Czytnik linii papilarnych w urządzeniach mobilnych — co to jest, typy sensorów i zasada działania

Ekranowe (podwyświetlaczowe) czytniki linii papilarnych

Czytniki podwyświetlaczowe (In-Display Fingerprint Scanner) są wbudowywane bezpośrednio pod matrycę ekranu. Pierwszym komercyjnym urządzeniem z takim czytnikiem był vivo X20 Plus UD w 2018 roku. Obecnie technologia jest stosowana w większości flagowców z Androidem i modeli średniej półki cenowej.

Istnieją dwa typy czytników ekranowych: optyczne (działają tylko z ekranami OLED, przez które prześwieca światło) i ultradźwiękowe (działają z dowolnymi typami wyświetlaczy). Optyczne czytniki podekranowe oświetlają palec przez szczelinę między pikselami OLED, a sensor pod panelem odczytuje odbicie. Strefa skanowania jest zwykle podświetlana zielonym pierścieniem na ekranie.

Wady czytników ekranowych — mniejsza strefa skanowania (12×8 mm w optycznych wobec 20×10 mm w przyciskowych) i konieczność precyzyjnego trafienia palcem w obszar sensora. Ultradźwiękowe czytniki podekranowe (Qualcomm 3D Sonic Gen 2) mają powierzchnię 64 mm² i obsługują dwa jednoczesne odciski palca w celu zwiększenia dokładności.

Producenci stale pracują nad ulepszaniem czytników podekranowych. W 2024 roku Qualcomm zaprezentował 3D Sonic Gen 3 z zwiększoną strefą skanowania do 100 mm² — umożliwia to odblokowanie telefonu dotknięciem niemal dowolnego obszaru dolnej połowy ekranu. Goodix, drugi co do wielkości dostawca optycznych sensorów podekranowych, osiągnął czas działania 0,12 sekundy — szybciej niż jakikolwiek przyciskowy czytnik.

Bezpieczeństwo i ochrona przed podrobieniem

Bezpieczeństwo czytnika linii papilarnych określają dwa czynniki: sprzętowa ochrona sensora przed imitacjami i kryptograficzna ochrona zapisanych szablonów. Liveness detection (wykrywanie żywotności) — kluczowa technologia odróżniająca żywą tkankę od podrobienia. Czujniki pojemnościowe sprawdzają przewodność elektryczną, ultradźwiękowe — opór akustyczny skóry, optyczne (w nowoczesnych wersjach) — pulsację krwi w kapilarach.

Według badań Kaspersky Lab, 72% testowanych optycznych czytników w budżetowych telefonach daje się oszukać silikonowym odlewem. Czytniki pojemnościowe Apple Touch ID są odporne na ten atak, ale w 2017 roku badacze z Tencent pokazali atak z użyciem ultracienkiej nakładki wydrukowanej w 3D. Czytniki ultradźwiękowe Qualcomm nie zostały oszukane żadną ze znanych metod.

Na poziomie oprogramowania współczesne implementacje na Androidzie przechowują szablony odcisków palców w Trusted Execution Environment (TEE) lub sprzętowym module bezpieczeństwa (StrongBox KeyStore na chipie Titan lub Qualcomm SPU). iOS używa Secure Enclave. Szablon jest szyfrowany i niedostępny dla aplikacji — to obowiązkowe wymaganie Android CDD i Apple App Review Guidelines.

Każdy producent realizuje ochronę na swój sposób. Samsung Knox używa własnej TrustZone z izolowanym magazynem dla odcisków palców. Google Pixel z chipem Titan M2 zapewnia izolację na poziomie bootloadera. Qualcomm Secure Processing Unit (SPU) — dedykowane jądro w procesorze Snapdragon, które przetwarza biometrię bez udziału głównego CPU. Niezależne audyty NCC Group i Kryptowire potwierdzają, że wszystkie trzy implementacje zapewniają sprzętową izolację szablonów na poziomie wystarczającym do certyfikacji Android Strong.

Użytkownicy powinni pamiętać, że czytnik linii papilarnych to przede wszystkim narzędzie wygody, a nie absolutna ochrona. W przypadku operacji finansowych i dostępu do krytycznie ważnych danych zaleca się stosowanie uwierzytelniania dwuskładnikowego: odcisk palca lub twarz plus hasło lub token sprzętowy. Biometria jest wygodna jako pierwszy czynnik, ale nie powinna być jedyną barierą między atakującym a poufnymi danymi.

Przykład kodu: BiometricManager na Androidzie

Android BiometricManager umożliwia sprawdzenie obecności i typu czytnika linii papilarnych na urządzeniu przed wywołaniem uwierzytelniania. Jest to ważne, aby poprawnie obsługiwać scenariusze, w których czujnik biometryczny jest nieobecny lub uszkodzony. Poniżej znajduje się przykład sprawdzenia dostępności czytnika.

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("Czytnik dostępny")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_NO_HARDWARE -> {
                println("Brak czytnika linii papilarnych")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_HW_UNAVAILABLE -> {
                println("Czytnik tymczasowo niedostępny")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_NONE_ENROLLED -> {
                println("Brak zarejestrowanych odcisków palców")
            }
        }
    }
}

Metoda canAuthenticate z flagą BIOMETRIC_STRONG sprawdza, czy na urządzeniu znajduje się sensor Class 3 (najbezpieczniejszy). W przypadku czytników podekranowych i czujników ultradźwiękowych Android zwraca BIOMETRIC_SUCCESS tylko wtedy, gdy sensor jest certyfikowany jako Strong. Jeśli czytnik linii papilarnych jest nieobecny, należy zaproponować użytkownikowi alternatywne metody uwierzytelniania: kod PIN, hasło lub logowanie twarzą.