Touch ID: какво е, сензор за пръстови отпечатъци и принцип на работа

Какво е Touch ID?

Touch ID — е биометричен сензор, вграден в бутона Home (iPhone 5S–iPhone 8/SE) или страничния бутон (iPad Air 4+, iPad mini 6+). Състои се от сапфирено стъкло (защита от драскотини), капацитивна сензорна матрица и пръстен за откриване на пръст, който активира скенера при допир.

При първото включване потребителят регистрира своя отпечатък — сензорът прави няколко снимки на пръста от различни ъгли и създава математически шаблон. Според Apple, скенерът разчита папиларния модел на субдермално ниво — под горния слой на кожата, което предпазва от снемане на отпечатъка от повърхността.

Touch ID поддържа до пет отпечатъка — могат да се добавят пръсти от двете ръце или отпечатъци на членове на семейството. Сензорът работи при всякакво положение на пръста благодарение на 360-градусово разпознаване. От пускането си през 2013 г., Touch ID се използва за отключване на iPhone, потвърждаване на покупки в App Store, плащане чрез Apple Pay и оторизация в приложения на трети страни.

Технология на капацитивния сензор

Капацитивен скенер за пръстови отпечатъци Touch ID се състои от масив от 500 точки на инч (ppi) микроскопични кондензатори, разположени на повърхността на силициев чип. Всеки кондензатор измерва електрическия капацитет между пръста и сензора. Гребените на папиларния модел (издатини) са по-близо до сензора и създават по-голям капацитет, а долините — по-малък.

Разликата в капацитета между 50 000 съседни кондензатора формира изображение на отпечатъка с разделителна способност 500 ppi. Сапфирено стъкло с дебелина 0,1 mm предпазва сензора от драскотини и осигурява електрическа изолация. Според Apple, сапфирът отстъпва по твърдост само на диаманта — това предотвратява износването на сензора дори след милиони докосвания.

Скенерът Touch ID от второ поколение (от iPhone 8) използва подобрен кондензаторен масив с по-висока плътност — 800 ppi вместо 500. Това позволи увеличаване на скоростта на сканиране с 30% и подобряване на точността за мокри или сухи пръсти. Времето за регистриране на нов отпечатък беше намалено от 12 на 8 докосвания.

Поколения Touch ID: от iPhone 5S до iPhone SE

Първото поколение Touch ID дебютира в iPhone 5S и се използва до iPhone 7. Сензорът беше вграден в механичния бутон Home и имаше резолюция 500 ppi. С времето Apple подобри алгоритмите за обработка: iOS 10 добави адаптивно обучение — шаблонът на отпечатъка постепенно се актуализира при всяко сканиране, улавяйки нови части от модела.

Второто поколение Touch ID се появи с iPhone 8 и iPad Pro 2018. Ключови промени: по-плътен кондензаторен масив (800 ppi), по-добра работа с мокри пръсти и нова интеграция с Secure Enclave — седмото поколение SEP позволи ускоряване на криптографските операции с 40%. iPhone SE (2-ро и 3-то поколение) запази Touch ID от второ поколение като алтернатива на Face ID за потребители, които предпочитат бутона Home.

На MacBook Pro Touch ID е реализиран като отделен сензор вдясно от клавиша Touch Bar (или в бутона Touch ID на модели без Touch Bar). На Mac се използва същият Secure Enclave T2 или M-чип. Според Apple Platform Security, на Mac Touch ID съхранява отделни шаблони за всеки потребител и автоматично се изключва при активиране на гост режим.

Адаптивно обучение на Touch ID

От iOS 10 Touch ID поддържа адаптивно обучение — алгоритъмът постепенно разширява шаблона на отпечатъка след всяко успешно удостоверяване. Ако потребителят докосва сензора с различни части на пръста, шаблонът се обогатява с нови миниции (точки на разклонение и завършване на гребени). Адаптивното обучение повишава точността на разпознаване с 15–20% през първите две седмици след регистриране на отпечатъка.

Сигурност: Secure Enclave и защита на отпечатъците

Secure Enclave — специален копроцесор в чипа Apple A7–A18 и M1–M4, който изолира биометричните данни от основната операционна система. При регистриране на отпечатъка сензорът предава изображението директно на Secure Enclave чрез защитен периферен канал. iOS получава само известието „шаблонът е запазен“ или резултата от сравнението „съвпада / не съвпада“.

Математическият шаблон на отпечатъка се съхранява в криптирана форма вътре в Secure Enclave. Ключът за криптиране се генерира на базата на уникален идентификатор на чипа (UID), който се програмира на етапа на производство и не може да бъде прочетен. Според Apple Security White Paper, нито едно приложение, включително iOS, няма достъп до шаблона на отпечатъка — API връща само булева стойност за успеха на удостоверяването.

Touch ID също е защитен от атаки с фалшиви отпечатъци. Капацитивният сензор измерва електрическата проводимост на живата тъкан, поради което изсушени или силиконови копия на отпечатъци не работят. Допълнителна защита: след 5 неуспешни опита Touch ID се блокира и изисква въвеждане на парола, а след 48 часа бездействие устройството също изисква парола преди биометрия.

Ограничения на Touch ID

Въпреки високата надеждност, Touch ID има ограничения. Скенерът може да не работи при силно замърсяване на пръста (боя, масло, мръсотия), при дерматологични заболявания (екзема, псориазис) или при прекалено суха кожа. Мокрият пръст е най-честата причина за отказ на сензора, тъй като водата шунтира капацитета на кондензаторите. Apple препоръчва да регистрирате няколко отпечатъка на един и същ пръст под различни ъгли, за да увеличите вероятността за успешно разчитане.

Touch ID в Apple Pay

За плащане чрез Apple Pay с Touch ID, потребителят поставя пръста си върху сензора, докато държи iPhone до терминала. Транзакцията се потвърждава с криптографски подпис, създаден от Secure Enclave. Номерът на картата и отпечатъкът не се предават на продавача — използва се токенизация. Всяка транзакция получава уникален код (токен), който не може да бъде използван повторно. Touch ID за Apple Pay е достъпен на iPhone 5S и по-нови, както и на iPad и Mac със сензор.

Touch ID срещу Face ID: кое да изберете

С пускането на iPhone X през 2017 г., Apple започна прехода от Touch ID към Face ID, но и двете технологии остават актуални. Touch ID е удобен в ситуации, когато лицето е покрито с маска, телефонът е на масата или потребителят не може да гледа към екрана. Face ID е по-бърз при нормална употреба — достатъчно е да погледнете екрана, без да докосвате бутон.

Touch ID печели по поддръжка на множество потребители — до 5 отпечатъка срещу едно лице при Face ID. Това е удобно за семейни iPad или корпоративни устройства. Въпреки това, Touch ID губи по основно ниво на сигурност (FAR 1:50 000 срещу 1:1 000 000 при Face ID).

Примерен код: проверка на Touch ID в iOS

Framework LocalAuthentication работи еднакво за Face ID и Touch ID — разработчикът не трябва да пише различен код за различни типове биометрия. Системата автоматично открива наличния сензор и показва съответния диалог. По-долу е даден пример с проверка за наличие на биометрия на устройството.

import LocalAuthentication

class BiometricHelper {

    static func checkBiometryStatus() {
        let context = LAContext()
        var error: NSError?

        switch context.canEvaluatePolicy(
            .deviceOwnerAuthenticationWithBiometrics,
            error: &error
        ) {
        case true:
            let type = context.biometryType
            switch type {
            case .touchID:
                print("Touch ID е наличен")
            case .faceID:
                print("Face ID е наличен")
            case .none:
                print("Биометрията не е настроена")
            @unknown default:
                print("Неизвестен тип")
            }

        case false:
            print("Биометрията не е налична: \(error)")
        }
    }
}

Свойството biometryType връща типа на наличния биометричен сензор: .touchID, .faceID или .none. Това е единственият начин програмно да се определи кой сензор е инсталиран на устройството. За Touch ID iOS автоматично показва стандартния диалог с иконата на отпечатък и не изисква допълнителна конфигурация на интерфейса.