Touch ID: vad är det, fingeravtryckssensor och funktionsprincip

Vad är Touch ID?

Touch ID — är en biometrisk sensor inbyggd i Home-knappen (iPhone 5S–iPhone 8/SE) eller sidoknappen (iPad Air 4+, iPad mini 6+). Den består av safirglas (skydd mot repor), en kapacitiv sensormatris och en fingerdetekteringsring som aktiverar skannern vid beröring.

Vid första uppstart registrerar användaren sitt fingeravtryck — sensorn tar flera bilder av fingret från olika vinklar och skapar en matematisk mall. Enligt Apple läser skannern papillärlinjemönstret på subdermal nivå — under hudens övre lager, vilket skyddar mot att fingeravtrycket tas från ytan.

Touch ID stöder upp till fem fingeravtryck — fingrar från båda händerna eller avtryck från familjemedlemmar kan läggas till. Sensorn fungerar vid valfri fingerposition tack vare 360-graders igenkänning. Sedan lanseringen 2013 har Touch ID använts för att låsa upp iPhone, bekräfta köp i App Store, betala via Apple Pay och autentisera i tredjepartsappar.

Kapacitiv sensorteknik

Kapacitiv fingeravtrycksläsare Touch ID består av en array med 500 punkter per tum (ppi) mikroskopiska kondensatorer placerade på ytan av ett kiselchip. Varje kondensator mäter den elektriska kapacitansen mellan fingret och sensorn. Ryggarna i papillärlinjemönstret (förhöjningar) är närmare sensorn och skapar en större kapacitans, medan dalarna skapar en mindre kapacitans.

Skillnaden i kapacitans mellan 50 000 närliggande kondensatorer bildar en fingeravtrycksbild med en upplösning på 500 ppi. Safirglas med en tjocklek på 0,1 mm skyddar sensorn mot repor och ger elektrisk isolering. Enligt Apple är safir endast andra klassens efter diamant i hårdhet — detta förhindrar slitage på sensorn även efter miljontals beröringar.

Touch ID-skannern av andra generationen (från iPhone 8) använder en förbättrad kondensatorarray med högre densitet — 800 ppi istället för 500. Detta gjorde det möjligt att öka skanningshastigheten med 30% och förbättra noggrannheten för våta eller torra fingrar. Tiden för registrering av ett nytt fingeravtryck minskade från 12 till 8 beröringar.

Generationer av Touch ID: från iPhone 5S till iPhone SE

Första generationens Touch ID debuterade i iPhone 5S och användes ända fram till iPhone 7. Sensorn var inbyggd i den mekaniska Home-knappen och hade en upplösning på 500 ppi. Med tiden förbättrade Apple bearbetningsalgoritmerna: iOS 10 lade till adaptiv inlärning — fingeravtrycksmallen uppdateras gradvis vid varje skanning och fångar nya delar av mönstret.

Andra generationens Touch ID kom med iPhone 8 och iPad Pro 2018. Viktiga förändringar: tätare kondensatorarray (800 ppi), bättre funktion med våta fingrar och ny integration med Secure Enclave — den sjunde generationen av SEP möjliggjorde en acceleration av kryptografiska operationer med 40%. iPhone SE (2:a och 3:e generationen) behöll Touch ID av andra generationen som ett alternativ till Face ID för användare som föredrar Home-knappen.

På MacBook Pro är Touch ID implementerat som en separat sensor till höger om Touch Bar-tangenten (eller i Touch ID-knappen på modeller utan Touch Bar). På Mac används samma Secure Enclave T2 eller M-chip. Enligt Apple Platform Security lagrar Touch ID på Mac separata mallar för varje användare och stängs automatiskt av när gästläget aktiveras.

Adaptiv inlärning av Touch ID

Från och med iOS 10 stöder Touch ID adaptiv inlärning — algoritmen utökar gradvis fingeravtrycksmallen efter varje lyckad autentisering. Om användaren rör vid sensorn med olika delar av fingret, berikas mallen med nya minutiæ (förgrenings- och slutpunkter för ryggar). Adaptiv inlärning ökar igenkänningsnoggrannheten med 15–20% under de första två veckorna efter registrering av fingeravtrycket.

Säkerhet: Secure Enclave och skydd av fingeravtryck

Secure Enclave — en dedikerad koprocessor i Apple A7–A18 och M1–M4-chippet som isolerar biometriska data från det primära operativsystemet. Vid registrering av fingeravtryck skickar sensorn bilden direkt till Secure Enclave via en säker perifer kanal. iOS får endast meddelandet “mall sparad” eller jämförelseresultatet “matchar / matchar inte”.

Den matematiska mallen för fingeravtrycket lagras krypterad inuti Secure Enclave. Krypteringsnyckeln genereras baserat på en unik chip-identifierare (UID), som programmeras i tillverkningsfasen och inte är läsbar. Enligt Apple Security White Paper har ingen app, inklusive iOS, tillgång till fingeravtrycksmallen — API:et returnerar endast ett booleskt värde för om autentiseringen lyckades.

Touch ID är också skyddat mot attacker med fingeravtryckskopior. Den kapacitiva sensorn mäter elektrisk ledningsförmåga i levande vävnad, så torkade eller silikonfingeravtryck fungerar inte. Extra skydd: efter 5 misslyckade försök låses Touch ID och kräver inmatning av lösenord, och efter 48 timmars inaktivitet begär enheten också lösenord före biometri.

Begränsningar för Touch ID

Trots hög tillförlitlighet har Touch ID begränsningar. Skannern kanske inte fungerar vid kraftig nedsmutsning av fingret (färg, olja, smuts), vid hudsjukdomar (eksem, psoriasis) eller vid för torr hud. Ett vått finger är den vanligaste orsaken till sensorfel, eftersom vatten shuntar kondensatorernas kapacitans. Apple rekommenderar att registrera flera avtryck av samma finger under olika vinklar för att öka sannolikheten för framgångsrik avläsning.

Touch ID i Apple Pay

För betalning via Apple Pay med Touch ID placerar användaren fingret på sensorn medan iPhone hålls nära terminalen. Transaktionen bekräftas med en kryptografisk signatur som skapas av Secure Enclave. Kortnumret och fingeravtrycket överförs inte till säljaren — tokenisering används. Varje transaktion tilldelas en unik kod (token) som inte kan återanvändas. Touch ID för Apple Pay är tillgängligt på iPhone 5S och nyare, samt på iPad och Mac med sensor.

Touch ID mot Face ID: vad ska man välja

Med lanseringen av iPhone X 2017 började Apple övergången från Touch ID till Face ID, men båda teknikerna är fortfarande relevanta. Touch ID är bekvämt i situationer där ansiktet är täckt med mask, telefonen ligger på bordet eller användaren inte kan titta på skärmen. Face ID är snabbare vid normal användning — det räcker att titta på skärmen utan att röra knappen.

Touch ID vinner när det gäller stöd för flera användare — upp till 5 fingeravtryck jämfört med ett ansikte för Face ID. Detta är praktiskt för familje-iPads eller företagsenheter. Touch ID förlorar dock när det gäller grundläggande säkerhetsnivå (FAR 1:50 000 jämfört med 1:1 000 000 för Face ID).

Kodexempel: kontrollera Touch ID på iOS

LocalAuthentication-ramverket fungerar likadant för Face ID och Touch ID — utvecklaren behöver inte skriva olika kod för olika typer av biometri. Systemet upptäcker automatiskt tillgänglig sensor och visar motsvarande dialogruta. Nedan finns ett exempel med kontroll av tillgänglighet av biometri på enheten.

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 tillgängligt")
            case .faceID:
                print("Face ID tillgängligt")
            case .none:
                print("Biometri inte inställd")
            @unknown default:
                print("Okänd typ")
            }

        case false:
            print("Biometri inte tillgänglig: \(error)")
        }
    }
}

Egenskapen biometryType returnerar typen av tillgänglig biometrisk sensor: .touchID, .faceID eller .none. Detta är det enda sättet att programmatiskt avgöra vilken sensor som är installerad på enheten. För Touch ID visar iOS automatiskt standarddialogrutan med fingeravtrycksikonen och kräver ingen ytterligare gränssnittskonfiguration.