Face ID — ما هو، تقنية TrueDepth ومبدأ التعرف على الوجوه

ما هو Face ID؟

Face ID هو نظام مصادقة حيوية طورته Apple لأجل iPhone و iPad. يستخدم كاميرا TrueDepth لبناء نموذج ثلاثي الأبعاد دقيق لوجه المستخدم ومقارنته بالقالب الرياضي المخزن. يعمل النظام في الظلام التام بفضل الإضاءة تحت الحمراء.

قدم أول iPhone X (2017) Face ID كتقنية بيومترية رئيسية، لتحل محل Touch ID. وفقًا لتصريحات Apple، يستخدم النظام شبكة عصبية على Neural Engine ذو 16 نواة، والذي يعالج ما يصل إلى 600 مليار عملية في الثانية حصريًا لتعرف على الوجوه. عبر السنوات، مرت التقنية بعدة أجيال — من iPhone X إلى iPhone 16 Pro، حيث يعمل Face ID بسرعة تزيد عن 30%، ويدعم زوايا رؤية أكثر.

الفرق الرئيسي بين Face ID ومنافسيه هو استخدام المسح الثلاثي الأبعاد بدلاً من الصورة ثنائية الأبعاد العادية. ما يجعل النظام مقاومًا للهجومات باستخدام الصور والأقنعة ومقاطع الفيديو. في عام 2023، أكدت Apple أن Face ID يستخدم أكثر من 10 مليار مرة شهريًا للمصادقة والدفع والإكمال التلقائي لكلمات المرور.

معمارية كاميرا TrueDepth

TrueDepth هو وحدة كاميرا تتكون من ثلاثة مكونات رئيسية: جهاز إسقاط النقاط (Dot Projector)، كاميرا أشعة تحت حمراء (Infrared Camera) ومضيء أشعة تحت حمراء (Flood Illuminator). تعمل المكونات الثلاثة في طيف 940 نانومتر، غير مرئية للعين البشرية وآمنة للرؤية.

جهاز إسقاط النقاط (Dot Projector)

يستخدم جهاز الإسقاط صمام ليزر وشبكة حيود VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) لإسقاط أكثر من 30 000 نقطة تحت حمراء غير مرئية على وجه المستخدم. يعمل ليزر VCSEL بمستويات طاقة آمنة للعيون (الفئة 1 حسب IEC 60825) ويسمح ببناء خارطة عمق للوجه بدقة تصل إلى 0.1 ملم.

الكاميرا تحت الحمراء والمضيء

تقوم الكاميرا تحت الحمراء بقراءة انعكاس النقاط، بينما يقوم Flood Illuminator بإضاءة الوجه بضوء أشعة تحت حمراء متجانس في ظروف الإضاءة المنخفضة. تُرسل بيانات الكاميرا إلى Neural Engine، الذي يبني نموذجًا ثلاثي الأبعاد للوجه ويقارنه بالقالب المخزن في Secure Enclave. تستغرق العملية أقل من 400 ملي ثانية وتتم بالكامل على الجهاز.

كيف يعمل التعرف على الوجوه

تتكون عملية Face ID من ثلاث مراحل: التقاط الصورة، بناء النموذج الثلاثي الأبعاد والمقارنة مع القالب. في المرحلة الأولى، يضيء Flood Illuminator الوجه، وتلتقط الكاميرا تحت الحمراء صورة في الطيف تحت الحمراء. ثم يقوم Dot Projector بإسقاط مصفوفة من 30 000 نقطة على الوجه، وتلتقط الكاميرا تشوهها بالنسبة للشبكة المرجعية.

يحلل Neural Engine تشوه كل نقطة ويبني خارطة عمق للوجه — مجموعة من 30 000 إحداثي X، Y، Z تصف تضاريس الوجه. في نفس الوقت، تحلل شبكة عصبية ثانية الصورة تحت الحمراء للتحقق من Attention Aware — يتأكد النظام من أن المستخدم ينظر مباشرة إلى الشاشة بعيون مفتوحة.

تتحول خارطة العمق والصورة تحت الحمراء إلى قالب رياضي بحجم 3 كيلوبايت تقريبًا، والذي يقارن مع القوالب المخزنة في Secure Enclave. إذا تجاوزت درجة المطابقة العتبة (قابلة للتكوين في iOS)، تعتبر المصادقة ناجحة. وفقًا لتصريحات Apple، يتكيف Face ID يتكيف مع تغيرات المظهر: اللحية والشارب والنظارات والقبعات — تقوم الشبكة العصبية بتحديث القالب بعد كل فتح ناجح.

مع إطلاق iOS 15.4 في 2022، أضافت Apple دعم Face ID مع الكمامة. يحلل النظام فقط المنطقة حول العينين — شكلهما والمسافة بين بؤبو العين وعمق المحاجر. يتم استخدام خوارزمية متخصصة مدربة على ملايين الصور لوجوه ترتدي الكمامات. فتح القفل بالكمامة أبطأ قليلًا (0.6 ث مقابل 0.4 ث)، ولكنه يوفر مستوى أمان كافيًا للاستخدام اليومي.

أمان Face ID: Secure Enclave و Attention Aware

Secure Enclave (SEP) هو معالج مساعد مخصص في شرائح Apple A7 وأحدث، يعمل بشكل مستقل عن نظام التشغيل الرئيسي. في سياق Face ID، يؤدي Secure Enclave وظيفتين: تخزين القوالب الحيوية بشكل مشفر وإجراء المقارنة الرياضية للعينة الجديدة مع القالب. ليس لـ iOS إمكانية الوصول إلى بيانات الكاميرا الخام — فقط نتيجة المقارنة: مطابق أم لا.

يتم تشفير قالب الوجه بمفتاح يتولد من المعرف الفريد للشريحة (UID) عند تشغيل الجهاز لأول مرة. UID مدمج في Secure Enclave أثناء التصنيع ولا يمكن قراءته من الخارج. وفقًا لـ Apple Platform Security، حتى Apple لا تستطيع استخراج قالب الوجه من الجهاز.

Attention Aware هو طبقة أمان إضافية تتحقق من أن المستخدم ينظر إلى الشاشة بوعي. لن يقم Face ID بفتح الهاتف إذا كانت العيون مغلقة أو النظر موجهًا إلى جانب آخر. تمنع هذه الحماية الفتح أثناء النوم أو بدون علم المالك. للأشخاص ذوي إعاقات بصرية، يمكن تعطيل Attention Aware في الإعدادات، ولكن هذا يقلل مستوى الأمان.

الحماية من الأقنعة وقوالب السيليكون

اختبرت Apple Face ID بأكثر من ألف قناع صنعها منتجون محترفون للمؤثرات الخاصة لصناعة السينما. لم تستطع أي قناع خداع النظام بفضل مزيج من التقنيات: تحلل الكاميرا تحت الحمراء الإشعاع الحراري للجلد، ويتحقق Dot Projector من التضاريس الثلاثية الأبعاد، ويكتشف Neural Engine الحركات الدقيقة لعضلات الوجه. لم يتم تسجيل أي حالة مؤكدة لتجاوز Face ID باستخدام قناع في السوق.

Face ID مقابل Touch ID: مقارنة

يعتمد اختيار بين Face ID و Touch ID على سيناريو الاستخدام والتفضيلات الشخصية. يعمل Face ID بدون لمس — يكفي أن ينظر المستخدم إلى الشاشة. يتطلب Touch ID لمساً فعليًا للزر أو المستشعر، ولكنه لا يتطلب اتصالاً بصريًا بالجهاز.

بعد جائحة COVID-19، أضافت Apple إمكانية فتح Face ID بالكمامة (iOS 15.4+) — يحلل النظام فقط المنطقة حول العينين. ولكن لتحقيق أقصى درجة من الأمان، توصي Apple باستخدام التعرف الكامل على الوجوه. لا يزال Touch ID متاحًا في iPhone SE و iPad (زر Home) ويبقى الطريقة المفضلة للمستخدمين الذين يرتدون الكمامات أو النظارات ذات العدسات السميكة أو لديهم موانع طبية.

مثال برمجي: LocalAuthentication على iOS

يوفر إطار LocalAuthentication واجهة برمجة تطبيقات موحدة للعمل مع Face ID و Touch ID على iOS. لا يحتاج المطور إلى معرفة المستشعر المحدد المثبت على الجهاز — يختار النظام تلقائيًا طريقة القياس الحيوي المتاحة. وفيما يلي مثال على المصادقة مع التحقق من الانتباه.

import LocalAuthentication

class AuthManager {
    let context = LAContext()

    func authenticate() {
        var error: NSError?

        guard context.canEvaluatePolicy(
            .deviceOwnerAuthenticationWithBiometrics,
            error: &error
        ) else {
            print("البيومتريا غير متاحة: \(error)")
            return
        }

        context.localizedReason = "مطلوبة المصادقة لتسجيل الدخول"
        context.interactionNotAllowed = false

        context.evaluatePolicy(
            .deviceOwnerAuthenticationWithBiometrics
        ) { success, authError in
            if success {
                print("تم المصادقة بنجاح")
            } else {
                print("خطأ: \(authError)")
            }
        }
    }
}

تتحقق طريقة canEvaluatePolicy من توفر البيومتريا على الجهاز — ترجع false إذا لم يتم إعداد Face ID أو كان مقفولًا بعد عدد كبير جدًا من المحاولات الفاشلة. يحدد المعلم interactionNotAllowed ما إذا كان النظام يستطيع عرض حوار للمستخدم. لـ Face ID، يضيف iOS تلقائيًا أيقونة وحركة التعرف على الوجوه.