Face ID — nədir, TrueDepth texnologiyası və üz tanıma prinsipi

Face ID nədir?

Face ID — Apple tərəfindən iPhone və iPad üçün hazırlanmış biometrik autentifikasiya sistemidir. İstifadəçinin üzünün dəqiq 3D modelini qurmaq və onu saxlanılmış riyazi şablonla müqayisə etmək üçün TrueDepth kamerasından istifadə edir. Sistem infraqırmızı işıqlandırma sayəsində tam qaranlıqda işləyir.

İlk iPhone X (2017) Face ID-ni Touch ID-ni əvəz edərək əsas biometriya kimi təqdim etdi. Apple məlumatlarına görə, sistem 16 nüvəli Neural Engine, yalnız üz tanıma üçün saniyədə 600 milyarda qər əməliyyatı emal edir. İllər ərzində texnologiya bir neçə nəsil keçdi — iPhone X-dən iPhone 16 Pro-ya qədər, burada Face ID 30% daha sürətli işləyir və daha çox baxış bucaqlarını dəstəkləyir.

Face ID-nin rəqiblərdən əsas fərqi — adi 2D fotoşəkil deyil, 3D skanerdən istifadə etməsidir. Bu, sistemi şəkillər, maskalar və videolarla hücumlara qarşı davamlı edir. 2023-cü ildə Apple Face ID-nin ayda 10 milyard dəfədən çox autentifikasiya, ödənişlər və parol avtomatik doldurulması üçün istifadə edildiyini təsdiqlədi.

TrueDepth kamerasının arxitekturası

TrueDepth — üç əsas komponentdən ibarət kamera modulu: nöqtə proyektoru (Dot Projector), infraqırmızı kamera (Infrared Camera) və infraqırmızı işıqlandırma (Flood Illuminator). Hər üç komponent insan gözü üçün görünməz və görmə üçün təhlükəsiz olan 940 nm spektrində işləyir.

Nöqtə proyektoru (Dot Projector)

Proyektor istifadəçinin üzünə 30 000-dən çox görünməz infraqırmızı nöqtə proyeksiya etmək üçün lazer diodu və VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) difraksiya torundan istifadə edir. VCSEL lazeri gözlər üçün təhlükəsiz gücdə (IEC 60825-ə görə sinif 1) işləyir və 0,1 mm dəqiqliklə üzün dərinlik xəritəsini qurmağa imkan verir.

Infraqırmızı kamera və işıqlandırma

Infraqırmızı kamera nöqtələrin əksini oxuyur, Flood Illuminator isə zəif işıq şəraitində üzü bərabər IR işığı ilə işıqlandırır. Kamera məlumatları Neural Engine-ə ötürülür, o, üzün 3D modelini qurur və onu Secure Enclave-də saxlanılmış şablonla müqayisə edir. Proses 400 millisaniyədən az çəkir və tamamilə cihazda yerinə yetirilir.

Üz tanıma necə işləyir

Face ID prosesi üç mərhələdən ibarətdir: şəkil çəkmə, 3D model qurma və şablonla müqayisə. Birinci mərhələdə Flood Illuminator üzü işıqlandırır, Infrared Camera isə IR spektrində şəkil çəkir. Sonra Dot Projector üzə 30 000 nöqtəlik massiv proyeksiya edir və kamera onların istinad toruna nisbətən təhrifini qeydə alır.

Neural Engine hər nöqtənin təhrifini təhlil edir və üzün dərinlik xəritəsini qurur — üzün relyefini təsvir edən 30 000 X, Y, Z koordinatından ibarət dəst. Paralel olaraq, infraqırmızı şəkil Attention Aware yoxlaması üçün ikinci neyron şəbəkə tərəfindən təhlil edilir — sistem istifadəçinin birbaşa açıq gözlərlə ekrana baxdığını yoxlayır.

Dərinlik xəritəsi və IR şəkli təxminən 3 KB ölçüsündə riyazi şablon şəklində çevrilir və Secure Enclave-də saxlanılmış şablonlarla müqayisə edilir. Uyğunluq dərəcəsi həddi (iOS-da tənzimlənir) keçərsə, autentifikasiya uğurlu sayılır. Apple məlumatlarına görə, Face ID görünüş dəyişikliklərinə uyğunlaşır: saqqal, bıƵ, eynək, papaq taxma — neyron şəbəkə hər uğurlu açılışdan sonra şablonu yeniləyir.

2022-ci ildə iOS 15.4 buraxılışı ilə Apple maskada Face ID dəstəyini əlavə etdi. Sistem yalnız gözlər ətrafını təhlil edir — onların forması, bəbəklər arasındakı məsafə və göz yuvalarının dərinliyi. Bunun üçün maskalı üzlərin milyonlarla şəkli üzərində öyrədilmiş xüsusi alqoritmdən istifadə olunur. Maskada açılma bir qədər yavaş işləyir (0,6 s əvəz 0,4 s), lakin gündəlik istifadə üçün kifayət qədər təhlükəsizlik təmin edir.

Face ID təhlükəsizliyi: Secure Enclave və Attention Aware

Secure Enclave (SEP) — Apple A7 və daha yeni èiplarda əsas əməliyyat sistemindən müstəqil işləyən xüsusi koprosessordur. Face ID kontekstində Secure Enclave iki funksiya yerinə yetirir: biometrik şablonları şifrələnmiş formada saxlayır və yeni nümunəni şablonla riyazi müqayisə edir. iOS-un kamera məlumatlarına birbaşa çıxışı yoxdur — yalnız müqayisə nəticəsinə: uyğun və ya yox.

Üz şablonu cihazın ilk açılışında çipin unikal identifikatorundan (UID) yaradılan açarla şifrələnir. UID istehsal mərhələsində Secure Enclave-yə daxil edilir və kənardan oxunma üçün çatılmazdır. Apple Platform Security-yə görə, hətta Apple da cihazdan üz şablonunu çıxara bilməz.

Attention Aware — istifadəçinin şürlu şəkildə ekrana baxdığını yoxlayan əlavə təhlükəsizlik qatıdır. Gözlər bağlı və ya baxış yönəldilmiş olduqda Face ID telefonu açmır. Bu müdafiə yuxu zamanı və ya sahibinin xəbəri olmadan açılmanın qarşısını alır. Görmə məhdudiyyəti olan insanlar üçün Attention Aware tənzimləmələrdə söndürülə bilər, lakin bu təhlükəsizlik səviyyəsini aşağı salır.

Maska və silikon qəliblərdən qorunma

Apple kino sənayesi üçün peşəkar xüsusi effekt istehsalçıları tərəfindən hazırlanmış minlərlə maska ilə Face ID testləri apardı. Texnologiyaların kombinasiyası sayəsində heç bir maska sistemi aldata bilmədi: infraqırmızı kamera dərinin istilik şüalanmasını təhlil edir, Dot Projector 3D relyefi yoxlayır, Neural Engine isə üz əzələrinin mikrohərəkətlərini aşkar edir. Bazarda maska vasitəsilə Face ID-nin yan keçilməsi ilə bağlı heç bir təsdiqlənmiş hal qeydə alınmamışdır.

Face ID vs Touch ID: müqayisə

Face ID və Touch ID arasında seçim istifadə ssenarisindən və şəxsi üstünlüklərdən asılıdır. Face ID təmassız işləyir — istifadəçi sadəcə ekrana baxmalıdır. Touch ID düymə və ya sensorla fiziki təmas tələb edir, lakin cihazla göz təması tələb etmir.

COVID-19 pandemiyasından sonra Apple maskada Face ID açma imkanı əlavə etdi (iOS 15.4+) — sistem yalnız gözlər ətrafını təhlil edir. Lakin maksimum təhlükəsizlik üçün Apple tam üz tanıma istifadə etməyi tövsiyə edir. Touch ID hələ də iPhone SE və iPad-də (Home düyməsi) mövcuddur və maska, qalın şüşəli eynək taxan və ya tibbi əks göstərişləri olan istifadəçilər üçün üstünlük verilən metod olaraq qalır.

Kod nümunəsi: iOS-da LocalAuthentication

LocalAuthentication freymvorku iOS-da Face ID və Touch ID ilə işləmək üçün vahid API təmin edir. Tərtibatçı cihazda hansı sensorun quraşdırıldığını bilməlidir — sistem avtomatik olaraq mövcud biometriya metodunu seçir. Aşağıda diqqət yoxlaması ilə autentifikasiya nümunəsi verilmişdir.

import LocalAuthentication

class AuthManager {
    let context = LAContext()

    func authenticate() {
        var error: NSError?

        guard context.canEvaluatePolicy(
            .deviceOwnerAuthenticationWithBiometrics,
            error: &error
        ) else {
            print("Biometriya əlçatan deyil: \(error)")
            return
        }

        context.localizedReason = "Giriş üçün autentifikasiya tələb olunur"
        context.interactionNotAllowed = false

        context.evaluatePolicy(
            .deviceOwnerAuthenticationWithBiometrics
        ) { success, authError in
            if success {
                print("Autentifikasiya uğurla başa çatdı")
            } else {
                print("Xəta: \(authError)")
            }
        }
    }
}

canEvaluatePolicy metodu cihazda biometriyanın mövcudluğunu yoxlayır — Face ID konfiqurasiya edilməyibsə və ya çox sayda uğursuz cəhddən sonra bloklanıbsa, false qaytarır. interactionNotAllowed parametri sistemin istifadəçiyə dialoq göstərə biləcəyini müyyən edir. Face ID üçün iOS avtomatik olaraq üz tanıma ikonu və animasiyası əlavə edir.