指紋識別前世今生 小小“身份證”歷險記

　　中國古代就有“簽字畫押”之說，但未有科學依據(jù)。在19世紀初，科學家發(fā)現(xiàn)了兩個指紋奧秘，一是兩個不同手指的指紋紋脊式樣不同，另外一個是指紋紋脊式樣終生不改變。這個研究成果使得指紋在犯罪鑒別中得以正式應用。20世紀60年代，由于計算機可以有效處理圖形，人們開始著手研究利用計算機來處理指紋。半個多世紀過去，如今指紋識別應用充斥在我們生活的方方面面，移動支付、上班打卡、小區(qū)入戶都離不了它。今天就讓我們來了解一下指紋識別前世今生，看看這個存在于我們指尖的小小“身份證”究竟經(jīng)歷了那些考驗?

　　識別鼻祖——光學指紋識別

　　最早出現(xiàn)的指紋識別系統(tǒng)是光學指紋識別。那時指紋識別傳感器都是采用玻璃表層，由于手指按在玻璃上會留下指紋，玻璃表層下面有一個熒光發(fā)光層，發(fā)光層照亮手指與玻璃接觸所形成的指紋圖案，這個時候玻璃下面的圖像傳感器便進行掃描，掃描到指紋圖案與存儲器中的指紋圖像進行比對便完成一次鑒別。

　　由于光并不能透過皮膚表層(也就是死性皮膚層)所以只能掃描手指表層。如果指紋表皮上死皮或者灰塵過多。又或者有破損和染色，會直接影響掃描結果。同時由于光學指紋傳感器只掃描手指與玻璃接觸的二維圖像，并不會檢測指紋材質，類似《碟中諜》系列電影中采取他人指紋制作指紋膜，就可以輕易騙過指紋識別器。

　　自發(fā)現(xiàn)至今，光學指紋識別技術仍未被淘汰還是有其原因的，光學指紋識別環(huán)境適應性更強，同時壽命更長成本也更低。光學指紋識別模塊采集窗多為鋼化玻璃，抗壓型強同時易清理，可在各種環(huán)境下作業(yè)。由于光學識別系統(tǒng)識別模塊與按壓模塊是分開的并不會擔心人們在按壓時破壞識別模塊，對比其他直接按壓識別模塊指紋識別系統(tǒng)，會更不易損壞。同時由于制造工藝上更加簡單，光學識別系統(tǒng)價格更加低廉?，F(xiàn)在大部分指紋考勤機以及部分智能鎖仍采用光學指紋識別系統(tǒng)。

　　后起之秀——電容式指紋識別

　　后來出現(xiàn)了第二代指紋識別系統(tǒng)——電容式指紋識別系統(tǒng)，電容傳感器技術是采用了交替命令的并排列和傳感器電板，交替板形式是兩個電容板，以及指紋山谷和山脊成為板之間的電介質。兩者之間恒量電介質傳感器檢測變化來生成指紋圖像。電容式指紋傳感器又分為較早出現(xiàn)的刮擦式傳感器以及后續(xù)出現(xiàn)現(xiàn)使用較為廣泛的按壓式傳感器兩種。

　　很多人都記得最早筆記本電腦上指紋識別都需要在識別模塊上滑動一下，這便是早期電容式指紋傳感器的形態(tài)，這類刮擦式指紋傳感器對手指方向和動作有很高的要求，滑動時要勻速不能有停頓，還要向同一個方向滑動，不能轉動，使得用戶體驗不佳。但是由于電容指紋傳感器體積較小，使得這種刮擦式指紋傳感器應用比上文提到的光學指紋傳感器更加廣泛。

　　這個時候有兩個廠商，AuthenTec以及FingerPrint Cards AB(下文簡稱FPC)。對電容式指紋識別發(fā)展有著不可磨滅的貢獻。2011年，AuthenTec研發(fā)出了一種基于電容和射頻識別的指紋識別新技術，該專利技術能夠讀取皮膚表層下活動層，實現(xiàn)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皮膚表面狀況，隨時隨地真正地讀取所有指紋。當時該項技術并未被推廣使用，主要原因是沒有一種足夠耐久的材料能在指紋傳感器表面來保護傳感器像素，且研發(fā)成本很高。但在2012年7月27日，蘋果以3.56億美元收購 AuthenTec。并在那之后推出了震驚業(yè)界的全球首款按壓式指紋識別手機。

　　直到蘋果收購AuthenTec并且發(fā)布了帶有按壓式指紋識別的iPhone5s以后，蘋果研發(fā)的保護層解決方案才公布于眾：藍寶石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)。然而蘋果采用的藍寶石玻璃并不是寶石，而是人工合成的一種物質，主要成分是三氧化二鋁，具有極好的電氣特性和介電特性，并且防化學腐蝕，它耐高溫，導熱好，硬度高，透紅外，化學穩(wěn)定性好。很多名貴手表表面就是由這種物質覆蓋。

　　雖然手機指紋識別得到突破但在電子鎖方面，由于使用頻次原因，刮擦式電容指紋識別使用體驗和按壓式體驗并沒有太大區(qū)別，所以電子鎖那個時候還是采用刮擦式電容指紋識別方案，更有甚者為了成本考慮，采用最開始提到的光學指紋識別方案。但是手機公司則不然。相對于蘋果公司的成功，不少安卓手機制造商只能干著急。AuthenTec公司已經(jīng)被蘋果收購，技術不對外授權。一時間安卓手機指紋識別開發(fā)陷入停滯狀態(tài)。

　　時間推進到2014年9月，華為發(fā)布了Mate7手機讓情況有所改變。其背面采用接觸式指紋識別，使用體驗與按壓式接近，遠好于刮擦式。該款手機采用FPC“FPC 1020”指紋識別方案，成為第一個采用按壓式指紋識別方案的安卓手機，其方案提供商FPC也因為這款手機一時間聲名鵲起。同年，“物聯(lián)網(wǎng)”概念大火，電子鎖也搭上物聯(lián)網(wǎng)這個順風車，搖身一變成為智能鎖。而指紋識別是智能鎖解鎖的最優(yōu)方案，比起傳統(tǒng)密碼解鎖要方便，也安全得多。由于指紋識別技術突破以及智能手機上指紋識別的普及，使得采購指紋識別模塊成本也越來越低，于是采用電容式指紋識別模塊的智能鎖便越來越多，價格也比較合理。在經(jīng)過數(shù)次方案更新后，國內(nèi)智能家居和智能鎖廠家紛紛采用FPC指紋識別方案，并作為賣點之一。

　　但是電容式指紋傳感器對臟手指，濕手指等困難手指識別率低，對手指清潔度要求較高。同時由于傳感器表面是使用硅材料，非常容易損壞，導致使用壽命降低。所以電容式指紋傳感系統(tǒng)還有很長的路要走。

　　未來之星——射頻指紋識別

　　指紋識別經(jīng)過前兩代更替又前進了一步，這兩年新興的射頻指紋識別可以靠特定頻率信號反射來探知指紋的具體形態(tài)的。此類指紋識別系統(tǒng)又分為無線電波探測與超聲波探測兩種，其原理都與探測海底物質的聲納類似。

　　如果說前兩代指紋識別技術關注的是解鎖速度和精度，但對于用戶來說，可能面臨的煩惱是，比如手指上有水或者冬天手指脫皮，指紋識別就失效了。射頻指紋識別對干手指，汗手指，臟手指等困難手指通過可高達99%，防偽指紋能力強，指紋敏感器識別原理只對人類真皮皮膚有反應，從根本上杜絕了人造指紋問題，同時它還適合特別寒冷或特別酷熱的地區(qū)。由于射頻傳感器能產(chǎn)生高質量圖像，因此射頻技術是最可靠，最有力的指紋識別方案。除此之外，高質量圖像還允許減小傳感器，無需犧牲認證的可靠性，從而降低成本并使得射頻傳感器思想應用到可移動和大小不受拘束的任何領域中。但是這類指紋識別傳感器現(xiàn)階段造價太高，還沒有推廣開來。希望未來可以將這項技術廣泛投入社會使用當中。

　　結語：科技不斷進步使得我們生活變得更加方便安全，指紋識別作為一種對身份驗證簡單可靠的方法經(jīng)過不斷更新迭代已經(jīng)變得十分成熟，并運用廣泛。相信未來它還會在新的領域發(fā)掘更多使用價值。