Cảm biến vân tay hoạt động như thế nào?

Là tính năng nổi bật trên smartphone cao cấp, tuy nhiên cảm biến vân tay đã quen thuộc trên máy chấm công hay thiết bị an ninh xác minh danh tính thông qua sinh trắc học.

Kể từ ngày chiếc máy đọc vân tay đầu tiên ra đời, công nghệ đã có nhiều thay đổi. Dù tiếp xúc hàng ngày với loại thiết bị này, nhưng hẳn nhiều người trong chúng ta vẫn chưa hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó và những khác biệt giữa các loại kỹ thuật quét vân tay.

Cảm biến vân tay đang được sử dụng trên nhiều loại thiết bị.

Máy quét quang học

Đây là phương pháp lâu đời, sử dụng hình thức chụp, sau đó so sánh dấu vân tay để đưa ra kết quả cuối cùng. Kỹ thuật này không có gì lạ, thiết bị chụp ảnh quang học để tạo ra bản sao hình ảnh vân tay người dùng, sau đó sử các thuật toán riêng để phân tích các đường nét trên bề mặt ảnh, như đường vân, mức độ sáng tối điểm ảnh…

Quá trình chụp ảnh của máy quét quang học.

Cũng giống điện thoại thông minh, cảm biến trên loại thiết bị này có độ phân giải cao cho khả năng chụp rõ nét. Nhờ đó, hệ thống dễ dàng nhận diện những chi tiết dù là nhỏ nhất trên ngón tay người dùng, từ đó tìm ra điểm sai khác hoặc tương đồng giữa vân tay cần kiểm tra và mẫu lưu trong bộ nhớ. Tất nhiên, chúng cồng kềnh hơn một chút nếu so với loại cảm biến trên smartphone.

Ngày nay, thật khó để tìm thấy dạng máy đọc vân tay quang học, giống như sự triệt tiêu của màn hình điện trở trên điện thoại. Thay vào đó, thế giới công nghệ chuyển sang dùng cảm biến điện dung hiệu suất cao và chính xác hơn.

Máy quét điện dung

Một trong những công nghệ đọc vân tay phổ biến hiện nay là máy quét điện dung. Thay vì tạo ra bản sao hình ảnh về mẫu dấu vân tay, thiết bị này sử dụng các bảng mạch tụ điện nhỏ để lưu trữ mẫu phẩm, ghi nhớ đầy đủ mọi chi tiết về dấu vân tay.

Máy quét điện dung sử dụng các tụ điện.

Lợi thế của phương pháp mới nằm ở tốc độ xử lý, khả năng nhận diện nhiều thuộc tính ở vân tay, qua đó đảm bảo tính bảo mật cao. Quá trình phân tích các đường vân và đường rãnh trở nên chi tiết hơn.

Bằng máy quét độ phân giải cao, hàng nghìn yếu tố trên các đường vân được phân tách giúp việc nhận diện trở nên chính xác gần như tuyệt đối. Dữ liệu mã hóa và so sánh bằng các tín hiệu điện đảm bảo tốc độ nhanh và chính xác.

Do cấu tạo phức tạp khiến máy đọc vân tay điện dung trở thành món hàng đắt đỏ hơn so với loại quang học. Càng nhiều tụ điện, điểm nhận diện trên vân tay càng cao, giá càng đắt nhưng tốc độ xử lý lại chậm vì cảm biến phải quét nhiều thông số. Chính điều này đòi hỏi các nhà sản xuất phải đơn giản hóa thiết bị nhưng vẫn đảm bảo tính bảo mật.

Máy quét siêu âm

Máy quét vân tay là công nghệ mới và hiện đại nhất trong việc nhận diện vân tay trên điện thoại thông minh. Sản phẩm đầu tiên có tên Sense ID của Qualcomm trang bị trên chiếc Le Max Pro.

Công nghệ sinh trắc học trên smartphone ngày càng phát triển.

Thiết bị gồm bộ phát và thu sóng siêu âm. Khi ngón tay đặt lên cảm biến, chúng sẽ được “quét” toàn diện. Bằng việc đo sóng phản xạ lại, hệ thống có thể nhận biết những đặc tính chi tiết duy nhất trên mỗi dấu vân tay.

Nhờ cảm biến thông minh, máy dễ dàng tái tạo phiên bản 3D đầy chân thực với độ nông, sâu rất chi tiết. Đây giống như bản nâng cấp của cảm biến điện dung nhằm tăng tính bảo mật cho thiết bị.

Thuật toán và mật mã

Khi các máy quét vân tay đều xây dựng dựa trên nền tảng phần cứng giống nhau, yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào phần mềm và thành phần bổ sung. Chúng mang lại sự khác biệt, đồng thời tạo ra những tính năng nổi bật cho người dùng.

Trên điện thoại thông minh, cảm biến vân tay đều tích hợp thêm IC có tác dụng xử lý dữ liệu đã quét. Mỗi nhà sản xuất sẽ có thuật toán riêng để xác định những điểm khác nhau của vân tay, vì thế dẫn tới những khác biệt trong tốc độ xử lý và độ chính xác riêng.

Cảm biến vân tay giúp quá trình đăng nhập thiết bị, dịch vụ dễ dàng hơn.

Thuật toán chủ yếu phân tích về các đường vân, khoảng cách giữa các rãnh, độ dài, độ nông sâu… Thiết bị càng thu thập được nhiều những chi tiết riêng, càng tăng độ chính xác và tránh những sai sót. Nhưng để giảm tải cho quá trình phân tích, thuật toán sẽ tập trung vào những điểm quan trọng có tính sai khác lớn nhất giữa các dấu vân tay, qua đó rút ngắn thời gian xử lý cũng như điện năng tiêu hao.

Tất nhiên, thông tin thu giữ cần được lưu trữ an toàn trên thiết bị. Nhằm giải quyết vấn đề này, nhà sản xuất vi xử lý hàng đầu cho smartphone ARM đã sáng chế ra công nghệ bảo mật TrustZone với việc tạo ra môi trường an toàn có tên Trusted Execution Environment (TEE).

Mọi thông tin lưu giữ tại TEE đều được mã hóa nghiêm ngặt và chỉ cho phép truy xuất trực tiếp với thiết bị nhằm đảm bảo an toàn một cách tuyệt đối.

Qualcomm cũng không chịu kém cạnh bằng việc xây dựng nền kiến trúc MSM. Nhưng chúng đều dựa trên nguyên tắc tạo ra môi trường xử lý chuyên biệt, không bị xâm nhập bởi ứng dụng hoặc tác nhân bên ngoài.

Hiệp hội FIDO đã phát triển một giao thức mạnh mẽ cho phép hỗ trợ nhiều hơn công nghệ sinh trắc học trong việc xác thực danh tính người dùng trên nhiều loại thiết bị khác nhau. Chuẩn mới được nhiều công ty lớn trong làng công nghệ “hưởng ứng”.

Nó giúp quá trình đăng nhập trở nên đơn giản hơn. Thay vì phải nhập ID và mật khẩu, người sử dụng chỉ cần xác minh bằng dấu vân tay. Ngay cả thao tác trên trang web và cửa hàng trực tuyến cũng trở nên dễ dàng và đảm bảo an toàn so với phương thức bảo mật truyền thống.

Công nghệ nhận dạng vân tay trở thành giải pháp hữu hiệu nhằm thay thế ID và mật khẩu. Nó cũng góp phần thúc đẩy quá trình thanh toán trực tuyến trên di động và tăng cường đảm bản an ninh mạng. Thời gian tới, kỹ thuật nhận diện dấu vân tay hứa hẹn sẽ ngày càng phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong tương lai.

Minh Minh

Theo Zing