانگشت را روشن می‌کنند، سپس دوربین بسیار کوچکی که در آن‌ها تعبیه شده است، از اثرانگشت عکس می‌گیرد و آن را با نمونه اثرانگشت ذخیره‌شده تطبیق می‌دهد؛ البته استفاده از این حسگر تنها در گوشی‌های دارای نمایشگر OLED امکان‌پذیر است؛ زیرا در پنل این نمایشگرها شکاف‌هایی وجود دارند که می‌توانند برای نصب لامپ‌های مورد استفاده برای نوردهی در هنگام تصویربرداری، استفاده شوند.

در برخی از حسگرهای داخل صفحه‌نمایش اپتیکال برای افزایش امنیت این حسگرها، از روش اندازه‌گیری خازنی برای تشخیص انگشت واقعی استفاده می‌شود. درضمن می‌توان برای استفاده‌ی راحت‌تر و بهبود عملکرد آن‌ها از این حسگرها، اندازه‌ی آن‌ها را افزایش داد.

البته حسگرهای داخل صفحه‌نمایش در آینده به‌صورت فزاینده‌ای فراصوت خواهند شد؛ شرکت کوالکام سال گذشته میلادی از حسگرهای فراصوت سه‌بعدی جدید خود با قابلیت تعبیه‌شدن در داخل صفحه‌نمایش رونمایی کرد و سامسونگ امسال آن را در جدیدترین پرچم‌داران خود یعنی گلکسی اس ۱۰ و اس ۱۰ پلاس به کار برد؛ البته حسگرهای فراصوت هنوز به اندازه‌ی انواع دیگر حسگرها محبوب نشده‌اند؛ زیرا این حسگرها با برخی از محافظ‌های صفحه‌نمایش به‌خوبی سازگار نیستند و همین موضوع توانایی آن‌ها برای تشخیص درست اثرانگشت را محدود می‌کند؛ البته از سوی دیگر استفاده از حسگرهایی که می‌توانند داخل صفحه‌نمایش تعبیه شوند؛ باعث شده است قاب اطراف نمایشگر بیش از هر زمان دیگری باریک شود.

ویدیوی معرفی حسگر سه‌بعدی سنس آی دی اسنپدراگون کوالکوام

دانلود ویدئو

مقایسه‌ی نسل‌های مختلف حسگرهای فراصوت داخل صفحه‌نمایش کوالکام

تاکنون چهار نسل از این حسگرها عرضه شده است که توضیح مختصری درباره‌ی هر یک از آن‌ها بیان می‌‌کنیم.

نخستین نسل 

این حسگرها نخستین حسگرهای فراصوت با قابلیت تصویربرداری سه‌بعدی و استفاده از امواج به‌جای نور برای تصویربرداری محسوب می‌شدند و برتری آن نسبت به حسگرهای اپتیکال کاملا مشخص بود.

دومین نسل (3D sonic)

از مزایای این حسگرها نسبت به نسل قبلی خود می‌توان به امنیت و سرعت بیشتر و استفاده راحت‌تر از آن‌ها به‌دلیل برخورداری از سطحی با فضای بیشتر اشاره کرد.

سومین نسل

این حسگرها می‌توانند در زیر شیشه تا ضخامت ۸۰۰ میکرون استفاده شوند، این در حالی است که استفاده از حسگرهای نسل دوم تنها در زیر نمایشگرهای با ضخامت حداکثر ۳۰۰ میکرون امکان‌پذیر بود؛ بنابراین برای استفاده از این حسگرها کاهش ضخامت صفحه‌نمایش که باعث کاهش کیفیت و مقاومت آن می‌شود، دیگر ضرورتی ندارد.

چهارمین نسل

سرعت جدیدترین نسل حسگرهای اثرانگشت داخل صفحه‌نمایش کوالکام نسبت به نسل‌های قبلی خود ۴۰ درصد افزایش پیدا کرده است و می‌تواند قفل گوشی را تنها در ۰٫۳۴ ثانیه باز کند؛ این افزایش سرعت و امنیت آن به‌‌خاطر بهره‌گیری از فناوری DSP Acceleration در این حسگرها است؛ از دیگر مزایای این فناوری می‌توان به افزایش ۳۰ درصدی سرعت حسگر مخصوصا در زمان پایین‌بودن دما و خشک‌بودن انگشتان (زمانی‌که در معرض تابش مستقیم نور شدید هستند) اشاره کرد. جدیدترین حسگر کوالکوام برای نخستین بار در گوشی ویوو ایکس 23 استفاده شده است

مزایای حسگرهای فراصوت نسبت به حسگرهای اپتیکال

• دقت بیشتر به‌دلیل تهیه‌ی عکس سه‌بعدی از اثرانگشت
• فریب نخوردن حسگر ازطریق گرفتن تصویر یا قالب از اثرانگشت
•  نیاز نداشتن به استفاده از نور برای تصویربرداری (استفاده از نور به مرور زمان باعث تضعیف صفحه‌نمایش می‌شود)
• قابلیت عبور امواج فراصوت از شیشه و فلز با ضخامت بیشتر از ۴۰۰ میکرومتر
• تشخیص بهتر اثرانگشت انگشت‌های تر یا چرب، آلوده به دوده یا سایر آلودگی‌ها نسبت به حسگرهای اپتیکال
• ضخامت بسیار کمتر (ضخامت نسل دوم حسگرهای فراصوت نسل دوم کوالکام ۲۰۰ میکرون و ضخامت حسگرهای اپتیکال ۳ میلی‌متر است)

 البته استفاده گسترده از حسگرهای فراصوت به‌معنای پایان راه حسگرهای اپتیکال نیست و استفاده از آن‌ها هنوز هم مقرون‌‌به‌صرفه است. در اوایل سال میلادی جاری اوپو حسگر اپتیکالی جدیدی را معرفی کرد که قادر است ۱۵ برابر فضای بیشتری را نسبت به حسگرهای اپتیکال تشخیص دهد؛ درضمن استفاده از حسگرهای فراصوت در زیر نمایشگرهایی با ضخامت بیشتر از ۸۰۰ میکرون امکان‌پذیر نیست و قراردادن محافظ صفحه‌نمایش روی نمایشگر گوشی‌های مجهز به حسگرهای فراصوت، عملکرد آن‌ها را مختل می‌کند.

حسگرهای اثرانگشت کناری

تعبیه‌ی حسگر اثرانگشت در کنار یا پشت گوشی نیز یکی دیگر از ترفندهای شرکت‌های مختلف برای دسترسی به فضای بیشتر در جلوی گوشی و استفاده از صفحه‌نمایش بزرگتر و بدون قاب است؛ البته استقبال چندانی از این نوع حسگرها نشده است؛ زیرا معمولا این حسگرها در دکمه‌‌ی پاور گوشی ادغام می‌شود و زمانی‌که فرد انگشت خود را روی دکمه‌ی پاور قرار می‌دهد، قفل گوشی باز می‌شود؛ اما گاهی کاربر تنها می‌خواهد نوتیفیکیشن‌های خود را ببیند و زمانی‌که دست خود را روی دکمه‌ی پاور قرار می‌دهد، اصلا صفحه‌ی لاک‌اسکرین گوشی را نمی‌بیند و قفل گوشی ناگهان باز می‌شود.

این موضوع قطعا می‌تواند برای کاربر آزاردهنده باشد؛ برای رفع این مشکل می‌توانید تنها قسمتی از یکی از انگشت‌های خود را که اثرانگشت آن ثبت نشده است، روی دکمه‌ی پاور قرار دهید تا تنها نمایشگر گوشی روشن شود و صفحه لاک‌اسکرین نمایش داده شود؛ البته گوشی گلکسی اس 10 ای دارای ویژگی جالبی است که با استفاده از آن می‌توانید با دو بار ضربه‌زدن روی نمایشگر گوشی آن را روشن کنید.

درضمن به دلیل اینکه سطح اسکنر این گوشی‌ها فضای کمتری دارد؛ باید در هنگام گذاشتن انگشت خود بیشتر دقت کنید یا حتی مجبور باشید برای شناسایی درست اثرانگشت، چند بار دست خود را روی آن قرار دهید (درست مانند حسگرهای سوایپی)؛ البته این حسگرها مزایایی هم نسبت به حسگرهای پشت گوشی دارند؛ معمولا کاربران گوشی‌هایی که حسگر اثرانگشت آن‌ها در  پشت گوشی تعبیه شده است، زمانی‌که تازه گوشی را می‌خرند؛ به‌راحتی نمی‌توانند بدون دیدن پشت گوشی، مکان دقیق پشت گوشی را پیدا کنند و حتی ممکن است انگشت خود را پشت گوشی بکنند و لنز دوربین را کثیف کنند؛ مشکلی که برخی‌از کاربران گوشی‌های گلکسی اس ۸ و اس ۹ در ابتدای آن شدیدا با آن درگیر بودند؛ درضمن افرادی که دست‌های کوچکی دارند و می‌خواهند با گوشی‌‌های بزرگ کار کنند؛ نیز ممکن است با حسگرهای پشت گوش مشکل پیدا کنند؛ بنابراین به نظر می‌رسد در‌حال‌حاضر حسگرهای زیر نمایشگر بهترین گزینه برای گوشی‌ها باشند.

درحال‌حاضر گوشی‌های آنر ۲۰ پرو، گلکسی ۱۰ ای و گلکسی فولد مجهز به حسگر اثرانگشت کناری هستند

حسگرهای چند انگشتی

این نوع حسگرها قادر هستند چند انگشت را هم‌زمان اسکن کنند و با این کار سرعت تشخیص هویت را افزایش می‌دهند. برخی از این حسگرها که به حسگرهای ۴+۴+۲ شهرت دارند، می‌توانند اثرانگشت چهار انگشت را به‌صورت هم‌زمان با سرعت، دقت و کیفیت بالایی اسکن و شناسایی کنند. اغلب این حسگرها که عملکرد آن‌ها پنج برابر بهتر از اسکنرهای تک‌انگشتی است، می‌توانند علاوه‌بر اسکن اثرانگشت ثابت، اثرانگشت چرخشی را نیز شناسایی کنند؛ درضمن برای اسکن اثرانگشت پای کودکان نیز می‌توان از این حسگر استفاده کرد.

برخی از این حسگر مجهز به کیت توسعه‌ی نرم‌افزار یا SDK هستند که امکان اسکن، تقسم‌بندی یا حتی بهینه‌سازی تصاویر گرفته شده از اثرانگشت را فراهم کرده است. یکی از مزایای بسیار خوب این حسگرها، قابلیت اسکن هم‌زمان دو انگشت شست به‌صورت کامل است که باعث دستیابی به اطلاعات بیشتر در مورد اثرانگشت می‌شود. درضمن در اثر استفاده از این حسگر دیگر نیازی به چاپگرهای جداگانه برای چاپ اثرانگشت نیست. استفاده از این حسگرها در اداره‌ها و سازمان‌هایی مثل مرزبانی‌ها، اداره‌ی پلیس، اداره‌ی صدور گذرنامه و همچنین برای شناسایی یا ثبت‌نام الکترونیکی یا شرکت در انتخابات، می‌تواند به میزان زیادی باعث تسریع روند احراز هویت افراد شود.

نمونه اثرانگشت ثبت‌شده بااستفاده‌از اسکنر چند انگشتی

حسگرهای سوایپی بدون تماس

برای استفاده از این حسگرها که قادر به اسکن هم‌زمان چهار انگشت و اسکن سه‌بعدی از اثرانگشت است، لازم نیست دست خود روی اسکنر قرار دهید و تنها کافی است دست خود را به آرامی از روی اسکنر حرکت دهید. از دیگر ویژگی‌های این اسکنر می‌توان به قابلیت ثبت اثرانگشت ۱۰ انگشت در کمتر از پنج ثانیه، قابلیت اسکن سه‌بعدی خطوط منحنی، سطوح و قسمت‌های منحنی انگشت، سازگاری با پایگاه‌های داده‌ی اثرانگشت‌های صاف و چرخشی، قابلیت اسکن انگشت‌های خیس و خشک، مقاومت در برابر نور و گردوغبار و قابلیت ادغام آسان در تجهیزاتی که دسترسی به آن‌ها مسلتزم احراز هویت افراد است (مثل کیوسک‌ها، گیت‌های الکترونیکی و نرده گردان‌ها)، اشاره کرد.   

الگوریتم‌های مورداستفاده برای افزایش امنیت و سرعت حسگرها

معمولا انواع مختلف حسگرها سخت‌افزار مشابهی دارند و تنها در استفاده از الگوریتم‌های مختلف (برای تشخیص جزئیات کلیدی اثرانگشت) که سرعت و دقت آن‌ها را متفاوت می‌کند، کمی با هم تفاوت دارند. هر حسگری مجهز به یک آی سی اختصاصی است که اطلاعات اسکن‌شده را تفسیر و آن‌ها را به شکلی تبدیل می‌کند که برای پردازنده اصلی گوشی مفید باشد و پردازنده بتواند از آن‌ها استفاده کند.

معمولا الگوریتم‌های مورداستفاده در حسگرهای اثرانگشت برای پیداکردن خطوط منحنی و سایر خطوط اثرانگشت یا محل تقسیم خطوط منحنی به دو شاخه بکار گرفته می‌شوند. این جزئیات به همراه سایر جزئیات مختص سر انگشت هر فرد، الگوی خطوط اثرانگشت نامیده می‌شوند. در هنگام تطبیق اثرانگشت ثبت‌شده با نمونه‌ی اسکن‌شده، برای افزایش سرعت، تمام بخش‌های دو اثرانگشت با یکدیگر تطبیق داده نمی‌شود و فقط همین جزئیات اختصاصی در هر سر انگشت تطبیق داده می‌شود؛ در‌صورتی‌که چندین مورد از این جزئیات با یکدیگر مطابقت داشته باشند، به‌معنای این است که هر دو اثرانگشت یکی هستند؛ استفاده از این روش نه‌تنها فرآیندهای لازم برای تطابق اثرانگشت‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه زمانی‌که سر انگشت اسکن‌شده کثیف و آغشته به مواد مختلف باشد، از ایجاد خطا جلوگیری می‌‌شود

نقاطی که با علامت + مشخص شده‌اند، نشان‌دهنده‌ی خطوط منحنی و نقاطی که با دایره مشخص شده، نشان‌دهنده‌ی نقطه‌ی پایانی خطوط منحنی یا محل تقسیم آن‌ها به دو شاخه است

همچنین در حسگرهایی که از این روش برای تطابق اثرانگشت‌های ثبت‌شده و اسکن‌شده استفاده می‌شود؛ تنها کافی است بخشی از اثرانگشت که در میان حسگر قرار می‌گیرد، اسکن شود.

یکی از مسائل بسیار مهمی که باید در هنگام طراحی حسگر اثرانگشت به آن توجه شود، حفظ امنیت اطلاعات و محافظت از آن‌ها دربرابر کد یا اپلیلیکیشنی است که بتواند آن‌‌ها را هک کند. برای دستیابی به این هدف، باید به‌جای آپلود آنلاین اطلاعات (در برخی از سامانه‌ها از کاربر خواسته می‌شد برای احراز هویت، علاوه‌بر ایجاد رمزعبور، اثرانگشت خود را نیز ثبت کند؛ نمونه‌ی ثبت‌شده هم می‌تواند در پایگاه داده‌‌‌ی آن سامانه ذخیره و نگه‌داری شود و هم روی دستگاه کاربر)، از پردازنده مبتنی بر معماری ARM برای نگه‌داری امن از این اطلاعات روی تراشه‌های فیزیکی استفاده شود. این پردازنده‌ها برای ذخیره‌سازی اطلاعات روی تراشه‌ها از فناوری تراست‌زون یا TrustZone (فناوری گسترده‌ای برای ایجاد امنیت برای سیستم‌های دارای هسته‌ی کورتکس و معماری ARM) که بر مبنای بهره‌گیری از محیط Trusted Execution Environment یا TEE (محیط امن پردازنده‌ها که محرمانه باقی‌ماندن و محافظت امن از اطلاعات درآن تضمین می‌شود) ایجاد شده است، استفاده می‌کنند. دسترسی به اطلاعات شخصی تأیید‌شده مثل رمزعبور اصلی تنها برای اپلیکیشن‌هایی که از رابط‌ برنامه‌نویسی کلاینت محیط TEE استفاده می‌کنند، امکان‌پذیر است.

محیط امن TEE می‌تواند برای دیگر فرایند‌های رمزگذاری و ارتباط مستقیم با دیگر پلتفرم‌های سخت‌افزاری امن مانند حسگرهای اثرانگشت جهت جلوگیری از هرگونه تجسس و جاسوسی نرم‌‌افزاری نیز استفاده شود.

استفاده از فناوری تراست‌زون برای محافظت از داده‌های زیست‌سنجی و رمزنگاری‌‌شده در برابر سیستم‌عامل غنی

کوالکام و اپل هم برای افزایش امنیت اطلاعات مربوط‌به اثرانگشت، از بخش مجزایی (محیط امن) در پردازنده‌های اصلی استفاده می‌کنند که اپلیکیشن‌های در‌حال اجرای سیستم‌عامل نمی‌توانند به آن دسترسی داشته باشند . در کل همه شرکت‌های سازنده‌ی‌ حسگر اثرانگشت از این روش به اشکال مختلفی برای محافظت از داده‌های حساس بهره می‌برند. درضمن اتحادیه‌ی فیدو یا اتحادیه‌ی تشخیص هویت آنلاین سریع (انجمن فعال در زمینه‌ی ایجاد استاندارد‌های جدید احراز هویت جهت کاهش وابستگی به رمز عبور) از همین محیط‌های امن سخت‌افزاری برای ایجاد ارتباط بین سخت‌افزار و سامانه‌های آنلاین جهت تشخیص یکدیگر و در نتیجه پروتکل‌های رمزگذاری قوی استفاده کرده است؛ بنابراین کاربران می‌توانند فقط با یک بار اسکن و ثبت اثرانگشت خود وارد وب‌سایت‌ها و فروشگاه‌های اینترنتی شوند و دفعات بعد رمز عبور خود را وارد کنند.

نحوه‌ی عملکرد لاگین فیدو بدون ارسال هیچ‌گونه اطلاعات شخصی قابل‌شناسایی

*رمز‌نگاری کلید عمومی: روشی از رمزنگاری که در آن کلید مورداستفاده برای رمرگذاری و رمزگشایی با یکدیگر تفاوت دارند.

کلید دیجیتالی: کلید مورداستفاده برای کسب اطمینان از بدون تغییرماندن اطلاعات

منتظر بخش بعدی مقاله باشید.