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指紋門(mén)鎖的識(shí)別裝置原理及安全體驗(yàn)

2018-09-27 03:33
五金科技 2018年4期
關(guān)鍵詞:指紋識(shí)別門(mén)鎖半導(dǎo)體

目前,無(wú)論是手機(jī)還是門(mén)鎖領(lǐng)域里,半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,首先是手機(jī)產(chǎn)業(yè),目前絕大部分的高、中、低端手機(jī)的指紋識(shí)別應(yīng)用已經(jīng)非常的普遍,而在智能門(mén)鎖領(lǐng)域,指紋識(shí)別也占據(jù)著絕大部分的產(chǎn)、銷(xiāo)量,半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置在智能門(mén)鎖中的市場(chǎng)份額也有半壁江山。截止至目前,我國(guó)智能門(mén)鎖領(lǐng)域內(nèi)半導(dǎo)體應(yīng)用識(shí)別至2016年取得了飛速的發(fā)展,年均增長(zhǎng)超過(guò)百分之百,截止2017年底我國(guó)智能門(mén)鎖領(lǐng)域內(nèi)半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置的應(yīng)用數(shù)量已經(jīng)超過(guò)400萬(wàn)套左右,預(yù)計(jì)2018年的需求將超過(guò)800套,未來(lái)5年內(nèi)的總需求量將會(huì)超過(guò)3000萬(wàn)套,是目前全球半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置除手機(jī)外增長(zhǎng)和保有量最大的市場(chǎng)。

但是目前絕大多數(shù)的市場(chǎng)經(jīng)銷(xiāo)商和消費(fèi)者,甚至部分智能門(mén)鎖的生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)工人都不了解半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置的工作原理和機(jī)制,很容易被一些不良的現(xiàn)象所利用,導(dǎo)致產(chǎn)品選擇上出現(xiàn)問(wèn)題,甚至引起消費(fèi)者的不信任。

什么是半導(dǎo)體指紋識(shí)別

指利用半導(dǎo)體(電容)的電感應(yīng)手指紋路凸凹之間的電位差異,從而得出指紋識(shí)別圖像或特征點(diǎn),并能夠相應(yīng)識(shí)別的辦法。那么就不難理解,半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置工作應(yīng)該分為兩部分,一部分是硬件部分,包括半導(dǎo)體器件(傳感器)、處理芯片、存儲(chǔ)芯片,一部分是軟件部分,核心是算法。

其中半導(dǎo)體器件(傳感器)負(fù)責(zé)感應(yīng)電位差,處理芯片負(fù)責(zé)將得到的圖片或特征進(jìn)行運(yùn)算和判斷,存儲(chǔ)芯片負(fù)責(zé)儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)和算法,這其中核心部分是傳感器,它的好與壞直接在硬件層面上決定了識(shí)別的效率和準(zhǔn)確性,其次是處理器,這是整個(gè)半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置的中樞部分,處理器決定了算法的速度,識(shí)別的效率還有智能門(mén)鎖功耗的大小,最后是存儲(chǔ)器,但是三者之間是共榮共生的,傳感器再好,處理器不行的話,一樣也達(dá)不到應(yīng)用效果,前兩者都優(yōu)秀,但存儲(chǔ)器不能存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù),最終總體效果也是枉然。

軟件的算法,在整個(gè)半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置上處于指揮者的位置,硬件是基礎(chǔ),算法是功能和體驗(yàn)的重要體現(xiàn),所謂指紋識(shí)別算法,是指在指紋識(shí)別過(guò)程中,對(duì)采集的指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理、數(shù)據(jù)特征提取、特征匹配等一系列解決問(wèn)題的清晰指令。整個(gè)指紋識(shí)別算法當(dāng)中,包括三部分,其中首先是預(yù)處理,主要是將錄入指紋進(jìn)行改善,以提高識(shí)別特征提取的準(zhǔn)確性;其次是指紋特征提?。菏侵笇?duì)某個(gè)特定區(qū)域或特征信息進(jìn)行提取,從而去掉大量的偽特征,提升識(shí)別的效率和準(zhǔn)確性;最后是匹配,也就是基于上述兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上存留信息,在那錄入指紋后進(jìn)行各項(xiàng)特征和圖像的匹配。

半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置與指紋鎖連接的方式

當(dāng)前在指紋門(mén)鎖應(yīng)用領(lǐng)域中,半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置與指紋門(mén)鎖連接的方式主要分為以下兩種,一種是以套件的形式相對(duì)獨(dú)立的存在,另一種是以電子方案的各組件相集成的形式存在。

相對(duì)獨(dú)立是指:半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置以套件的形式存在于指紋門(mén)鎖當(dāng)中,其傳感器、存儲(chǔ)器、處理器三個(gè)主要配件均獨(dú)立于指紋門(mén)鎖的電子方案之外,僅通過(guò)數(shù)據(jù)線與指紋門(mén)鎖電子部分相連接,指紋識(shí)別的應(yīng)用相對(duì)獨(dú)立。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可適配性強(qiáng),容易維護(hù),更新容易,降低電子開(kāi)發(fā)的難度,形成模塊化的應(yīng)用;缺點(diǎn)是集成度不高,體積相對(duì)較大,成本相對(duì)較高;

集成方案是指:半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置以相對(duì)集成的方式存在指紋門(mén)鎖當(dāng)中,僅半導(dǎo)體傳感器以插接或數(shù)據(jù)線連接等方式與電子方案的PCBA主板連接,也就是說(shuō)將處理器、存儲(chǔ)器等集成在整體電子方案的框架當(dāng)中,指紋識(shí)別已經(jīng)溶于整體方案當(dāng)中,指紋識(shí)別裝置僅是電子方案中的一部分。這樣做法的優(yōu)點(diǎn)是:產(chǎn)品質(zhì)量容易把控,集成度較高,成本相對(duì)低廉,更新更加容易;缺點(diǎn)是:增加了開(kāi)發(fā)難度,無(wú)法形成模塊化應(yīng)用,適配性較差,同一類(lèi)指紋識(shí)別裝置無(wú)法與其它電子方案完全匹配。

兩種連接方式,其中以第一種連接方式的指紋門(mén)鎖的生產(chǎn)廠家為最多,集成方案僅占比極少數(shù)的一部分,但集成方案的生產(chǎn)企業(yè)大部分都是技術(shù)力量較強(qiáng)或有非常固定的供應(yīng)商的生產(chǎn)企業(yè),且規(guī)模都相對(duì)較大。

指紋算法在指紋門(mén)鎖當(dāng)中的安全地位

指紋門(mén)鎖電子部分的安全核心就在指紋識(shí)別裝置,無(wú)論是識(shí)別效率的高低,識(shí)別準(zhǔn)確性的強(qiáng)大還是識(shí)別的精準(zhǔn)度,被破解的難易程度等等都是決定著指紋門(mén)鎖最終的產(chǎn)品質(zhì)量和安全。而這些除了指紋識(shí)別裝置在硬件上足夠好之外,還要求在算法上有非常高的造詣。

指紋算法的種類(lèi),目前國(guó)內(nèi)指紋門(mén)鎖的算法主要包括三種類(lèi)型,一種類(lèi)型是以圖像為基礎(chǔ)的特征識(shí)別算法,其主要原理是通過(guò)手指指紋在傳感器上形成的經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后,提取成相應(yīng)的整體圖像,在識(shí)別時(shí)通過(guò)整體/部分圖像比對(duì)一致/不一致做出判定的算法類(lèi)型,但因?yàn)閳D像會(huì)發(fā)生變化,或者接受面過(guò)小的時(shí)候圖像判斷難度增大,一般這類(lèi)算法都具備自學(xué)習(xí)功能,以解決接受面積過(guò)小的弊端,所以這類(lèi)算法適用于小面積傳感器,是從手機(jī)指紋識(shí)別算法衍生出來(lái)的,所以整體成本較低,另一種是以指紋特征點(diǎn)為基礎(chǔ)的特征識(shí)別算法,其原理是,通過(guò)傳感器按壓,指紋圖像預(yù)處理之后,提取的指紋圖像上的相應(yīng)不同區(qū)域特征點(diǎn),在識(shí)別時(shí)通過(guò)比對(duì)圖像上特征做出一致/不一致判定的算法類(lèi)型,這種算法不會(huì)因?yàn)閳D像發(fā)生變化而出現(xiàn)無(wú)法識(shí)別,只要特征存在,就可以識(shí)別,但這種算法對(duì)傳感器面積過(guò)小或特征不明顯時(shí)容易出現(xiàn)識(shí)別效率低下,因此不適用傳感器面積過(guò)小的產(chǎn)品,比如手機(jī)。因此整體成本偏高;第三種則是最近幾家專(zhuān)注于指紋識(shí)別算法的公司開(kāi)發(fā)出的基于圖像和特征點(diǎn)兩種類(lèi)型于一體的算法類(lèi)型,這種類(lèi)型是基于上述兩者優(yōu)點(diǎn)的集合,利用特征和圖像兩者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別,整體成本居于中游地位。

安全,從工作原理上我們很容易分析出,基于圖像識(shí)別的安全相對(duì)較差,因?yàn)閳D像是容易被復(fù)制的,而且由于大部分基于圖像識(shí)別的裝置傳感器面積過(guò)小,為了體驗(yàn)感更好,大都具備了自學(xué)習(xí)功能,這也導(dǎo)致了前階段所產(chǎn)生的桔子皮解手機(jī)指紋鎖現(xiàn)象的出現(xiàn),其正是利用了圖像算法的不足,無(wú)法大面積的進(jìn)行圖像比對(duì),利用其具有自學(xué)習(xí)功能,通過(guò)導(dǎo)電筆和導(dǎo)電紙讓“桔子皮”也可以“指紋識(shí)別”,但目前因?yàn)橹讣y識(shí)別面積過(guò)小,體驗(yàn)感反而不好,而且指紋門(mén)鎖應(yīng)用圖像算法的企業(yè)不多,僅極少數(shù)的低價(jià)品牌受到了波及,但這也是要讓我們警惕的,不能因?yàn)槌杀竞腕w驗(yàn)就犧牲了安全。

特征識(shí)別的安全性非常好,因?yàn)槠浠谔卣餍畔⑦M(jìn)行識(shí)別,而且特征信息一般都是不容易發(fā)生改變的,而且從原理上我們也可以得出,傳感器面積都是大面積的,使得復(fù)制指紋的難度呈幾何數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng),這極大的提升了識(shí)別的安全性能,基本上不可能實(shí)現(xiàn)所謂的“桔子皮”開(kāi)鎖,這也是當(dāng)前指紋門(mén)鎖生產(chǎn)企業(yè)主流采用的算法,這同樣是為什么,絕大部分有品牌的指紋門(mén)鎖在此次事件當(dāng)中沒(méi)有被波及的重要原因。

而基于兩者優(yōu)勢(shì)的圖像+特征識(shí)別算法,目前來(lái)看是發(fā)展前景最好的,前者價(jià)格低,但安全性堪憂,第二種,安全性沒(méi)問(wèn)題,但整體成本偏高,隨著市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,未來(lái)將會(huì)更多的集中于高端產(chǎn)品,而基于兩者優(yōu)勢(shì)的算法,一方面利用了前者速度、效率和降本的優(yōu)勢(shì),另一方面還具備特征識(shí)別的安全性的優(yōu)勢(shì),最重要的是這樣整體成本也會(huì)出現(xiàn)合理的下降,未來(lái)可能會(huì)成為發(fā)展的趨勢(shì)之一。

指紋識(shí)別裝置的指紋門(mén)鎖產(chǎn)品體驗(yàn)與安全的關(guān)系

指紋門(mén)鎖是一個(gè)重體驗(yàn)的產(chǎn)品,是高頻次使用、高頻次體驗(yàn)的產(chǎn)品,基本上每家一天至少體驗(yàn)十次以上,最高的甚至高過(guò)三十次,因此指紋門(mén)鎖的使用體驗(yàn)決定著消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)的欲望。而指紋門(mén)鎖的體驗(yàn)最核心、最為關(guān)鍵的地方則在指紋識(shí)別裝置上,這是消費(fèi)者使用過(guò)程中接觸最頻繁,使用體驗(yàn)感觸最多的地方,所以指紋識(shí)別裝置的體驗(yàn)基本上決定了指紋門(mén)鎖產(chǎn)品的體驗(yàn)感。

而指紋識(shí)別裝置的體驗(yàn)與安全在硬件和軟件上卻是辯證的關(guān)系,體驗(yàn)好、安全性能好,一般成本都會(huì)極高,因?yàn)檫@里要求傳感面積要大一些,算法要高端一些,存儲(chǔ)器要大一些,快一些,處理器速度要快一些,這樣效率體驗(yàn)好,卻會(huì)造成成本和功耗的急劇上升,上升到消費(fèi)者無(wú)法接受的地步,試想指紋門(mén)鎖一周或兩周更換一次電池消費(fèi)者能接受嗎?或者為了降低功耗,讓算法更容易通過(guò)一些,其它的性能保持一定,雖然體驗(yàn)較好,可以達(dá)到0.x秒開(kāi)門(mén),但安全性能卻也下降很多,無(wú)法保證安全的指紋門(mén)鎖,那還能是算是一把安全的鎖嗎?

所以一般現(xiàn)在各大指紋識(shí)別裝置研發(fā)廠家都采用了第三種方式,利用三者的辯證關(guān)系,在設(shè)定好功耗的大前提下,同時(shí)提高算法、傳感器、處理器、存儲(chǔ)器的水平,從而達(dá)到指紋門(mén)鎖產(chǎn)品使用體驗(yàn)的最終目的,最終達(dá)到消費(fèi)者滿意的水平。

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