屏下指紋的前世今生

03-30

那天在茶茶群裡面看到這個消息，和幾個同學一起討論了一下光學指紋。

當時討論的結果是，認為光學指紋一直以來沒有應用，是因為安全性有問題。另外光學指紋的本質就是一個解析反射光線的過程，那麼手機如果有貼膜的話，很可能會導致解鎖率有問題。

我們都知道，藍廠在MWC上就已經發布過一次高通的超聲波屏下指紋樣機了。當時那個樣機和小米5S的超聲波指紋識別一樣，有著一些和優點相伴相生的問題。

一個典型的指紋識別流程其實就是：

指紋識別感測器→特徵提取/匹配模塊→特徵資料庫→APP。

那麼指紋識別的具體方案作為直接與指紋接觸，進行特徵提取的一步，就尤其關鍵。我也是後來查資料的時候才發現這裡面有多少有趣的細節的。

首先，超聲波指紋識別與光學和電容不同，後二者是建立一個二維的特徵模型，而超聲波是一個三維的立體指紋模型。

所以超聲波技術從根本上來說安全性更高一些，但是也因為如此，它的識別速度捉急。

小米5S剛剛發布的時候識別率捉急，當時米粉們研究出來一個應對方案，一根手指錄兩三個指紋數據，這樣識別率高一些。MIUI更新兩個月之後，識別率的問題終於解決了，但是識別的速度一直到現在都還沒有解決。

藍廠在年初那次展示的超聲波指紋識別樣機也是一樣的有識別率的問題。

http://static.video.qq.com/TPout.swf?auto=1&vid=n0519qci4yg（視頻地址）

從視頻中可以看到，超聲波在錄指紋的時候就比較慢，解鎖更是花了差不多1S左右的時間，在業界電容式指紋解鎖即觸即解的當下，別人的手機解鎖速度是0.1S，你的手機是1S，你能受得了嗎？

很明顯。

藍廠一向對於這些用戶可以直接感知到的技術體驗是很在意的，說實話，手機圈裡老說藍綠藍綠，其實藍廠一直比綠廠有理想。綠廠還在出R9這種硬體水準的手機時，藍廠除了XPLAY6，曲面HIFI820，頂配是6+128，這個配置放到今天都是不錯的配置。起碼藍廠是有旗艦的，HIFI一路也堅持搞下來，毋庸置疑的業界頂級水準。

所以你要讓藍廠用超聲波方案，那體驗對於用戶來說完全是開倒車，在這個情況下藍廠就需要尋找新的解決方案。其實在2017年年底我們就可以看到，藍廠的營銷在減少，投了巴薩而不是繼續投明星，藍廠在尋找一條新的道路。

藍廠交出了這份答卷。與新思（Synaptics）合作研發的屏下光學指紋。

http://www.iqiyi.com/v_19rrey75ec.html（視頻地址）

跳到20秒位置。

從現場體驗視頻來看，光學指紋的體驗明顯比WMC上的超聲波方案要快得多了。基礎體驗部分我覺得還是OK的。

那麼我們現在回到開頭的問題，指紋識別的安全性問題。

超聲波指紋的安全性卓絕，但是體驗堪憂。電容式指紋識別破解也不是新聞了，在2017年六月份的時候，新思就搞過一次線下活動，懟過一次匯頂。

他們邀請媒體過來，然後當場五分鐘破解了媒體的指紋，做出了可以欺騙指紋識別的假指紋。聽起來好像很hacker，其實就是搞到你的指紋——天然會分泌汗液的手指的痕迹幾乎無處不在，然後印到一條導電條上，然後把導電條往電容式指紋感測器一壓，就可以輕鬆解鎖了。

實際上看這條新聞的時候，我覺得搞到了指紋後，要偽造指紋可能甚至花不了五分鐘……

這其實就是上面我們提到的二維化指紋特徵的弊病，只要你給感測器提供一個二維特徵，那就可以破解。

新思在搞完事情之後表示，這種破解分為兩種維度，第一，是感測器上的破解，比如偽造假體指紋，第二是從感測器到主機的傳播路徑上，截取信息，直接欺騙。新思的解決方案是在感測器上加入活體識別技術，比如熱感感測器（thermal sensor），輔助判斷按壓的是否是活體手指。

同時新思還會加入機械學習的功能，新思的Quantum Matcher（直譯：量子識別）會不斷學習真手指和偽造指紋的區別，從根本上解決安全性的問題。一個固定安全方案的感測器總是可以破解的，一個在不斷學習變化的感測器就沒那麼容易了。

第二點在傳播路徑上的安全問題，新思則通過使用 256 位高級加密標準和傳輸層安全技術加密所有生物特徵識別技術並進行數字簽名，從而防止此數據被竊聽、篡改或騙取。

2017年一月的時候，新思就成為了全球第一家BCTC（銀行卡檢測中心）全面認證的指紋感測器，成為了一家有著銀行級保密性的指紋公司。

回到光學指紋，其實光學指紋不是一個新技術，它屬於是指紋安全領域最早的元老，很多公司指紋打卡器其實就是光學指紋。

但是當時光學指紋發光結構大，無法小型化，而且不穩定，很多打卡器到了冬天就不好使，就是因為光學指紋的發光結構受溫度的影響，到了冬天一冷，它自己變形了，就覺得你的指紋不對。我在查光學指紋資料的時候，早一點時間的全是關於光學指紋在打卡器上的應用分析。

當時普遍認為電容式是一個更高端的技術，耐磨且穩定，我們也可以看到，現在手機的主流也是電容式指紋識別。

在打卡器上面，電容式問題不大，但是在手機上電容式現在就遇到了一些問題。

首先就是現在業界的全面屏風向，所有的手機都在追求屏佔比的最大化，在追求屏佔比的過程中額頭下巴和邊框都被壓縮了，但是指紋卻有很多不同的解決方案，有的選擇放在極窄的下巴上，有的選擇放在背後。

背後不說了，這是個習慣性問題，如果要把指紋放在前面的話，就要面臨一個問題。

全面屏的寬是沒有增加的，主要是把手機拉長了。我們拿手機拿的是手機的中部，這樣手機拿在手裡才平衡。使用全面屏的時候我們可以發現一個問題，就是屏幕最上和最下大拇指不太容易摸得到。

所以指紋放在前面，把位置放在下巴上，是一種為了前置指紋而前置指紋的敷衍方案，實際上體驗並不好，很彆扭，每次都要摸下去。

這就是電容式指紋識別的問題，它必須在屏幕之外的地區。

但是光學式指紋就可以放在屏幕下面，新思在2016十二月年發布的NaturalIDFS9100就可以做到1mm的穿透了（包括2.5D玻璃），尤其是現在OLED屏幕可以做到非常薄了，光學式指紋可以從屏幕的縫隙中透出去，完成指紋的採集。

所以，光學式指紋本身就是具有穿透性的，貼的是水凝膜無所謂，哪怕是鋼化膜，如果買的是好的鋼化膜，介質密度均勻，感測器一樣可以收集到折射後的指紋模型。

你從這個角度來看，其實光學式指紋也可以推動一次手機周邊行業的進化，把那些粗製濫造的垃圾鋼化膜驅趕出去，促進一次手機周邊行業的進化。

關於解鎖區域的困惑我覺得也可以放下了，光學式指紋用的是光來識別，肯定不是只能一小塊位置用於識別。

總的來說，關於解鎖率，安全性，實用性，新思和VIVO這次合作研發的光學指紋解決方案，交出了一份不錯的答卷。

實際上在看VIVOX系列產品經理翰伯嘯的採訪時，他就說了：

「屏幕指紋技術是挺難的，它涉及軟硬體很多的內容。它不是一個簡單一攬子方案，這個要廠家軟硬體全部配合，它的原理是類似於更像拍照這塊東西。我們看到拍照行業是沒有一家靠供應商的方案自己成為拍照裡面老大的，它的方案挺複雜的。從屏幕到感測器到外面的貼合，屏幕和感測器的貼合過程，以及裡面堆疊的方式都要一遍遍試驗的，包括人工智慧圖像演算法，這是一個整體的配套過程。
vivo產品經理韓伯嘯表示，早在2年前vivo就開啟投入人力、物力和財力研發這項技術，物力我們下了將近二十萬材料片，冒著有可能報廢的風險。

在組裝測試方面，我們要找產線上最厲害的工人，找最好的結構製造專家、製造工程專家，迅速手工做一百來台機器兩三天做完，立馬測試，手工裝機器都裝上千台了，報廢了上千台。
從用戶體驗角度來說，正面指紋識別更優，但是行業內大部分人都在研究結構光，好像沒人在做屏幕指紋，為什麼呢?因為一旦蘋果三星做出來就有標準方案在那裡，大家都可以想辦法複製，因此大部分都在等三星出來一籃子方案。」

引用自：http://sh.qihoo.com/pc/2s21r39vieq?sign=360_e39369d1

所以很多時候有些手機圈的看到手機廠商用一個供應商的技術，就嘲諷是組裝廠，這個是很無厘頭的。不管是拿到的什麼方案，都只是一個基礎模型和一套開發工具，具體如何實現，如何塞到產品裡面，怎樣設計適合量產，工廠這邊能不能搞定，這些都是需要大量工作去磨合解決的問題。

絕不是供應商提供了，跟玩遊戲一樣，直接塞進去就用了。

上面的內容是二月份寫的，這裡根據新發生的情況再寫一段。

X21的量產版光學指紋已經出來了，體驗還可以，目前已知的供應商也不只是新思，還有匯頂。

同時現在我對於光學指紋的理解也有些不一樣了。

實際上在成熟面部解鎖體驗的便利下，光學指紋大部分時候是作為支付手段輔助使用的，平時用不上指紋解鎖。劉海那裡的紅外可以補全面部解鎖在暗處解鎖的缺陷。

大家要知道，光學指紋不管怎麼做，速度都沒法跟電容式比，這是原理上的差別。光學指紋在機器學習的輔助下可以越用越好用，但是沒法跟電容式比的。

這機器學習就是說，這次沒有認出來你的指紋，但是通過其他方式解鎖了，就會把這次失敗的二維圖像存一下，下次這樣的狀態就能再認得出來了。

但是面部解鎖+抬手亮屏是很好用的，X21隻要手機動一下，就會自動激活光學指紋，檢測到抬手亮屏拿起來就解鎖了，很自然，手裡面有note3的用戶應該可以理解這種感覺。

參考網址：

http://www.eepw.com.cn/article/201701/343354.htm

http://www.shoujibao.cn/news/show-htm-itemid-21001.html

https://www.synaptics.com/cn/technology/security-suite

http://www.qianjia.com/html/2017-11/24_280151.html