解密智能手机指纹识别

苹果手机的指纹识别应用,并不是一个新的硬件开发,而是一个产品的新应用场景开发。弄清楚了这些,再来看指纹识别的产业环境,或认识苹果产业链里其它元器件的发展趋势就简单了很多。

我始终认为苹果最大的优势,是为成熟的技术在消费电子领域找到合适的应用场景,指纹识别技术更好的诠释了苹果的产品理念。

为了打造苹果的高端形象和规避技术风险,苹果产品的多数技术,都选择从军工领域淘汰下来的技术,或简化军工技术获得。比如已经成功应用于军方虚拟显示的液晶显示屏制造技术,应用于军方火控系统的ARM指令CPU,应用于军方指挥系统的GPS定位技术,应用于军方情报系统的快速成像技术,以及应用于军方安全系统的指纹识别认证技术等等一系统成熟技术。

基于在普通消费者意识里,一般的常识是军工技术只有特定的少数人才能拥有,这样可以让消费受众觉得:第一这个技术很牛,第二这个技术很稳定。进而理解为这个产品很高端,很贵气,能提升持有人的身份地位认知(并非财富学识认知)。

军工领域的技术,为了能够快速反应和迅速生产,一般不会采用最高端的技术,也不会采用没有经过长期测试验证的技术,更不会采用封闭的技术,一但取得,基本上符合最低成本大批量生产的消费商品需要,并能保持产品在使用过程中的简易性和稳定性。从根本规律上来讲,消费商品跟军工产品,是同一类产品,只不过一个是国家专政机器保护的产品,一个是民间专利机器保护的产品。

苹果手机的指纹识别应用,并不是一个新的硬件开发,而是一个产品的新应用场景开发。弄清楚了这些,再来看指纹识别的产业环境,或认识苹果产业链里其它元器件的发展趋势就简单了很多。

目前应用在手机上的指纹识别模组最主要的解锁方式有正面按压、背面按压、正面滑动以及背面滑动这几种方式,正面主要采用芯片面积小的产品,方便集成到HOME键上;而集成在背面的原因则主要是因为采用的芯片面积比较大,或结构设计有所限制所致。

指纹识别模组主要由芯片、保护层、开关件、软板、主板基板等组成,指纹识别模组采用不同的组件组合,模组设计也有不同的方式。

其中一种是把芯片与感应器集成在一起的单芯片模式,这种模式的优点是可以采用比较旧的芯片产线进行生产,模组结构最简单,模组配件成本和组装成本很低,软、硬件同时固化在单芯片里面,安全性相对也高一些。缺点是芯片内核晶片的面积很大,晶片成本高,同时产品结构设计时要考虑芯片放置位置、外围线路走线的空间限制等。

另一种是把芯片和感应器分开设计的分离模式,也就是类似传统的电容触摸屏模式,指纹识别芯片相当于触控芯片,感应器想当于电容屏的感测sensors。这种模式优点是产品的结构设计可以很灵活,芯片可以放在空间较宽裕的主板上,感应器可以根据用户的使用习惯需要放置在产品的任何表面,模组组装被分散并集成到其它产品的生产工序里面,成本十分低廉。目前这种模式的缺点还没有成熟的感应器线路优化方案,感应器大量的外围线路连接成本很高,除非集成到其它解析度相近的表面器件线路里面,进行分时或分压驱动。

现在市场上采用的更多是的上面两种模式的混和模式,即指纹识别芯片和感应器分开由芯片圆晶厂和硅片厂各自生产,统一到芯片封装厂把芯片内核晶片与硅片厂进行外围线路整合封装成一个芯片组固件,再给模组厂进行外围的零组件封装成单个模组出货。

这种混和模式的芯片组封装也有不同的方式,有些芯片组是把芯片晶片和感应器分别焊接在一个基片主板上,再从基片主板引出线路到连接FPC或产品主板上;有些芯片组是把芯片晶片先焊接在感应器上,直接从感应器上引出线路到基片主板、连接FPC或产品主板上。指纹信息的采集方法有光学图像扫描式、直接电容感应式、主动按压电容感应式、扫描电容感应式、直接射频反射式、扫描射频反射式以及电容感应和射频反射混和式,采集动作工作方式主要有三种:按压、接触、滑擦。

在按压式的产品中,苹果手机采用了自家AuthenTec提供的指纹识别芯片,AuthenTec(美国公司)是世界领先的PC、无线设备以及访问控制市场指纹认证传感器和解决方案的提供商。而在2012年7月27日,苹果以3.56亿美元收购了该公司。它研发的指纹识别传感器是基于电容和无线射频两种模式,传感器是与iPhone和iPad的Home键相结合,最上层为蓝宝石盖板。该传感器是由台积电完成晶圆代工,台湾精材、晶方科技完成晶圆级封装,日月光负责后续封装与测试以及SiP模组制作。

魅族MX4 Pro手机采用Goodix汇顶科技提供的指纹识别芯片,采用的电容感应器模式,集成电源开关模仿苹果手机的操作动作。魅族的指纹识别模组现在由硕贝德进行封测组装。

在接触式的产品中,主要有 vivo Xplay 3S、华为Mate7以及OPPO N3手机,采用Fingerprint Cards AB(FPC)提供的芯片,由科泰进行封测组装。FPC的芯片是把硬件由安防领域直接挪用过来,只是对芯片的软件算法在手机应用上进行了优化,所以芯片面积比较大。

滑擦式的产品主要有三星Galaxy S5和HTC One Max手机,采用新思Synaptics Validity提供的芯片,由南茂和泰林封测组装。

目前指纹识别模组在手机上应用的主要障碍是应用软件开发、安全通讯协议及检测标准。

首先由于行业并没有一个统一的标准,也没有统一的检测仪器来定义产品的合格标准。这跟现在的电容屏市场情形一样,一方面给了手机终端厂商很大的发挥余地,另一方面也加大了手机终端厂商前期产品的开发难度。

其次是安卓系统收回了指纹识别功能模块,非苹果阵营的厂商需要自己开发基于ARM指令的指纹识别应用软件,需要自己有底层系统数据处理能力。

三是安全协议的接口兼容性,厂商要能针对行业系统开发出兼容的数据交换安全接口,在保证指纹识别数据的安全性前提下,又能跟其它软件进行数据交换与跟踪,这需要在行业有很强的系统整合能力。

这就导致了目前要上指纹识别产品的手机终端厂商,要么自己的软件开发调试能力,要么指纹芯片厂商有能力提供完整的软件解决方案给你采用,并有能力给你提供后期的测试、调试服务。

指纹识别并非唯一的安全认证模式。不管是传统的密码输入安全认证模式,还是现在的生物安全认证模式,都只是提供了不同的安全认证信息生成方法,主要的安全保护措施仍然是数据加密与解密的过程,并不能完全保证认证信息的绝对安全。从这个层面讲,指纹识别只是加强了密码生成的复杂性和数据取得的唯一性。

从根本上来讲,指纹识别提供的安全认证功能与传统密码功能是一致的,并且硬件产品最后的安全屏障,还是机械密码认证,其它所有的安全认证方法,只是为了方便解决密码生成的快捷性和密码数据取得的唯一性,都只是机械密码认证的补充。

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