Touch ID: คืออะไร เซ็นเซอร์ลายนิ้วมือและหลักการทำงาน

Touch ID คืออะไร?

Touch ID — คือเซ็นเซอร์ชีวภาพที่ติดตั้งอยู่ในปุ่ม Home (iPhone 5S–iPhone 8/SE) หรือปุ่มด้านข้าง (iPad Air 4+, iPad mini 6+) ประกอบด้วยกระจกแซฟไฟร์ (ป้องกันรอยขีดข่วน) อาร์เรย์เซ็นเซอร์แบบ capacitive และวงแหวนตรวจจับนิ้วซึ่งเปิดใช้งานสแกนเนอร์เมื่อสัมผัส

เมื่อเปิดใช้งานครั้งแรก ผู้ใช้ลงทะเบียนลายนิ้วมือ — เซ็นเซอร์จะถ่ายภาพนิ้วหลายครั้งในมุมต่าง ๆ และสร้างแม่แบบทางคณิตศาสตร์ จากข้อมูลของ Apple สแกนเนอร์อ่านลายนิ้วมือในระดับใต้ผิวหนัง — ใต้ชั้นผิวหนังด้านบน ซึ่งป้องกันการคัดลอกลายนิ้วมือจากพื้นผิว

Touch ID รองรับลายนิ้วมือได้สูงสุดห้าลายนิ้วมือ — สามารถเพิ่มนิ้วมือทั้งสองข้างหรือลายนิ้วมือของสมาชิกในครอบครัวได้ เซ็นเซอร์ทำงานได้ในทุกตำแหน่งของนิ้วด้วยการจดจำ 360 องศา นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 2013 Touch ID ถูกใช้ในการปลดล็อค iPhone ยืนยันการซื้อใน App Store ชำระเงินผ่าน Apple Pay และยืนยันตัวตนในแอพของบุคคลที่สาม

เทคโนโลยีเซ็นเซอร์แบบ capacitive

สแกนเนอร์ลายนิ้วมือแบบ capacitive ของ Touch ID ประกอบด้วยอาร์เรย์ 500 จุดต่อนิ้ว (ppi) ของตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่วางอยู่บนพื้นผิวของชิปซิลิกอน ตัวเก็บประจุแต่ละตัววัดค่าความจุไฟฟ้าระหว่างนิ้วกับเซ็นเซอร์ สันของลายนิ้วมือ (ส่วนที่นูน) อยู่ใกล้เซ็นเซอร์มากกว่าและสร้างค่าความจุที่มากกว่า ในขณะที่ร่องสร้างค่าความจุที่น้อยกว่า

ความแตกต่างของค่าความจุระหว่างตัวเก็บประจุที่อยู่ติดกัน 50,000 ตัวสร้างภาพลายนิ้วมือด้วยความละเอียด 500 ppi กระจกแซฟไฟร์หนา 0.1 มม. ปกป้องเซ็นเซอร์จากรอยขีดข่วนและเป็นฉนวนไฟฟ้า จากข้อมูลของ Apple แซฟไฟร์มีความแข็งรองจากเพชรเท่านั้น — ป้องกันการสึกหรอของเซ็นเซอร์แม้หลังจากสัมผัสนับล้านครั้ง

สแกนเนอร์ Touch ID รุ่นที่สอง (ตั้งแต่ iPhone 8) ใช้อาร์เรย์ตัวเก็บประจุที่ปรับปรุงใหม่ด้วยการจัดวางที่หนาแน่นขึ้น — 800 ppi แทน 500 ทำให้เพิ่มความเร็วในการสแกน 30% และปรับปรุงความแม่นยำสำหรับนิ้วที่เปียกหรือแห้ง เวลาลงทะเบียนลายนิ้วมือใหม่ลดลงจาก 12 เหลือ 8 ครั้งสัมผัส

รุ่นของ Touch ID: จาก iPhone 5S ถึง iPhone SE

Touch ID รุ่นแรกเปิดตัวใน iPhone 5S และถูกใช้จนถึง iPhone 7 เซ็นเซอร์ถูกติดตั้งในปุ่ม Home แบบกลไกและมีความละเอียด 500 ppi เมื่อเวลาผ่านไป Apple ปรับปรุงอัลกอริทึมการประมวลผล: iOS 10 เพิ่มการเรียนรู้แบบปรับตัว — แม่แบบลายนิ้วมือจะถูกปรับปรุงทีละน้อยในการสแกนแต่ละครั้ง โดยบันทึกส่วนใหม่ของลายนิ้วมือ

Touch ID รุ่นที่สองเปิดตัวพร้อม iPhone 8 และ iPad Pro ปี 2018 การเปลี่ยนแปลงสำคัญ: อาร์เรย์ตัวเก็บประจุที่หนาแน่นขึ้น (800 ppi) การทำงานที่ดีขึ้นกับนิ้วที่เปียก และการผสานรวมใหม่กับ Secure Enclave — SEP รุ่นที่เจ็ดทำให้การดำเนินการเข้ารหัสเร็วขึ้น 40% iPhone SE (รุ่นที่ 2 และ 3) ยังคงใช้ Touch ID รุ่นที่สองเป็นทางเลือกแทน Face ID สำหรับผู้ใช้ที่ชอบปุ่ม Home

บน MacBook Pro Touch ID ถูกใช้งานเป็นเซ็นเซอร์แยกต่างหากทางด้านขวาของปุ่ม Touch Bar (หรือในปุ่ม Touch ID บนรุ่นที่ไม่มี Touch Bar) ใน Mac ใช้ Secure Enclave T2 หรือ M-chip เดียวกัน จากข้อมูลของ Apple Platform Security บน Mac Touch ID เก็บแม่แบบแยกต่างหากสำหรับผู้ใช้แต่ละคนและปิดใช้งานโดยอัตโนมัติเมื่อเปิดโหมดผู้เยี่ยมชม

การเรียนรู้แบบปรับตัวของ Touch ID

ตั้งแต่ iOS 10 Touch ID รองรับการเรียนรู้แบบปรับตัว — อัลกอริทึมจะขยายแม่แบบลายนิ้วมือทีละน้อยหลังจากการยืนยันตัวตนสำเร็จแต่ละครั้ง หากผู้ใช้แตะเซ็นเซอร์ด้วยส่วนต่าง ๆ ของนิ้ว แม่แบบจะได้รับการเพิ่ม minutiae ใหม่ (จุดแยกและจุดสิ้นสุดของสัน) การเรียนรู้แบบปรับตัวช่วยเพิ่มความแม่นยำในการจดจำ 15–20% ในช่วงสองสัปดาห์แรกหลังการลงทะเบียนลายนิ้วมือ

ความปลอดภัย: Secure Enclave และการป้องกันลายนิ้วมือ

Secure Enclave — โปรเซสเซอร์ร่วมเฉพาะในชิป Apple A7–A18 และ M1–M4 ซึ่งแยกข้อมูลชีวภาพออกจากระบบปฏิบัติการหลัก เมื่อลงทะเบียนลายนิ้วมือ เซ็นเซอร์จะส่งภาพโดยตรงไปยัง Secure Enclave ผ่านช่องทางต่อพ่วงที่ปลอดภัย iOS ได้รับเฉพาะการแจ้งเตือนว่า "บันทึกแม่แบบแล้ว" หรือผลการเปรียบเทียบ "ตรงกัน / ไม่ตรงกัน"

แม่แบบทางคณิตศาสตร์ของลายนิ้วมือถูกเก็บในรูปแบบเข้ารหัสภายใน Secure Enclave คีย์เข้ารหัสถูกสร้างขึ้นจากตัวระบุชิปเฉพาะ (UID) ซึ่งถูกโปรแกรมในขั้นตอนการผลิตและไม่สามารถอ่านได้ จากข้อมูลของ Apple Security White Paper ไม่มีแอพใด ๆ รวมถึง iOS ที่สามารถเข้าถึงแม่แบบลายนิ้วมือ — API ส่งคืนเฉพาะค่าบูลีนของความสำเร็จในการยืนยันตัวตน

Touch ID ยังป้องกันการโจมตีด้วยลายนิ้วมือปลอม เซ็นเซอร์แบบ capacitive วัดค่าการนำไฟฟ้าของเนื้อเยื่อที่มีชีวิต ดังนั้นลายนิ้วมือที่แห้งหรือซิลิโคนจะไม่ทำงาน การป้องกันเพิ่มเติม: หลังจากพยายามไม่สำเร็จ 5 ครั้ง Touch ID จะถูกล็อคและต้องป้อนรหัสผ่าน และหลังจากไม่มีการเคลื่อนไหว 48 ชั่วโมง อุปกรณ์จะขอรหัสผ่านก่อนใช้ระบบชีวภาพ

ข้อจำกัดของ Touch ID

แม้จะมีความน่าเชื่อถือสูง แต่ Touch ID ก็มีข้อจำกัด สแกนเนอร์อาจไม่ทำงานเมื่อนิ้วสกปรกมาก (สี น้ำมัน สิ่งสกปรก) เมื่อมีโรคผิวหนัง (กลาก โรคสะเก็ดเงิน) หรือเมื่อผิวแห้งเกินไป นิ้วที่เปียกเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่เซ็นเซอร์ทำงานล้มเหลว เนื่องจากน้ำจะลัดวงจรค่าความจุของตัวเก็บประจุ Apple แนะนำให้ลงทะเบียนลายนิ้วมือเดียวกันหลายครั้งในมุมต่าง ๆ เพื่อเพิ่มโอกาสในการอ่านสำเร็จ

Touch ID ใน Apple Pay

สำหรับการชำระเงินผ่าน Apple Pay ด้วย Touch ID ผู้ใช้วางนิ้วบนเซ็นเซอร์ขณะถือ iPhone ไว้ใกล้เครื่องชำระเงิน ธุรกรรมได้รับการยืนยันด้วยลายเซ็นเข้ารหัสที่สร้างโดย Secure Enclave หมายเลขบัตรและลายนิ้วมือจะไม่ถูกส่งไปยังผู้ขาย — ใช้การทำโทเค็น แต่ละธุรกรรมจะได้รับรหัสเฉพาะ (token) ที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ Touch ID สำหรับ Apple Pay รองรับบน iPhone 5S และรุ่นใหม่กว่า รวมถึง iPad และ Mac ที่มีเซ็นเซอร์

Touch ID กับ Face ID: เลือกแบบไหน

เมื่อ iPhone X เปิดตัวในปี 2017 Apple เริ่มเปลี่ยนจาก Touch ID ไปเป็น Face ID แต่ทั้งสองเทคโนโลยียังคงมีความสำคัญ Touch ID สะดวกในสถานการณ์ที่ใบหน้าถูกปิดด้วยหน้ากาก โทรศัพท์วางอยู่บนโต๊ะ หรือผู้ใช้ไม่สามารถมองหน้าจอได้ Face ID เร็วกว่าในการใช้งานปกติ — แค่เหลือบมองหน้าจอโดยไม่ต้องแตะปุ่ม

Touch ID ชนะในด้านการรองรับผู้ใช้หลายคน — สูงสุด 5 ลายนิ้วมือเทียบกับหนึ่งใบหน้าสำหรับ Face ID สะดวกสำหรับ iPad ที่ใช้ในครอบครัวหรืออุปกรณ์องค์กร อย่างไรก็ตาม Touch ID เสียเปรียบในด้านความปลอดภัยพื้นฐาน (FAR 1:50,000 เทียบกับ 1:1,000,000 ของ Face ID)

ตัวอย่างโค้ด: ตรวจสอบ Touch ID บน iOS

เฟรมเวิร์ก LocalAuthentication ทำงานเหมือนกันทั้งสำหรับ Face ID และ Touch ID — นักพัฒนาไม่จำเป็นต้องเขียนโค้ดต่างกันสำหรับระบบชีวภาพประเภทต่าง ๆ ระบบจะตรวจจับเซ็นเซอร์ที่มีอยู่โดยอัตโนมัติและแสดงไดอะล็อกที่เกี่ยวข้อง ด้านล่างเป็นตัวอย่างพร้อมการตรวจสอบว่ามีระบบชีวภาพบนอุปกรณ์หรือไม่

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 พร้อมใช้งาน")
            case .faceID:
                print("Face ID พร้อมใช้งาน")
            case .none:
                print("ไม่ได้ตั้งค่าไบโอเมตริกซ์")
            @unknown default:
                print("ประเภทที่ไม่รู้จัก")
            }

        case false:
            print("ไบโอเมตริกซ์ไม่พร้อมใช้งาน: \(error)")
        }
    }
}

คุณสมบัติ biometryType ส่งคืนประเภทของเซ็นเซอร์ชีวภาพที่มี: .touchID, .faceID หรือ .none นี่เป็นวิธีเดียวในการตรวจสอบโดยโปรแกรมว่าเซ็นเซอร์ประเภทใดติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์ สำหรับ Touch ID iOS จะแสดงไดอะล็อกมาตรฐานพร้อมไอคอนลายนิ้วมือโดยอัตโนมัติและไม่ต้องการการตั้งค่าอินเทอร์เฟซเพิ่มเติม