Fingerabdruckscanner in Mobilgeräten — was ist das, Sensortypen und Funktionsprinzip

Display-integrierte (unter dem Bildschirm) Fingerabdruckscanner

Unter-dem-Bildschirm-Scanner (In-Display Fingerprint Scanner) werden direkt unter der Bildschirmmatrix integriert. Das erste kommerzielle Gerät mit einem solchen Scanner war das vivo X20 Plus UD im Jahr 2018. Heute wird die Technologie in den meisten Android-Flaggschiffen und Mittelklassemodellen verwendet.

Es gibt zwei Arten von Bildschirmscannern: optische (funktionieren nur mit OLED-Bildschirmen, durch die Licht dringt) und Ultraschall (funktionieren mit allen Displaytypen). Optische Unter-dem-Bildschirm-Scanner beleuchten den Finger durch die Lücken zwischen den OLED-Pixeln, und der Sensor unter der Platte liest die Reflexion. Der Scanbereich wird normalerweise durch einen grünen Ring auf dem Bildschirm beleuchtet.

Nachteile von Bildschirmscannern — kleinerer Scanbereich (12×8 mm bei optischen gegenüber 20×10 mm bei Tastenscannern) und die Notwendigkeit, den Finger genau im Sensorbereich zu platzieren. Ultraschall-Unter-dem-Bildschirm-Scanner (Qualcomm 3D Sonic Gen 2) haben eine Fläche von 64 mm² und unterstützen zwei gleichzeitige Fingerabdrücke zur Erhöhung der Genauigkeit.

Hersteller arbeiten ständig an der Verbesserung von Unter-dem-Bildschirm-Scannern. 2024 stellte Qualcomm den 3D Sonic Gen 3 mit einem auf 100 mm² vergrößerten Scanbereich vor — dies ermöglicht die Entsperrung durch Berühren fast jeder Stelle der unteren Bildschirmhälfte. Goodix, der zweitgrößte Lieferant optischer Unter-dem-Bildschirm-Sensoren, erreichte eine Reaktionszeit von 0,12 Sekunden — schneller als jeder Tastenscanner.

Sicherheit und Fälschungsschutz

Die Sicherheit des Fingerabdruckscanners wird durch zwei Faktoren bestimmt: Hardwareschutz des Sensors vor Attrappen und kryptografischer Schutz der gespeicherten Vorlagen. Liveness Detection (Lebenderkennung) ist die Schlüsseltechnologie, die lebendes Gewebe von Fälschungen unterscheidet. Kapazitive Sensoren prüfen die elektrische Leitfähigkeit, Ultraschallsensoren den akustischen Widerstand der Haut, optische (in modernen Versionen) die Blutpulsation in den Kapillaren.

Laut einer Studie von Kaspersky Lab werden 72 % der getesteten optischen Scanner in Billigtelefonen durch Silikonattrappen getäuscht. Die kapazitiven Scanner von Apple Touch ID sind gegen diesen Angriff resistent, aber 2017 demonstrierten Forscher von Tencent einen Angriff mit einer ultradünnen 3D-gedruckten Auflage. Die Ultraschallscanner von Qualcomm wurden mit keiner der bekannten Methoden getäuscht.

Auf Softwareebene speichern moderne Android-Implementierungen Fingerabdruckvorlagen in der Trusted Execution Environment (TEE) oder einem Hardwaresicherheitsmodul (StrongBox KeyStore auf Titan-Chip oder Qualcomm SPU). iOS verwendet die Secure Enclave. Die Vorlage wird verschlüsselt und ist für Apps nicht zugänglich — dies ist eine verbindliche Anforderung des Android CDD und der Apple App Review Guidelines.

Jeder Hersteller implementiert den Schutz auf seine Weise. Samsung Knox verwendet eine eigene TrustZone mit isoliertem Speicher für Fingerabdrücke. Google Pixel mit Titan M2-Chip sorgt für Isolierung auf Bootloader-Ebene. Qualcomm Secure Processing Unit (SPU) ist ein dedizierter Kern im Snapdragon-Prozessor, der Biometrie ohne Beteiligung der Haupt-CPU verarbeitet. Unabhängige Audits von NCC Group und Kryptowire bestätigen, dass alle drei Implementierungen eine Hardware-Isolierung der Vorlagen auf einem für die Android Strong-Zertifizierung ausreichenden Niveau bieten.

Benutzer sollten bedenken, dass der Fingerabdruckscanner in erster Linie ein Mittel der Bequemlichkeit und kein absoluter Schutz ist. Für Finanztransaktionen und den Zugriff auf kritische Daten wird eine Zwei-Faktor-Authentifizierung empfohlen: Fingerabdruck oder Gesicht plus Passwort oder Hardware-Token. Biometrie ist als erster Faktor praktisch, sollte aber nicht die einzige Barriere zwischen einem Angreifer und vertraulichen Daten sein.

Codebeispiel: BiometricManager auf Android

Mit dem Android BiometricManager kann vor dem Aufruf der Authentifizierung das Vorhandensein und der Typ des Fingerabdruckscanners auf dem Gerät überprüft werden. Dies ist wichtig, um Szenarien richtig zu behandeln, in denen der biometrische Sensor fehlt oder beschädigt ist. Nachfolgend ein Beispiel zur Überprüfung der Scannerverfügbarkeit.

class FingerprintChecker {

    fun checkSensor(context: Context) {
        val biometricManager =
            context.getSystemService(BiometricManager::class.java)

        val authenticators =
            BiometricManager.Authenticators.BIOMETRIC_STRONG

        when (biometricManager.canAuthenticate(authenticators)) {
            BiometricManager.BIOMETRIC_SUCCESS -> {
                println("Scanner verfügbar")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_NO_HARDWARE -> {
                println("Fingerabdruckscanner nicht vorhanden")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_HW_UNAVAILABLE -> {
                println("Scanner vorübergehend nicht verfügbar")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_NONE_ENROLLED -> {
                println("Keine registrierten Fingerabdrücke")
            }
        }
    }
}

Die Methode canAuthenticate mit dem Flag BIOMETRIC_STRONG prüft, ob das Gerät über einen Class-3-Sensor (den sichersten) verfügt. Bei Unter-dem-Bildschirm-Scannern und Ultraschallsensoren gibt Android nur dann BIOMETRIC_SUCCESS zurück, wenn der Sensor als Strong zertifiziert ist. Wenn kein Fingerabdruckscanner vorhanden ist, sollten dem Benutzer alternative Authentifizierungsmethoden angeboten werden: PIN-Code, Passwort oder Gesichtserkennung.