由蘋果公司iphone5s首創的指紋識別在發展過程中遇到過哪些問題？

1998年，在美國弗羅里達成立了一家叫AuthenTec的公司。到2012年的時候，AuthenTec已經成為世界最大的指紋感測器及晶元與模組，身份識別軟體和加密安全方案的供應商，年銷售額達7千萬美元，擁有200多項專利和230名員工，在世界範圍內使用的感測器超過3500萬個，其客戶包括阿爾卡特-朗訊，思科，惠普，三星，聯想，LG，摩托羅拉，諾基亞等等。

傳統的指紋感測器以光學識別方式為主，其工作原理類似於數碼攝像頭。手指放在感測器的表面，下面有一個熒光發光層照亮手指，反射回來的光線穿過熒光層照到下方的圖像感測器，獲得指紋圖像。其成像質量受到手指皮膚的狀況影響，如果手指表面有破損，臟物或者染色則會影響識別效果。而且很容易被假的指紋圖案愚弄，例如從物體表面提取的指紋經過加工做成指模就可以騙過指紋感測器。

基於成本的考慮，很多筆記本上配置的指紋感測器都是線性的，就是說不同於數碼相機上的二維CCD/CMOS圖像感測器矩陣，指紋感測器的像素往往只是排列成一行的一維陣列，所以手指需要從感測器上划過以便指紋識別器能依次讀取手指不同部位的圖像，然後再拼接成完整的指紋進行識別。可以想像在划動過程中手指的動作和形變會影響到成像的質量。

蘋果收購AuthenTec

2011年，AuthenTec研發出了一種基於電容和射頻識別的指紋識別新技術，稱之為「TruePrint」，TruePrint專利技術能夠讀取皮膚表層下的活動層（人的指紋真正所在之處），實現極其精確可靠的指紋成像。這種皮下讀取方式能夠應對常見的皮膚表面狀況，隨時隨地真正地讀取所有指紋。2012年5月，AuthenTec推出了一款13.3mm x 3mm大小，1.3mm厚，每英寸500像素（500dpi），192 x 8像素的第一代智能感測器（Smart Sensor） 。

根據AuthenTec向美國證券交易委員會披露的報告揭示，2011年末到2012年初，AuthenTec開始接觸各主要的消費電子公司，包括惠普、聯想、戴爾、LG、富士、三星、諾基亞，思科，朗訊等大客戶，試圖獲得資助。然而除了蘋果以外沒有一家公司有興趣投入開發。其主要原因是需要投入的成本太高（後面會講到為什麼以及蘋果是怎麼解決的）。

2012年2月，AuthenTec的高層包括 CEO Larry Ciaccia 、副總裁 Fred Jorgenson 等人，與蘋果的高層進行了幾次談判。談判持續到 3、4 月份，敲定合同細節以及知識產權問題。雙方陷入膠著狀態——蘋果提出收購公司的工程師團隊，以便為蘋果開發產品，但 AuthenTec 高層在交換意見之後，沒有同意。之後雙方又進行了數次談判。

5月1日，Ciaccia 與 Jorgenson 前往蘋果公司總部繼續談判，蘋果突然提出要收購整家公司，出價 7 美元一股，比其當時的股價溢價15%。Ciaccia 稱要與董事會商量，他不認為 7 美元一股的出價是充分的。

5月2日，蘋果提出，他們的報價是「非常有吸引力的」，沒有其它潛在買家會出價會高於 7 美元一股。它向 AuthenTec 提出，對比為其它消費類電子廠商，為蘋果獨一無二的產品平台開發新技術將更有利。蘋果強調，因為產品計劃和工程開發的緣故，他們希望談判進度能夠加快。並且蘋果通知AuthenTec它不會與其他競爭對手競價，如果AuthenTec尋求其他公司的報價則蘋果會撤回提議。

緊接著是緊張的談判，從披露文件中，可以看到雙方之間的拉鋸戰，有時候每隔一兩天雙方就會進行新一輪的談判。AuthenTec 希望提高收購的價格到9美元一股，而蘋果則希望保持原價，最高不超過8美元一股。這個談判過程中有反覆，但是蘋果要求AuthenTec在談判期間不能中斷技術開發。蘋果一度提出不再收購，而是與 AuthenTec 保持合作夥伴的關係。但是到 7 月初，蘋果開始有所讓步，出價從 7 美元一股提升至 8 美元一股。AuthenTec 接收了這個報價，7月19日，雙方敲定了知識產權協議和開發協議的關鍵條款，開始進入收購的最後階段。

最終蘋果以8美元一股，相對7月26日股價的58%溢價，總價3.56億美元收購了AuthenTec。蘋果並且額外支付2千萬美元獲得非排他性的硬體，軟體和專利技術授權，以及750萬美元的一次性研發費用。

2012年9月，AuthenTec向其客戶包括三星，惠普，Dell，聯想，富士等發出通知，從2013年開始將不再向客戶供貨，客戶們開始恐慌並著手尋找替代的供應商。

2012年11月，AuthenTec將其嵌入式安全方案業務作價4800萬美元賣給了Inside Secure公司，這揭示蘋果收購AuthenTec的目的是為了其指紋感測技術。

AuthenTec的指紋識別技術

AuthenTec到底有何大能讓蘋果迫不及待的要收購它？

AuthenTec研發出了一種基於電容和無線射頻（RF）的半導體感測器，如下圖所示。其基本思想是手指構成電容的一極，另一邊是一個硅的感測器陣列構成電容的另一極，在手指和感測器陣列上加上電壓，就在兩者之間產生了一個電場。由於手指表面的凹凸不平，手指表面到感測器陣列之間的距離在各個地方會有不同，距離的不同使得在感測器陣列上感應出的電場強度不同，手指上的峰和谷在感測器的像素上感應出不同的電場強度，經過晶元處理就合成為指紋圖像。由於手指表面的死皮是不導電的，因此這種感測器識別的是死皮下面的活體皮膚。由於排除了死皮的干擾，能獲得清晰銳利的圖像。而光學和體溫等其他識別技術則只能識別表面的皮膚，因此成像質量遠不如AuthenTec的技術。

（題外話：至此大家應該知道iPhone 5S上Home鍵周邊的的那個金屬環是幹什麼用的了。這個金屬環一方面是當手指放上去的時候檢測到手指，開啟指紋識別功能，另一方面是作為一個導體把電壓傳導到手指上從而讓手指構成一個電極）

此外，AuthenTec還有「反欺騙技術」，可以在掃描時動態測量手指皮膚的特性，只有真的手指才會被識別，用死的手指試圖欺騙指紋感測器是不會成功的。

AuthenTec技術的一種潛在應用是可以根據不同的手指開啟不同的應用，比方說大拇指解鎖，食指授權支付，等等。此外，還可以用來模擬滑鼠或者遊戲桿，當手指在感測器上滑動時，可以模擬成滑鼠或者遊戲桿的移動。

可以想見，蘋果絕不會把這項技術授權給競爭對手。三星們將來想要模仿的話，只有另闢蹊徑了。

然而，之所以在此之前除了蘋果以外沒有一家公司願意投入開發，主要是這個技術存在一些缺陷。摩托羅拉和三星都在指紋識別上投入了大量的開發但最終都失敗了，例如Motorola的Atrix，以及三星本來想在Galaxy Note 3上使用的Validity Sensors技術。究其原因，是沒有一種合適的材料能塗在指紋感測器表面來保護其硅感測器陣列。由於電場很微弱，需要手指和感測器保持較近的距離，因此保護層不能太厚。在經過一段時間的使用以後保護層就會磨損，導致識別失敗，此外手指上經常會有油脂，鹽分和沙粒，加上潮氣和溫度，成為保護層殺手。

這個問題所有指紋識別感測器廠家包括AuthenTec都沒有解決。摩托羅拉，三星，西門子和富士等廠家都試圖解決該問題但最終都失敗了。所以當AuthenTec向他們推廣該技術的時候大家都沒有興趣。但是這一問題最終被蘋果解決了。

根據AuthenTec披露的文件，蘋果為AuthenTec提供了一種「蘋果項目材料」，要求AuthenTec不得「拆解，分解，或反向工程」，說明蘋果在AuthenTec的研發中有合作並且提供了重要的幫助。

根據蘋果的一項專利顯示，蘋果發明了一種將指紋感測器的硅晶元（die）和遮檔板集成模塑為一體的技術，形成一個「單一的封裝結構」，來保護「專門的生物陣列」，同時仍可以讓感測器暴露或用一層保護層覆蓋。「通過將感測器和遮擋板封裝在一起，這些單元可以比以往更加貼近，並且封裝結構可以保護感測器晶元和遮擋板，特別是允許保持一個比已知的所有設計更小的距離」。

個人的理解，蘋果用來保護感測器的保護層，就是藍寶石水晶。根據另一份蘋果專利顯示，蘋果新開發的藍寶石層壓技術，可以把藍寶石的厚度減小到1mm，從而應用在Home鍵上，用來保護感測器。

答疑時間

• 蘋果或者美國NSA會竊取我的指紋嗎

• iPhone 5S會提取你的指紋的特徵，比方說弓形紋，箕形紋，斗形紋，紋線的大小，數量，走向，斷點，分叉等，經過散列演算法加密後保存到A7晶元內部一個特定的區域。指紋特徵不會上傳或者備份到蘋果的伺服器，晶元硬體上也不允許除指紋識別感測器之外的軟體讀取。即便蘋果或NSA能拿到你的指紋特徵，也不能反向複製出你的指紋。打個比方，如果指紋是一個人的話，指紋特徵就是一個人的素描畫像。根據畫像可以鑒別一個人是否是畫像上的那個人，但是根據畫像沒法反向製造出一個跟你一樣的人去欺騙你的銀行或者家人。即便你不相信蘋果，要知道你的手機上存有你所有的信息，電話，簡訊，聊天記錄，各種密碼帳號，如果蘋果想偷你的，早就偷了，需要你的指紋嗎？再說你值得被NSA跟蹤監視嗎。

• 手指脫皮，受傷，沾水或油污怎麼辦？

• 個人推測，單純的脫皮應該不會導致無法識別，因為感測器識別的是活體皮膚，而不是脫落的死皮。iPhone 5S可以保存5個指紋，因此即使一個手指受傷也可以換一個手指。沾水或者油污有可能會降低識別率，但是不等於說完全無法識別。設置指紋鎖的時候同時要求提供後備密碼，你隨時都可以不用指紋而改用後備密碼。

• 家人要用我的手機怎麼辦？我在沖涼家人要接我的電話怎麼辦？緊急情況下怎麼打電話

• 你可以把家人的指紋也加到手機里。接聽電話應該是不需要指紋的，另外緊急呼叫也是不需要指紋的。

• 手機被偷了，小偷能通過刷機解鎖手機嗎

• iOS7新增加的功能，把手機跟Apple ID綁定。即便小偷讓手機進入恢復模式（DFU），清掉所有內容，重新激活手機的時候還是需要輸入Apple ID的密碼，否則不能激活手機。基本上小偷只能拆了你的手機當零件賣。至少你手機裡邊的信息是安全的。此外，手機重啟或超過48小時沒有解鎖，則需要輸入後備密碼解鎖一次，才能繼續用指紋解鎖，這是為了增加黑客破解指紋鎖的難度。

• 指紋除了解鎖和在App Store買東西，還能幹什麼

• 目前來說，指紋鎖可以讓你快速解鎖和在App Store，Apple Store， iTunes Store, iBooks等蘋果服務內快捷支付。尚不知道蘋果是否會對第三方開放指紋功能。
• 需要注意的是iOS7新增了iCloud鑰匙串（iCloud KeyChain）功能，iCloud鑰匙串允許你在用Safari上網登錄的時候自動把帳號密碼保存到iCloud裡邊。目前這個功能在iOS7 GM版中被取消了。預計等10月或11月新的iPad 5，iPad Mini 2以及新的OSX Marvricks正式版發布的時候一起開放該功能。設想一下如果將iCloud鑰匙串和指紋識別功能結合起來，當你用Safari上網的時候，只要通過指紋驗證，Safari就可以從iCloud鑰匙串取得帳號密碼幫你自動填表登錄網站。
• 另外，個人認為蘋果遲早會對第三方App開放API介面，當你用第三方App登錄的時候，第三方App可以把你的帳號密碼保存到iCloud鑰匙串中。下次需要登錄的時候，第三方App訪問iCloud鑰匙串要求獲取密碼，iCloud鑰匙串要求指紋驗證，如果指紋驗證通過則iCloud鑰匙串把之前該應用保存的賬號密碼提供給第三方App，從此在App裡邊不用再記帳號密碼，並且可以實現一鍵支付。

---

推薦閱讀：