سنسور اثر انگشت گوشی چیست و بررسی انواع و عملکرد آن

در گذشته سنسور اثر انگشت گوشی (Fingerprint) تنها در گوشی های پرچمدار و رده بالا مورد استفاده قرار می‌گرفت. اما امروزه در گوشی های اقتصادی و حتی برخی از گوشی های پایین رده نیز این امکان تعبیه شده و اکثر گوشی‌ های هوشمند به این سنسورها مجهز هستند. این سنسور ها دارای انواع مختلفی هستند که هر یک از آنها از خصوصیات و ویژگی های متفاوتی برخوردار می باشند.

به دلیل استقبال فوق العاده بالای مردم از این سنسورها، شرکت ‌های تولید کننده سعی کرده اند تا این فناوری را ارتقا دهند و امروزه شاهد وجود چند نسل مختلف از سنسور اثر انگشت در گوشی ‌های هوشمند هستیم که هر یک از آنها نسبت به مدل‌ های قدیمی تر، از عملکرد بهتر و سریع تری برخوردار می ‌باشند.

به دلیل اهمیت این موضوع  تکنوسان مگ با نگارش این مقاله قصد دارد تا به معرفی جامع و کامل حسگر اثر انگشت و انواع مختلف آن بپردازد. در نتیجه اگر شما هم تمایل به داشتن اطلاعات در این زمینه هستید پیشنهاد میکنیم خواندن ادامه این مطلب را از دست ندهید.

نحوه عملکرد حسگر اثر انگشت

همانطور که میدانید اثر انگشت هر فرد از یک سری خطوط و برجستگی که در قسمت نوک انگشت شکل گرفته تشکیل شده است. در واقع وجود این خطوط و برجستگی ها به فرد کمک می کند تا به هنگام لمس کردن اشیا مختلف، از افتادن آن ها پیشگیری به عمل بیاورد و این کار با به وجود آوردن اصطکاک بین آن شی و انگشتان دست شما انجام می دهد.

طبق اطلاعات به دست آمده، اثر انگشت هر فرد تنها متعلق به خود آن فرد می باشد و به بیان دیگر اثر انگشت هر فرد انحصاری است. این موضوع به این معنی است که امکان یکسان بودن اثر انگشت دو فرد مختلف وجود ندارد. از آنجایی که اثر انگشت افراد مختلف روی کره زمین یکتا می باشد، در نتیجه امروزه از آن به عنوان یکی از وسایل امنیتی بیومتریک در گوشی‌ های هوشمند استفاده می گردد.

اگر می خواهید از سنسور اسکن اثر انگشت گوشیتان برای رمزگشایی استفاده کنید می بایست مراحل زیر را طی نمایید:

1.     ثبت اثر انگشت: اولین کاری که برای رمز گشایی گوشی با استفاده از اثر انگشت می بایست انجام دهید، ثبت اثر انگشت در گوشی تان می باشد. برای این منظور می بایست اثر انگشت خود را روی سنسور اثر انگشت که بر روی گوشی هوشمندتان تعبیه شده است قرار دهید تا این سنسور با اسکن کردن اثر انگشت شما و تجزیه و تحلیل آن، اقدام به ذخیره اطلاعات مربوط به اثر انگشت شما به صورت کد شده در دیتابیس خود نماید تا از آن برای رمز گشایی گوشی در آینده بهره ببرد.
2.     اعتبارسنجی: پس از اینکه شما اقدام به ثبت اثر انگشت خود در گوشی هوشمندتان نمودید، گوشی شما برای احراز هویت و رمزگشایی از اطلاعات ثبت شده اثر انگشت شما که در دیتابیس ذخیره نموده است استفاده می نماید. در طول این روند شما می بایست اثر انگشت خود را بر روی این سنسور قرار دهید تا سنسور اقدام به اسکن کردن اثر انگشت شما نماید و آن را با داده های موجود در دیتابیس تطبیق دهد. در صورت یکی بودن اثر انگشت شما با داده های موجود در دیتابیس، رمز گوشی باز می‌ شود و شما امکان دسترسی به بخش های مختلف گوشی را دارا خواهید بود.

انواع حسگر اثر انگشت

انواع مختلفی از حسگرهای اثر انگشت توسط تولیدکنندگان مختلف تولید و به بازار ارائه شده است که از آن جمله می توانیم به حسگرهای نوری یا اپتیکال، حسگرهای خازنی، حسگر های فراصوت یا التراسونیک اشاره نماییم. در زیر به بررسی این حسگرها به صورت کامل می پردازیم.

حسگرهای نوری یا اپتیکال

از جمله قدیمی ‌ترین اسکنرهای اثر انگشت موجود در بازار می‌ توان به حسگرهای اپتیکال اشاره کرد که برای ثبت اثر انگشت و اسکن آن از نور استفاده می کنند. سنسور های فوق اقدام به گرفتن یک عکس دیجیتالی از اثر انگشت کاربر می کنند و با استفاده از الگوریتم هایی که برای آنها تعریف شده، جهت تطبیق الگو های انحصاری خطوط و برجستگی های روی اثر انگشت در نقاط تاریک و روشن تصویر و تطابق آن با الگوهای موجود در دیتابیس اقدام به احراز هویت می نمایند.

بنابراین هنگامی که شما انگشت خود را برای ثبت برجستگی ها و خطوط موجود روی آن مقابل اسکنر می گیرید، اسکنر اقدام به تشکیل یک محیط کاملا تاریک می نماید. در نتیجه برای آنکه بتوان تصویر روشن تری ثبت نمود، از یک ال ای دی که به عنوان فلش مورد استفاده قرار می‌گیرد بهره گرفته می شود.

در اصل سنسورهای اپتیکال درست شبیه به دوربین ‌های عکاسی عمل می‌کنند و در نتیجه از رزولوشن های مختلفی برخوردار هستند. بی شک سنسورهایی که رزولوشن بالاتری دارند، به دلیل اینکه تصویر با کیفیت تری را می‌ گیرند از امنیت بالاتری نیز برخوردار خواهند بود و امکان خطا و اشتباه در آن ها کمتر از مدل های دیگر است. همانطور که پیشتر هم به آن اشاره کردیم، اولین نسل سنسورهای اثر انگشت، حسگرهای اپتیکال هستند که امروزه کمتر از آنها استفاده می شود و تنها در برخی از گوشی‌ هایی که از قیمت بالاتری برخوردارند شاهد استفاده از این نوع حسگر اثر انگشت هستیم. از جمله دلایل منسوخ شدن این سنسورها و جایگزین شدن آنها با سنسورهای دیگر موارد زیر را می توان برشمرد:

•       مدار بزرگ: از آنجایی که امروزه اغلب کاربران و کمپانی ها ترجیح می دهند تا گوشی‌ هایی با وزن سبک تر و ابعاد باریک ‌تر را مورد استفاده قرار دهند. در نتیجه این سنسورها به دلیل اینکه از مدارهای بزرگی برخوردار بودند کم کم منسوخ شدند و جای خود را به دو سنسور جدیدتر که از مدار کوچک تری برخوردار بودند دادند.
•       سطح پایین امنیت: از آنجایی که این سنسورها برای چک کردن اثر انگشت تنها دو بعد تصویر را مورد بررسی قرار می‌ دادند از نظر امنیتی نسبتاً ضعیف بودند و با استفاده از عکس های باکیفیت و یا انگشت های پروتزی می‌ توان امنیت آنها را زیر سوال برد و قفل گوشی ها را به راحتی هک کرد!

سنسور اثر انگشت خازنی

این سنسور ها برای شناسایی اثر انگشت از خازن استفاده می ‌نمایند. خازن در واقع نوعی وسیله الکترونیکی است که اقدام به ذخیره انرژی الکتریکی در یک میدان الکتریکی می نماید. ایراد حسگرهای اپتیکال دو بعدی بودن آنها و امکان ثبت اثر انگشت با جزئیات پایین بود؛ ولی خوشبختانه حسگرهای خازنی با ثبت دقیق جزئیات اثر انگشت توانسته ‌اند این عیب را پوشش دهند و کلیه جزئیات را از طریق سیگنال ‌های الکتریکی ثبت نمایند. در واقع برای ذخیره دیتاهای مربوط به اثر انگشت، این حسگرها از یکسری مدار که از خازن های کوچک تشکیل شده بهره می ‌برند. مدارهای فوق در واقع آرایه ای مرتب از خازن های کوچک هستند.

نحوه عملکرد این خازن های کوچک به این شکل است که این خازن ها دارای بار الکتریکی هستند و هنگامی که اثر انگشت کاربر روی سنسور قرار می‌گیرد بار الکتریکی شان تغییر پیدا می کند و در صورت عدم تماس هیچ گونه تغییری در این بارها به وجود نخواهد آمد. تغییراتی که در بار خازن به وجود می ‌آید، توسط تغذیه یک تقویت کننده عملیاتی شناسایی می شود و در مرحله بعد یک مبدل آنالوگ به دیجیتال اقدام به ثبت تغییرات بار نموده و در مرحله آخر با استفاده از الگوریتم های موجود در این مدارها، اقدام به تطابق اثر انگشت کاربر با داده هایی که از پیش در دیتابیس ذخیره شده ‌اند می نماید و در صورت تطابق قفل گوشی باز می شود.

در اولین مرتبه برای انجام این کار ابتدا می بایست اثر انگشت کاربر در دیتابیس ذخیره شود تا برای تجزیه و تحلیل های بعدی و تایید اعتبار کاربر به هنگام باز کردن قفل گوشی از آن بهره گرفته شود. به دلیل آن که در طول این فرآیند تصاویر به صورت دو بعدی ذخیره نمی شوند، در نتیجه می توان امنیت سنسورهای خازنی را نسبت به سنسورهای اپتیکال بیشتر عنوان نمود. در نتیجه از عکس های با کیفیت اثر انگشت یا پروتز های مصنوعی نمی‌ توان برای باز کردن اسکنرهای خازنی استفاده کرد. همین موضوع سبب شده تا اسکنرهای فوق بتوانند در بین مشتریان محبوبیت بیشتری کسب کنند و امروزه شاهد استفاده گسترده از این سنسورها بر روی گوشی ‌های هوشمند مختلف هستیم.

سنسور اثر انگشت اولتراسونیک یا فراصوت

جدیدترین فناوری اسکن اثر انگشت که به بازار ارائه شده، حسگرهای اولتراسونیک هستند که شاهد استفاده گسترده از آنها در گوشی ‌های هوشمند هستیم. حسگر های فوق برای شناسایی اثر انگشت از صدای فراصوت با فرکانس بالا کمک می‌ گیرند و از دقت و سرعت بسیار بالایی برخوردار می باشند.

این سنسورها از یک گیرنده و فرستنده التراسونیک برای احراز هویت استفاده می نمایند. در طول این فرآیند پالس های التراسونیک که توسط فرستنده به طرف انگشتی که بر روی اسکنر قرار گرفته است ارسال می گردد. بلافاصله پس از اینکه به انگشت به این اسکنر ها برخورد نمود، مقداری از آن رد و مقدار دیگری از آن منعکس می گردد.

پالسی که منعکس شده به وسیله گیرنده التراسونیک دریافت می شود و به تناسب شدت نبض، یک تصویر سه بعدی اثر انگشت از آن حاصل می‌ شود. لازم به ذکر است که تغییراتی که در شدت پالس بازگشتی به وجود می ‌آیند، به خاطر برجستگی ها و خطوط موجود روی انگشت می باشد. این سنسورها هم مثل سنسورهای خازنی بسیار دقیق و امن هستند.

گیرنده التراسونیک هم برای آنکه بتواند اقدام به تشخیص تغییر شدت پالس منعکس شده نماید، تنش مکانیکی اثر انگشت را که بر روی اسکنر به وجود آمده مد نظر قرار می ‌دهد. در نتیجه هر چه از لحظه قرار گرفتن انگشت بر روی اسکنر زمان بیشتری بگذارید، نهایتاً جزئیات بیشتری از انگشت توسط اسکنر ثبت می‌گردد و تصویر سه ‌بعدی دقیق تری از آن حاصل می ‌شود و این امر می ‌تواند به تشخیص دقیق تر کمک کند.

از جمله مزایای ویژه ‌ای که این حسگرها در مقایسه با حسگرهای دیگر دارا هستند این است که تولید کنندگان می توانند برای تولید این حسگرها اقدام به قرار دادن آنها در زیر بدنه فلزی یا پلاستیکی گوشی ‌ها نمایند و این موضوع منجر به افت کیفیت حسگرهای فوق نمی گردد. از جمله معایب این اسکنرها نیز سرعت پایین تر آنها نسبت به حسگر های قبلی می باشد.

دلیل استفاده از حسگر اثر انگشت در گوشی های هوشمند

از جمله دلایل اصلی استفاده از سنسورهای مختلف اثر انگشت بر روی گوشی ‌های هوشمند می‌ توان به بالا بودن امنیت این سنسور ها اشاره نمود. علاوه بر این پس از معرفی سنسورهای فوق به بازار، کاربران برای رمز گشایی گوشی راحت تر شدند و دیگر نیازی به وارد کردن رمز برای استفاده از گوشی نداشتند.

البته سنسور اثر انگشت گوشی در کنار سخت افزار از یک نرم ‌افزار نیز برای شناسایی اثر انگشت استفاده می کند. در اصل این سنسورها از یک آی سی اختصاصی و اسکنر استفاده می کنند و اقدام به ذخیره سازی و انتقال تصاویر ضبط شده به نرم ‌افزار شناسایی، برای پردازش داده های دریافتی می نمایند. اطلاعات و داده هایی که توسط اسکنر ثبت می ‌شود در محل امنی بر روی گوشی نگهداری می‌ شود. به همین خاطر داده‌ های مربوط به این اسکنرها از دسترس سایر اپلیکیشن ها خارج هستند تا نتوان به اطلاعات مهم گوشی به راحتی دسترسی پیدا کرد و امنیت گوشی را دچار اختلال و مشکل نمود.

جمع بندی

یکی از فناوری های پرکاربردی که در گوشی‌ های هوشمند شاهد استفاده از آن هستیم، حسگر اثر انگشت می باشد. حسگرهای اثر انگشت در سه نوع مختلف به بازار ارائه شده اند که نوع اپتیکال یا نوری به دلیل ضعف در عملکرد نتوانست به عملکرد خود ادامه دهد و امروزه این نوع حسگر ها عملاً منسوخ شده‌اند.

اما دو سنسور دیگر هنوز هم در گوشی‌ های هوشمند استفاده می ‌شوند و هر روز شاهد بهبود عملکرد این حسگرها در نسخه های جدید تر هستیم. گوشی هایی که قفل آنها با استفاده از حسگر اثر انگشت باز می شود، علاوه بر سرعت در رمزگشایی دارای امنیت بالایی نیز هستند.

آیا شما هم از حسگر اثر انگشت گوشی خود برای رمز گشایی گوشی استفاده می نمایید؟ استفاده از این حسگرها را تا چه حد کاربردی و امنیتی می دانید؟