Im

Smartphones mit Fingerabdrucksensoren haben den Markt überflutet, aber es ist noch nicht lange her, dass diese Sensoren es zu Smartphones im Budgetsegment geschafft haben. Diese Sensoren sind in letzter Zeit schneller und sicherer geworden. Daher werden diese Sensoren heutzutage hauptsächlich für die Sicherheit von Smartphones verwendet.

Der Verdrängungswettbewerb in der Smartphone-Branche und die sich entwickelnde Technologie haben uns in diese Phase gebracht, in der wir jeden zweiten Tag auf eine neue Innovation stoßen. Fingerabdrucksensoren sind ebenfalls weit entfernt, wobei das aktuelle Schlagwort Fingerabdrucksensoren im Display sind. Smartphone-Hersteller wie Xiaomi, Realme und Oppo haben dafür gesorgt, dass die Technologie nicht nur auf Flaggschiff-Geräte beschränkt ist.

Neuere Geräte wie Realme X, Redmi K20 und OPPO K3 bieten In-Display-Fingerabdruckscanner zu einem schwer verdaulichen Preis an. Lassen Sie uns vor diesem Hintergrund herausfinden, was diese In-Display-Fingerabdrucksensortechnologie ist und wie sie funktioniert.

Geschichte

Beginnen wir von vorne, als alles begann. Das Eintauchen in die Geschichte der Fingerabdruckleser auf Mobilgeräten führt uns zum 2004 eingeführten ' Pantech GI100 '. Dieses Gerät war mit einem Fingerabdruckleser ausgestattet, dem ersten seiner Art. Die nächsten Geräte, die dem Trend ' G900 und G500 ' folgen, kamen 2007 von Toshiba. Später traten Hersteller wie HTC, Acer und Motorola mit ihren jeweiligen Geräten in die Liga ein. Auch Apple trat 2013 der Party bei, als das iPhone 5s einen Fingerabdrucksensor erhielt. Der in Cupertino ansässige Riese nannte ihn Touch ID. Seitdem haben die Fingerabdrucksensortechnologien einige wesentliche Änderungen erfahren.

Technikbegeisterte wissen möglicherweise, dass drei verschiedene Technologien zur Authentifizierung von Fingerabdrücken in Aktion sind. Die In-Display-Fingerabdrucktechnologie profitiert derzeit jedoch nur von beiden.

Bevor wir uns mit dem Gesamtbild befassen, lassen Sie uns die grundlegende Technologie in den dahinter stehenden Arbeiten verstehen. Alle Fingerabdrucksensoren verfolgen diese einzigartigen Tracking-Grate und -Linien an Ihren Fingern. Bei diesem Verfolgungsprozess können jedoch verschiedene Technologien am Werk sein, einschließlich optischer Abtastung, kapazitiver Abtastung oder Ultraschallabtastung.

Arten von Fingerabdruckscannern

1. Optische Scanner (werden in In-Display-Fingerabdrucksensoren verwendet)
2. Ultraschallscanner (werden in In-Display-Fingerabdruckscannern verwendet)
3. Kapazitive Scanner

Optische Scanner im Display

Optische Scanner gibt es schon seit einiger Zeit und sie sind die ältesten Methoden zur Authentifizierung von Fingerabdrücken. In-Display-optische Sensoren sind jedoch für Smartphones vergleichsweise neu. Vivo Apex, ein auf der MWC 2018 vorgestelltes Konzeptgerät, hat in der Smartphone-Branche viele Blicke auf sich gezogen. Das Gerät war mit 'CLEAR ID 9500' ausgestattet, einem optischen Fingerabdrucksensor, der von Synaptics, dem in den USA ansässigen Sensorhersteller, entwickelt wurde. Es wurde später in einem neuen Gerät namens "Vivo X20 Plus UD" an die Verbraucher gebracht. Das neue Design wurde bald von Unternehmen wie OPPO, Samsung, Huawei und anderen übernommen. Der größte Teil des Fingerabdrucksensors, den wir sehen, ist ein optischer Fingerabdrucksensor, und sie können problemlos mit Arduino, Raspberry pi und anderen Mikrocontrollern verbunden werden.

Funktionsweise des optischen Fingerabdrucksensors

Die Technologie basiert auf der Erfassung eines Bildes Ihres Fingerabdrucks und der weiteren Analyse, ob der aktuelle Fingerabdruck mit dem gespeicherten Bild übereinstimmt. Ein ladungsgekoppeltes Gerät (CCD) befindet sich im Herzen eines optischen Sensors, der auch in Digitalkameras und Camcordern verwendet wird. Für Leute, die es nicht wissen, ist ein CCD eine Anordnung von lichtempfindlichen Dioden, die als Photosites bezeichnet werden und elektrische Signale als Reaktion auf Lichtphotonen erzeugen.

Sobald Sie Ihren Finger auf den Sensor legen, leuchtet eine Reihe von Leuchtdioden (LEDs) auf, um die Rippen und Lücken zu beleuchten, und eine CCD-Kamera erfasst schnell ein Bild desselben. Das CCD-System erzeugt ein invertiertes Bild des Fingers, wobei dunklere Bereiche mehr reflektiertes Licht (die Rippen des Fingers) und hellere Bereiche weniger reflektiertes Licht (die Täler zwischen den Rippen) darstellen. Das aufgenommene Bild wird dann mit dem gespeicherten Bild verglichen.

Die optischen Sensoren sind leicht zu täuschen, da die verwendete Technologie ein 2D-Bild erfasst und ein Bild von guter Qualität möglicherweise diese Sicherheit durchbrechen kann. Es ist erwähnenswert, dass die Technologie nur mit OLED-Displays funktioniert, bei denen Lücken in der Rückwandplatine vorhanden sind. In-Display-Fingerabdrucksensoren waren anfangs nicht so zuverlässig und schnell wie heute. In letzter Zeit haben sich die Dinge zugunsten dieser Sensoren geändert.

In-Display-Ultraschallscanner

Ultraschallsensoren sind die neuesten verwendeten Fingerabdrucktechnologien. Wie der Name schon sagt, verwenden diese Sensoren hochfrequenten Ultraschall, um Ihren Fingerabdruck abzubilden. Samsung hat sich mit Qualcomm zusammengetan, um das erste Gerät mit einem eingebauten Ultraschall-Fingerabdrucksensor, das Galaxy S10 / S10 +, auf den Markt zu bringen. Das Gerät war auch das erste mit dem 3D Sonic-Sensor von Qualcomm, der eine Iteration der Sense ID darstellt.

Die neueste Ultraschalltechnologie von Qualcomm arbeitet mit Glas mit einer Dicke von bis zu 800 Mikrometern. Das Unternehmen behauptet eine Latenz von 250 Millisekunden für das Entsperren, die nahe an der Leistung eines kapazitiven Fingerabdruckscanners liegt.

Funktionsweise des Ultraschall-Fingerabdrucksensors

Die Hardware dieser Scanner besteht aus einem Ultraschallsender und -empfänger. Der Scanvorgang beginnt, sobald eine Fingerspitze auf den Sensor gelegt wird. Der Sender sendet einen Ultraschallimpuls aus, der mit den Rippen und Tälern an der Fingerspitze kollidiert. Ein Teil des Impulsdrucks wird absorbiert und ein Teil wird zum Sensor zurückgeworfen. Das Ausmaß der Absorption und des Rückpralls des Pulses variiert mit unterschiedlichen Fingerabdrücken. Wenn man sich weiter bewegt, wird ein Sensor verwendet, der mechanische Beanspruchungen erfassen kann, um die Intensität des zurückkommenden Ultraschallimpulses an verschiedenen Punkten des Scanners zu berechnen. Diese Scanner erhalten detaillierte Informationen, was zu einer detaillierten 3D-Nachbildung des gescannten Fingerabdrucks führt.

Da diese Scanner unter dem Display liegen. Die Wellen von Ultraschallsensoren müssen durch die Rückwandplatine, das Glas und die Schutzabdeckung des Displays laufen, bevor Sie Ihren Finger erreichen. Daher stellen die Hersteller sicher, dass das für die Anzeige verwendete Glas nicht zu dick ist. Having said that, ist es ratsam, nicht zusätzlichen Schutz hinzuzufügen, wie zum Beispiel einer Displayschutzfolie, die richtig diese Technologie von der Arbeit verhindern.

Nicht viele Geräte sind mit einem Ultraschallsensor ausgestattet, der die teuerste verfügbare Technologie darstellt. Flaggschiff-Geräte wie das Samsung Galaxy S10 / 10 + sind mit einem Ultraschallsensor ausgestattet. Es bleibt jedoch noch einige Zeit, bis diese Technologie das Budgetsegment durchdringt.

Kapazitive Scanner

Kapazitive Sensoren sind heutzutage die am häufigsten verwendeten Sensoren und können auf jedem anderen Gerät gefunden werden, auf das Sie stoßen. Diese Sensoren verwenden Kondensatoren als Kernkomponente, eine elektronische Komponente zur Speicherung elektrischer Energie. Die Technologie wird derzeit nicht für das Scannen von Fingerabdrücken im Display verwendet.

Funktion des kapazitiven Fingerabdrucksensors

Auch diese Sensoren scannen die Grate und Täler auf Fingerabdrücken. In diesem Fall wird jedoch elektrischer Strom verwendet, um Daten anstelle von Licht zu sammeln. Eine Anordnung von Kondensatoren ist unter der Abtastfläche angeordnet, um Fingerabdruckdetails zu erfassen. Wenn eine Fingerspitze auf die Abtastfläche gelegt wird, ändert sich die auf dem Kondensator gespeicherte Ladung. Dieser Ladungsunterschied wird von einer Operationsverstärker-Integratorschaltung verfolgt, die ferner von einem Analog-Digital-Wandler aufgezeichnet wird.

Die erfassten Daten werden zur Authentifizierung verwendet. Es ist erwähnenswert, dass die Fähigkeit kapazitiver Sensoren mit der Zunahme der Anzahl der Kondensatoren zunimmt. Diese Scanner bieten eine bessere Sicherheit, sind schnell und wahnsinnig schwer zu täuschen. Kapazitive Sensoren sind teurer als optische und wurden damals nur in Flaggschiff-Geräten eingesetzt. Darüber hinaus ist dies das Jahr 2019, und kapazitive Sensoren haben alle Segmente der Smartphone-Branche erreicht. Kapazitive Touchpads sind billig und können von jedem Gerät problemlos integriert werden.

Algorithmus und Kryptographie

Das Scannen ist nur die Hälfte des Prozesses, obwohl es wichtig ist, die Daten an einem sicheren Ort zu speichern. Für diesen Prozess wird dem Sensor ein dedizierter IC hinzugefügt, der sich mit der Interpretation gescannter Daten und ihrer weiteren Übertragung an den Prozessor befasst. Der gesicherte Ort ist nicht zugänglich und selbst das Rooten kann nicht helfen, einzudringen. Jeder Hersteller verfolgt einen anderen Ansatz und verwendet unterschiedliche Algorithmen, um die wichtigsten Fingerabdruckmerkmale zu identifizieren. Im Allgemeinen suchen diese Algorithmen nach sehr spezifischen Merkmalen, die als Minutien bezeichnet werden, bei denen die Linien in Ihrem Fingerabdruck enden oder in zwei Teile geteilt werden. Daher kann der Scanner mit diesen Kleinigkeiten übereinstimmen, anstatt den gesamten Fingerabdruck erneut zu scannen. Das macht den gesamten Prozess ein bisschen schneller.

In Zukunft verfügen diese Sensorhersteller über separate Lagersysteme. ARM verwendet die auf Trusted Execution Environment (TEE) basierende TrustZone-Technologie, mit der Daten an einem sicheren Ort im Hauptprozessor gespeichert werden. Qualcomm hingegen verwendet die Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) zum Sichern privater Verschlüsselungsschlüssel und Kennwörter. Diese Systeme haben möglicherweise unterschiedliche Namen, aber alle haben ein gemeinsames Ziel: den Schutz von Daten.

Was ist besser optisch oder Ultraschall?

Ultraschallscanner sind natürlich besser, da sie vom 3D-Scanprozess profitieren, während optische Scanner wie bereits erwähnt nur 2D-Scannen können. Außerdem sind Ultraschallsensoren extrem klein. Der neueste 3D-Schallsensor von Qualcomm misst nur 0,2 mm. Der kleine Formfaktor dieser Sensoren erfüllt die aktuelle Nachfrage nach schlanken Geräten ohne Rahmen. Wenn Sie sich weiter bewegen, werden diese Sensoren auch nicht von Staub, Fett oder nassen Händen beeinflusst.

Es gibt jedoch nicht viele Geräte, die Ultraschallsensoren verwenden und die vollständig mit den Herstellungskosten zu tun haben. Diese Sensoren sind teuer und ab sofort nur auf Flaggschiffgeräten ausgewählter Geräte verfügbar.

Was sind die neuesten Geräte mit eingebauten Fingerabdruckscannern?

Nun, da Sie sich der aktuellen Technologien und ihrer Funktionsweise bewusst sind. Es wäre sogar noch besser, wenn Sie die neuesten Geräte mit eingebauten Fingerabdrucksensoren und deren Typ kennen.

Geräte mit optischen In-Display-Scannern	Geräte mit Ultraschall-In-Display-Scannern
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X.
One Plus 7/7 Pro
OPPO K3
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
One Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9