Touch ID: چیست، حسگر اثر انگشت و اصل کار

Touch ID چیست؟

Touch ID — یک حسگر بیومتریک تعبیه‌شده در دکمه Home (iPhone 5S تا iPhone 8/SE) یا دکمه جانبی (iPad Air 4+، iPad mini 6+) است. این حسگر از شیشه یاقوت کبود (محافظت در برابر خط و خش)، آرایه حسگر خازنی و حلقه تشخیص انگشت که اسکنر را هنگام لمس فعال می‌کند، تشکیل شده است.

در اولین راه‌اندازی، کاربر اثر انگشت خود را ثبت می‌کند — حسگر چندین تصویر از انگشت را از زوایای مختلف می‌گیرد و یک الگوی ریاضی ایجاد می‌کند. به گفته اپل، اسکنر الگوی پاپیلاری را در سطح زیرجلدی — زیر لایه بالایی پوست — می‌خواند که از برداشتن اثر انگشت از سطح محافظت می‌کند.

Touch ID تا پنج اثر انگشت را پشتیبانی می‌کند — می‌توان انگشتان هر دو دست یا اثر انگشت اعضای خانواده را اضافه کرد. حسگر به لطف تشخیص ۳۶۰ درجه در هر موقعیتی از انگشت کار می‌کند. از زمان عرضه در سال ۲۰۱۳، Touch ID برای باز کردن قفل iPhone، تأیید خرید در App Store، پرداخت از طریق Apple Pay و احراز هویت در برنامه‌های شخص ثالث استفاده شده است.

فناوری حسگر خازنی

اسکنر اثر انگشت خازنی Touch ID از آرایه‌ای از ۵۰۰ نقطه در اینچ (ppi) خازن‌های میکروسکوپی تشکیل شده است که روی سطح یک تراشه سیلیکونی قرار گرفته‌اند. هر خازن ظرفیت الکتریکی بین انگشت و حسگر را اندازه‌گیری می‌کند. برجستگی‌های الگوی پاپیلاری به حسگر نزدیک‌تر هستند و ظرفیت بیشتری ایجاد می‌کنند، در حالی که فرورفتگی‌ها ظرفیت کمتری دارند.

تفاوت ظرفیت بین ۵۰٬۰۰۰ خازن مجاور تصویری از اثر انگشت با وضوح ۵۰۰ ppi ایجاد می‌کند. شیشه یاقوت کبود با ضخامت ۰٫۱ میلی‌متر از حسگر در برابر خط و خش محافظت می‌کند و عایق الکتریکی را فراهم می‌کند. به گفته اپل، یاقوت کبود از نظر سختی فقط پس از الماس قرار دارد — این امر از سایش حسگر حتی پس از میلیون‌ها لمس جلوگیری می‌کند.

اسکنر Touch ID نسل دوم (از iPhone 8 به بعد) از آرایه خازنی بهبودیافته با تراکم بالاتر استفاده می‌کند — ۸۰۰ ppi به جای ۵۰۰. این امر امکان افزایش سرعت اسکن را تا ۳۰٪ و بهبود دقت برای انگشتان مرطوب یا خشک فراهم کرد. زمان ثبت اثر انگشت جدید از ۱۲ به ۸ لمس کاهش یافت.

نسل‌های Touch ID: از iPhone 5S تا iPhone SE

نسل اول Touch ID در iPhone 5S معرفی شد و تا iPhone 7 استفاده می‌شد. حسگر در دکمه مکانیکی Home تعبیه شده بود و وضوح ۵۰۰ ppi داشت. اپل به تدریج الگوریتم‌های پردازش را بهبود بخشید: iOS 10 یادگیری تطبیقی را اضافه کرد — الگوی اثر انگشت به تدریج با هر اسکن به‌روزرسانی می‌شود و بخش‌های جدیدی از نقش را ضبط می‌کند.

نسل دوم Touch ID همراه با iPhone 8 و iPad Pro 2018 عرضه شد. تغییرات کلیدی: آرایه خازنی متراکم‌تر (۸۰۰ ppi)، عملکرد بهتر با انگشتان مرطوب و یکپارچه‌سازی جدید با Secure Enclave — نسل هفتم SEP امکان تسریع عملیات رمزنگاری را تا ۴۰٪ فراهم کرد. iPhone SE (نسل دوم و سوم) Touch ID نسل دوم را به عنوان جایگزینی برای Face ID برای کاربرانی که دکمه Home را ترجیح می‌دهند حفظ کرده است.

در MacBook Pro، Touch ID به عنوان حسگر جداگانه در سمت راست کلید Touch Bar (یا در دکمه Touch ID در مدل‌های بدون Touch Bar) پیاده‌سازی شده است. در Mac از همان Secure Enclave T2 یا M-چیپ استفاده می‌شود. به گفته Apple Platform Security، در Mac، Touch ID الگوهای جداگانه‌ای برای هر کاربر ذخیره می‌کند و با فعال شدن حالت مهمان به طور خودکار غیرفعال می‌شود.

یادگیری تطبیقی Touch ID

از iOS 10، Touch ID از یادگیری تطبیقی پشتیبانی می‌کند — الگوریتم به تدریج الگوی اثر انگشت را پس از هر احراز هویت موفق گسترش می‌دهد. اگر کاربر حسگر را با قسمت‌های مختلف انگشت لمس کند، الگو با مینوسیه‌های جدید (نقاط انشعاب و انتهای برجستگی‌ها) غنی می‌شود. یادگیری تطبیقی دقت تشخیص را در دو هفته اول پس از ثبت اثر انگشت ۱۵–۲۰٪ افزایش می‌دهد.

امنیت: Secure Enclave و محافظت از اثر انگشت

Secure Enclave — یک پردازنده کمکی اختصاصی در تراشه Apple A7–A18 و M1–M4 است که داده‌های بیومتریک را از سیستم عامل اصلی ایزوله می‌کند. هنگام ثبت اثر انگشت، حسگر تصویر را مستقیماً از طریق یک کانال جانبی محافظت‌شده به Secure Enclave منتقل می‌کند. iOS فقط اعلان «الگو ذخیره شد» یا نتیجه مقایسه «مطابقت دارد / مطابقت ندارد» را دریافت می‌کند.

الگوی ریاضی اثر انگشت به صورت رمزگذاری‌شده در داخل Secure Enclave ذخیره می‌شود. کلید رمزگذاری بر اساس شناسه منحصر‌به‌فرد تراشه (UID) تولید می‌شود که در مرحله تولید برنامه‌ریزی می‌شود و قابل خواندن نیست. به گفته Apple Security White Paper، هیچ برنامه‌ای از جمله iOS به الگوی اثر انگشت دسترسی ندارد — API فقط یک مقدار بولی از موفقیت احراز هویت را برمی‌گرداند.

Touch ID همچنین در برابر حملات با اثر انگشت مصنوعی محافظت می‌شود. حسگر خازنی رسانایی الکتریکی بافت زنده را اندازه‌گیری می‌کند، بنابراین اثرهای انگشت خشک‌شده یا سیلیکونی کار نمی‌کنند. محافظت اضافی: پس از ۵ تلاش ناموفق، Touch ID قفل می‌شود و نیاز به وارد کردن رمز عبور دارد، و پس از ۴۸ ساعت عدم فعالیت، دستگاه قبل از بیومتریک نیز رمز عبور درخواست می‌کند.

محدودیت‌های Touch ID

با وجود قابلیت اطمینان بالا، Touch ID محدودیت‌هایی دارد. اسکنر ممکن است در صورت آلودگی شدید انگشت (رنگ، روغن، کثیفی)، بیماری‌های پوستی (اگزما، پسوریازیس) یا خشکی بیش از حد پوست کار نکند. انگشت مرطوب شایع‌ترین دلیل خرابی حسگر است، زیرا آب ظرفیت خازن‌ها را اتصال کوتاه می‌کند. اپل توصیه می‌کند برای افزایش احتمال خواندن موفق، چندین اثر از یک انگشت را در زوایای مختلف ثبت کنید.

Touch ID در Apple Pay

برای پرداخت از طریق Apple Pay با Touch ID، کاربر انگشت خود را روی حسگر قرار می‌دهد و iPhone را نزدیک ترمینال نگه می‌دارد. تراکنش با امضای رمزنگاری ایجاد شده توسط Secure Enclave تأیید می‌شود. شماره کارت و اثر انگشت به فروشنده منتقل نمی‌شود — از توکن‌سازی استفاده می‌شود. به هر تراکنش یک کد منحصربه‌فرد (token) اختصاص داده می‌شود که قابل استفاده مجدد نیست. Touch ID برای Apple Pay در iPhone 5S و جدیدتر، همچنین در iPad و Mac دارای حسگر در دسترس است.

Touch ID در مقابل Face ID: کدام را انتخاب کنیم

با عرضه iPhone X در سال ۲۰۱۷، اپل انتقال از Touch ID به Face ID را آغاز کرد، اما هر دو فناوری همچنان مرتبط هستند. Touch ID در مواقعی که صورت با ماسک پوشانده شده، تلفن روی میز است یا کاربر نمی‌تواند به صفحه نمایش نگاه کند، راحت است. Face ID در استفاده معمولی سریع‌تر است — کافی است بدون لمس دکمه به صفحه نگاه کنید.

Touch ID از نظر پشتیبانی از چندین کاربر برنده است — تا ۵ اثر انگشت در مقابل یک چهره در Face ID. این برای iPadهای خانوادگی یا دستگاه‌های شرکتی مناسب است. با این حال، Touch ID از نظر سطح امنیتی پایه بازنده است (FAR ۱:۵۰٬۰۰۰ در مقابل ۱:۱٬۰۰۰٬۰۰۰ در Face ID).

مثال کد: بررسی Touch ID در iOS

فریم‌ورک LocalAuthentication برای Face ID و Touch ID یکسان کار می‌کند — توسعه‌دهنده نیازی به نوشتن کد متفاوت برای انواع مختلف بیومتریک ندارد. سیستم به طور خودکار حسگر موجود را تشخیص می‌دهد و دیالوگ مربوطه را نمایش می‌دهد. در زیر نمونه‌ای با بررسی وجود بیومتریک در دستگاه آورده شده است.

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 در دسترس")
            case .faceID:
                print("Face ID در دسترس")
            case .none:
                print("بیومتریک تنظیم نشده")
            @unknown default:
                print("نوع ناشناخته")
            }

        case false:
            print("بیومتریک در دسترس نیست: \(error)")
        }
    }
}

ویژگی biometryType نوع حسگر بیومتریک موجود را برمی‌گرداند: .touchID، .faceID یا .none. این تنها راه تشخیص برنامه‌نویسی نوع حسگر نصب‌شده روی دستگاه است. برای Touch ID، iOS به طور خودکار دیالوگ استاندارد با آیکون اثر انگشت را نمایش می‌دهد و نیازی به پیکربندی اضافی رابط کاربری ندارد.