Máy quét vân tay trong thiết bị di động — nó là gì, các loại cảm biến và nguyên lý hoạt động

Máy quét vân tay trong màn hình (dưới màn hình)

Máy quét dưới màn hình (In-Display Fingerprint Scanner) được tích hợp trực tiếp dưới ma trận màn hình. Thiết bị thương mại đầu tiên có máy quét như vậy là vivo X20 Plus UD vào năm 2018. Ngày nay, công nghệ này được sử dụng trong hầu hết các flagship Android và các mẫu tầm trung.

Có hai loại máy quét màn hình: quang học (chỉ hoạt động với màn hình OLED, nơi ánh sáng xuyên qua) và siêu âm (hoạt động với mọi loại màn hình). Máy quét quang học dưới màn hình chiếu sáng ngón tay qua các khe hở giữa các pixel OLED, và cảm biến dưới bảng điều khiển đọc ánh sáng phản xạ. Vùng quét thường được chiếu sáng bằng vòng tròn màu xanh lá trên màn hình.

Nhược điểm của máy quét màn hình — vùng quét nhỏ hơn (12×8 mm đối với quang học so với 20×10 mm đối với nút bấm) và cần đặt ngón tay chính xác vào vùng cảm biến. Máy quét siêu âm dưới màn hình (Qualcomm 3D Sonic Gen 2) có diện tích 64 mm² và hỗ trợ hai dấu vân tay đồng thời để tăng độ chính xác.

Các nhà sản xuất liên tục cải tiến máy quét dưới màn hình. Năm 2024, Qualcomm đã giới thiệu 3D Sonic Gen 3 với vùng quét mở rộng lên 100 mm² — cho phép mở khóa điện thoại bằng cách chạm vào hầu như bất kỳ khu vực nào ở nửa dưới màn hình. Goodix, nhà cung cấp cảm biến quang học dưới màn hình lớn thứ hai, đã đạt được thời gian phản hồi 0,12 giây — nhanh hơn bất kỳ máy quét nút nào.

Bảo mật và chống giả mạo

Bảo mật của máy quét vân tay được xác định bởi hai yếu tố: bảo vệ phần cứng của cảm biến khỏi bản sao và bảo vệ mật mã của các mẫu đã lưu trữ. Phát hiện sống (Liveness detection) — công nghệ chính phân biệt mô sống với giả mạo. Cảm biến điện dung kiểm tra độ dẫn điện, siêu âm — trở kháng âm thanh của da, quang học (trong phiên bản hiện đại) — nhịp đập máu trong mao mạch.

Theo nghiên cứu của Kaspersky Lab, 72% máy quét quang học được thử nghiệm trong điện thoại giá rẻ bị đánh lừa bởi bản sao silicon. Máy quét điện dung của Apple Touch ID chống lại cuộc tấn công này, nhưng vào năm 2017, các nhà nghiên cứu từ Tencent đã chứng minh một cuộc tấn công sử dụng lớp phủ in 3D siêu mỏng. Máy quét siêu âm của Qualcomm không bị đánh lừa bởi bất kỳ phương pháp nào đã biết.

Ở cấp độ phần mềm, các triển khai hiện đại trên Android lưu trữ mẫu vân tay trong Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE) hoặc mô-đun bảo mật phần cứng (StrongBox KeyStore trên chip Titan hoặc Qualcomm SPU). iOS sử dụng Secure Enclave. Mẫu được mã hóa và không thể truy cập được bởi ứng dụng — đây là yêu cầu bắt buộc của Android CDD và Apple App Review Guidelines.

Mỗi nhà sản xuất triển khai bảo vệ theo cách riêng. Samsung Knox sử dụng TrustZone riêng với bộ lưu trữ cách ly cho dấu vân tay. Google Pixel với chip Titan M2 cung cấp sự cách ly ở cấp độ bootloader. Qualcomm Secure Processing Unit (SPU) — lõi chuyên dụng trong bộ xử lý Snapdragon xử lý sinh trắc học mà không cần CPU chính. Các cuộc kiểm toán độc lập của NCC Group và Kryptowire xác nhận rằng cả ba triển khai đều cung cấp sự cách ly phần cứng của các mẫu ở mức đủ cho chứng nhận Android Strong.

Người dùng nên nhớ rằng máy quét vân tay trước hết là một phương tiện tiện lợi, không phải là sự bảo vệ tuyệt đối. Đối với các giao dịch tài chính và truy cập dữ liệu quan trọng, nên sử dụng xác thực hai yếu tố: vân tay hoặc khuôn mặt cộng với mật khẩu hoặc mã thông báo phần cứng. Sinh trắc học tiện lợi như một yếu tố đầu tiên, nhưng không nên là rào cản duy nhất giữa kẻ tấn công và dữ liệu bí mật.

Ví dụ mã: BiometricManager trên Android

Android BiometricManager cho phép kiểm tra sự hiện diện và loại máy quét vân tay trên thiết bị trước khi gọi xác thực. Điều này quan trọng để xử lý chính xác các tình huống khi cảm biến sinh trắc học bị thiếu hoặc hỏng. Dưới đây là ví dụ về kiểm tra khả dụng của máy quét.

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("Máy quét khả dụng")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_NO_HARDWARE -> {
                println("Không có máy quét vân tay")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_HW_UNAVAILABLE -> {
                println("Máy quét tạm thời không khả dụng")
            }
            BiometricManager.BIOMETRIC_ERROR_NONE_ENROLLED -> {
                println("Không có vân tay nào được đăng ký")
            }
        }
    }
}

Phương thức canAuthenticate với cờ BIOMETRIC_STRONG kiểm tra xem thiết bị có cảm biến Lớp 3 (an toàn nhất) hay không. Đối với máy quét dưới màn hình và cảm biến siêu âm, Android trả về BIOMETRIC_SUCCESS chỉ khi cảm biến được chứng nhận là Strong. Nếu máy quét vân tay không có, cần đề xuất cho người dùng các phương pháp xác thực thay thế: mã PIN, mật khẩu hoặc đăng nhập khuôn mặt.