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Auf den Spuren neuer Ultraschall Anwendungen

Ultraschall Fingerabdruck Scanner am Handy?

Fingerabdruck-Scanner sind heutzutage nicht mehr nur für die Luxus-Handys reserviert, sondern sogar für fast alle preiswerten Mobiletelefone auch.

Ultraschall Scanner im Handy

Die Technologie hat sich auch von Anfang an stark weiterentwickelt und wurde schneller und genauer in ihren Messwerten. Anfangs wurde der Fingerabdruck nicht immer richtig erkannt und Fehler haben gerne einmal verhindert, dass das Handy freigegeben wurde. Feuchtigkeit an den Fingern macht auch heute noch bei vielen Modellen Probleme.

Lassen Sie uns vor diesem Hintergrund einen Blick darauf werfen, wie die neuesten Fingerabdruckscanner funktionieren und welche Unterschiede bestehen.

Unterschiedliche Technik der Fingerabdruckscanner

1. Der optische Scanner

Optische Fingerabdruckscanner gehören zur ältesten Methode zum Erfassen und Vergleichen von Fingerabdrücken. Wie der Name vermuten lässt, basiert diese Technik auf der Erfassung eines optischen Bildes, im Wesentlichen einer Fotografie, und der Verwendung von Algorithmen zum Erkennen eindeutiger Muster auf der Oberfläche, z. B. Kanten oder eindeutigen Markierungen, durch Analyse der hellsten und dunkelsten Bereiche des Bildes.

Die Umgebung und Umrisse vom Fingerabdruck werden so in die Software übertragen und gespeichert.

Genau wie bei Smartphone-Kameras können diese Sensoren eine begrenzte Auflösung besitzen. Je höher die Auflösung, desto feiner kann der Sensor Ihren Finger erkennen, was die Sicherheit erhöht.

Diese Sensoren erfassen jedoch wesentlich kontrastreichere Bilder als eine normale Kamera. Diese Scanner verfügen über eine sehr hohe Anzahl von Dioden pro Zoll, um diese Details aus der Nähe zu erfassen.

Natürlich ist es sehr dunkel, wenn Sie Ihren Finger über den Scanner legen. Optische Scanner enthalten auch Arrays von LEDs als Blitz, um das Bild beim Scannen zu beleuchten. Ein solches Design ist jedoch für ein Smartphone etwas sperrig, wenn schlanke Formfaktoren wichtig sind.

Der größte Nachteil von optischen Scannern ist, dass sie nicht schwer zu täuschen sind. Da die Technologie nur ein 2D-Bild erfasst, können Prothesen und sogar andere Bilder von ausreichender Qualität verwendet werden, um dieses Design zu täuschen. Diese Art von Scannern ist wirklich nicht sicher genug, um den sensibelsten Details zu vertrauen. Es wird auch langsam in diesen Tagen eingestellt.

Ähnlich wie in den Anfängen des resistiven Touchscreens gibt es heutzutage keine optischen Scanner mehr als die kostengünstigste Hardware.

Mit zunehmender Nachfrage nach härterer Sicherheit haben Smartphones bessere kapazitive Scanner eingesetzt, und die sinkenden Technologiekosten machten kapazitive Alternativen auch für Mittelklasseprodukte möglich.

Mit der Hinwendung zu ganzheitlichen verglasten Displays können kleinere optische Module jedoch ein Comeback sein, da sie unterhalb des Displayglases eingebettet werden können und nur einen geringen Platzbedarf erfordern.

2. Kapazitive Scanner

Der heute am häufigsten verwendete Typ eines Fingerabdruckscanners ist der kapazitive Scanner.

Anstatt ein herkömmliches Bild eines Fingerabdrucks zu erstellen, verwenden kapazitive Fingerabdruckscanner kleine Kondensatorschaltungen, um Daten über einen Fingerabdruck zu erfassen.

Da Kondensatoren elektrische Ladung speichern können, können sie durch das Anschließen an leitfähige Platten auf der Oberfläche des Scanners verwendet werden, um die Einzelheiten eines Fingerabdrucks zu verfolgen.

Die im Kondensator gespeicherte Ladung ändert sich geringfügig, wenn ein Fingerkamm über den leitfähigen Platten angeordnet wird, während ein Luftspalt die Ladung am Kondensator relativ unverändert lässt.

Eine Operationsverstärker-Integratorschaltung wird verwendet, um diese Änderungen zu verfolgen, die dann von einem Analog-Digital-Wandler aufgezeichnet werden können.

Kapazitiver Fingerabdruckscanner

Theorie und Architektur hinter einem kapazitiven Fingerabdrucksc

Nach der Erfassung können diese digitalen Daten analysiert werden, um nach unverwechselbaren und eindeutigen Fingerabdruckattributen zu suchen, die zu einem späteren Zeitpunkt für einen Vergleich gespeichert werden können.

Das Besondere an diesem Design ist, dass es viel schwieriger ist, als ein optischer Scanner zu täuschen.

Die Ergebnisse können nicht mit einem Bild reproduziert werden und sind mit einer Art Prothese unglaublich schwer zu täuschen, da unterschiedliche Materialien leicht unterschiedliche Ladungsänderungen am Kondensator aufzeichnen. Die einzigen wirklichen Sicherheitsrisiken bestehen entweder beim Hacken von Hardware oder Software.

Durch das Erstellen eines ausreichend großen Arrays dieser Kondensatoren, in der Regel Hunderte oder gar Tausende in einem einzigen Scanner, kann ein äußerst detailliertes Bild der Kämme und Täler eines Fingerabdrucks aus nur elektrischen Signalen erstellt werden. Genau wie beim optischen Scanner führen mehr Kondensatoren zu einem Scanner mit höherer Auflösung, wodurch die Sicherheit bis zu einem bestimmten Punkt erhöht wird.

Aufgrund der großen Anzahl von Komponenten in der Erkennungsschaltung können kapazitive Scanner etwas teuer sein.

3. Der Ultraschall-Scanner

Die neueste Fingerabdruck-Scantechnologie für den Einstieg in das Smartphone ist ein Ultraschallsensor.

Um die Details eines Fingerabdrucks tatsächlich erfassen zu können, besteht die Hardware aus einem Ultraschallsender und einem Empfänger. Ein Ultraschallimpuls wird gegen den Finger übertragen, der sich über dem Scanner befindet. Ein Teil dieses Impulses wird absorbiert, und ein Teil davon wird zum Sensor zurückgeworfen, abhängig von den Rippen, Poren und anderen Details, die für jeden Fingerabdruck einzigartig sind.

Es gibt kein Mikrofon, das diese zurückkehrenden Signale abhört. Stattdessen wird ein Sensor, der mechanische Beanspruchung erkennen kann, verwendet, um die Intensität des zurückkommenden Ultraschallimpulses an verschiedenen Punkten des Scanners zu berechnen.

Durch das Scannen über einen längeren Zeitraum können zusätzliche Tiefendaten erfasst werden, was zu einer sehr detaillierten 3D-Wiedergabe des gescannten Fingerabdrucks führt. Die 3D-Natur dieser Erfassungstechnik macht sie zu einer noch sichereren Alternative zu kapazitiven Scannern.

Es gibt zur Zeit ehre Prototypen, welche die Ultraschalltechnik verwenden.

Algorithmen und Kryptographie

Während die meisten Fingerabdruckscanner auf sehr ähnlichen Hardware-Prinzipien basieren, können zusätzliche Komponenten und Software auch eine wichtige Rolle dabei spielen. Der Weg ist hier nicht eindeutig und hängt stark vom Verbraucher und dessen Wünschen ab.

In der Regel suchen Algorithmen, wo Kanten und Linien enden oder wo sich eine Kante in zwei Teile teilt. Wenn ein gescannter Fingerabdruck mehreren Merkmalen entspricht, wird er als Übereinstimmung betrachtet.

Natürlich müssen diese Informationen auf Ihrem Gerät sicher aufbewahrt und von Code ferngehalten werden, der ihn gefährden könnte.

Anstatt diese Benutzerdaten online hochzuladen, können ARM-Prozessoren diese Informationen mithilfe der auf Trusted Execution Environment (TEE) basierenden TrustZone-Technologie auf dem physischen Chip sicher aufbewahren.

Dieser sichere Bereich wird auch für andere kryptografische Prozesse und für die direkte Kommunikation mit sicheren Hardwareplattformen wie einem Fingerabdruckscanner verwendet, um ein Software-Snooping zu verhindern.

Qualcomms Einstellung dazu ist in seine Secure MSM-Architektur integriert, während Apple dies als „Secure Enclave“ bezeichnet, aber alle basieren auf dem gleichen Prinzip, dass diese sicheren Daten auf einem separaten Teil des Prozessors aufbewahrt werden, auf den Apps keinen Zugriff haben.

Die FIDO-Allianz (Fast IDentity Online) hat starke kryptografische Protokolle entwickelt, die diese geschützten Hardwarezonen verwenden, um Authentifizierungshandshakes ohne Kennwort zwischen Hardware und Diensten zu ermöglichen.

So können Sie sich mit Ihrem Fingerabdruck bei einer Website oder einem Online-Shop anmelden, ohne dass Ihre einzigartigen Daten Ihr Smartphone verlassen müssen. Dies wird erreicht, indem digitale Schlüssel anstelle von biometrischen Daten an Server übergeben werden.

Fazit

Ultraschall Technik

Die Fingerabdruck-Scanner sind eine sichere Alternative zum Speichern zahlloser Benutzernamen und Kennwörter. Durch die weitere Einführung sicherer mobiler Zahlungssysteme werden diese Scanner in Zukunft wahrscheinlich zu einem allgemeineren und entscheidenden Sicherheitsinstrument.

Mit den erhöhten Anforderungen beim Banking und zahlen im Supermarkt werden die Ultraschall Fingerabdruck Scanner vielleicht in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Vermutlich wird es aber eine Kombination aus mehreren Methoden für die Sicherheit geben. Hier sei die Gesichtserkennung als effektives Mittel zur Datenerfassung genannt. Wenn Zahlungssysteme schnell auf gute Ultraschall-Scanner und eine optische Gesichtserkennung zurückgreifen an der Kasse, dann wird es sehr sicher und auch schnell sein zu bezahlen.

Keine Nummern mehr eintippen? Natürlich nicht.

In das Kassensystem können wir uns manuell in der Schlange oder auch schon automatisch über das Handy einloggen und bestätigen dann nur noch kurz mit einem Fingerabdruck und unserem Gesicht an der Kasse den Vorgang. Ok, da müssen Sie wohl noch etwas warten.