摩擦VS按压 四家手机指纹识别方案解析

摩擦VS按压 四家手机指纹识别方案解析

1 常见指纹识别方案介绍

【杂谈】指纹识别其实并不是什么新技术。 早在2011年，MOTO Atrix 4G就已经具备了指纹识别解锁功能。 但由于当时技术的限制，指纹识别的成功率并不理想。 2013年，苹果推出的5S Touch ID已经在手机中加入了指纹识别功能。 随着技术和指纹识别功能的加入，其他厂商也在手机中加入指纹识别功能。 这些指纹识别功能真的有用吗？ 正面识别和幕后识别有什么区别？ 接下来我们就来谈谈这些问题。

手机行业常见指纹识别解决方案

在《指纹识别堪比苹果吗？魅族MX4 Pro深度评测》一文中，笔者同事为大家整理了现阶段手机行业常用的指纹识别方案，笔者在此基础上进行了改进他们。

手机行业常见指纹识别解决方案

供应商

（美国）

&

（美国）

卡AB

（瑞典）

汇顶科技

（中国）

指纹识别解决方案

与家居融为一体

额部压缩

与主页按钮结合

前滑轨

放在手机后盖上

后滑

放在手机后盖上

背部触摸

放在手机后盖上

后滑

与主页按钮结合

额部压缩

采集技术

基于电容和射频

半导体传感器

有源电容硅成像传感器

电容式传感器

电容式传感器

手机合作伙伴

苹果

三星

宏达电

华为、OPPO

体内

魅族

代表产品

系列

S5

最大一号

Mate7、N3

游戏3S

从表中我们可以发现，现在最重要的解锁方式包括前按、后按、前滑、后滑和后触。 这些方法哪个好哪个差，后面会详细测试。 首先，笔者就跟大家聊聊这些指纹识别供应商。

1.（美国）

简介：它是全球领先的个人电脑、无线设备和门禁市场指纹认证传感器和解决方案供应商。 2012年7月27日，苹果以3.56亿美元收购了该公司。 从现在起它就属于苹果了。

它开发的指纹识别传感器基于电容和射频半导体。 该传感器与iPad的home按钮结合在一起，顶层是蓝宝石盖板。 该传感器由台积电制造，台湾精材和晶方科技完成晶圆级封装。 日月光负责后续封装测试以及SiP模块生产。

面向对象：仅对苹果手机、平板产品开放。 它不向同行业的厂商提供任何产品或技术，但可以提供银行安全和管理服务（笔者感觉是在为Apple Pay做铺垫）。

2. 新想法（美国）

简介：是全球领先的移动计算、通信和娱乐设备人机界面交互开发解决方案的设计和制造公司。 它成立于1986年，总部位于美国。 2013年10月17日，以2.55亿美元收购生物ID识别公司，正式进军指纹识别领域。

面向目标：三星S5和去年发布的HTC One Max都采用了相同的设计方案，但不同的是S5采用了正面和home键组合，而HTC One Max则采用了背面识别方案，虽然指纹识别立场是有一些差异，但计划是完全一样的。

3.卡AB（FPC）

简介：FPC致力于开发、生产和销售生物识别组件和技术，通过分析和比较个人独特的指纹来帮助确认用户的身份。 其总部位于瑞典哥德堡，并在纳斯达克上市。 它推出了世界上第一个用于智能手机和平板电脑的电容式触摸指纹传感器。

面向对象：它面向的对象有很多。 比较知名的有vivo Xplay 3S、华为Mate7、OPPO N3。 三者都将传感器放置在背面，但解锁方式略有不同。

4.汇顶科技（中国）

简介：汇顶科技成立于2002年，2006年开始进军触控行业。汇顶科技立足于全球领先的人机交互技术研发和芯片设计。 汇顶科技现为MTK唯一战略合作伙伴。 拥有丰富的电容式触摸芯片量产经验，拥有完善的触摸测试系统和测试标准。 已拥有30余项电容触摸技术专利。

目标受众：目前手机市场上只有魅族MX4 Pro。 这也是国内手机厂商首个前置指纹识别解决方案。 我为此感到自豪。 国内科技企业能够做到这一点，着实罕见。

现阶段，在手机市场上，使用最多的是这四家公司的指纹识别解决方案。 每个解决方案都有自己的专利和独特性。 这四种指纹方案的具体实现机制和效果是什么？ 作者将在下一页继续为您讲述。

2 常见指纹识别方案原理

各种手机的指纹识别原理

对于这四家公司，笔者已经给大家简单介绍一下。 接下来介绍一下魅族MX4 Pro、三星Note 4、华为Mate7、OPPO N3的指纹方案的具体实现原理。 下图展示了指纹识别的简单流程，每款手机都有指纹识别方案的具体实现。 由于华为Mate7和OPPO N3采用了相同的方案，并且N3是Mate7方案的升级版，实际原理是相同的，所以下面笔者将它们一起进行讲解。

5S/6指纹识别原理：

5S/6的Touch ID指纹传感器位于Home按钮中。 Home按钮传感器表面由激光切割蓝宝石水晶制成，可以准确聚焦手指并保护传感器。 此时传感器会记录指纹信息。 和识别，而传感器按钮周围有一个不锈钢环，可以监视手指，激活传感器并提高信噪比。 然后软件会读取指纹信息并找到匹配的指纹来解锁手机。

图片来自边缘

其中，指纹传感器部分是首发表中提到的基于电容和无线射频的半导体传感器。 该指纹识别器执行两层验证。 第一层使用指纹电容传感器读取器来识别整个接触表面的指纹图像。 第二层采用无线射频技术，通过蓝宝石芯片下方的传感元件读取真皮层反射的信号，形成指纹图像。

电容传感识别：手指形成电容器的一个极，另一侧的硅传感器阵列形成电容器的另一个极。 人体微电场与电容传感器之间形成微电流。 指纹的波峰和波谷连接到传感器。 距离产生电容差异，从而描绘出指纹图像的图案。

射频识别：将低频射频信号传输至真皮。 由于人体细胞液具有导电性，读取真皮的电场分布即可获得整个真皮的最深层，通过读取真皮的电场分布来获得整个真皮最准确的图像。 Touch ID 之外还有一个驱动程序。 环，发射射频信号。

记录指纹图像后，数据被输入数据库。 然后，Touch ID在指纹验证过程中获得指纹扫描图像后，可以对指纹进行360度扫描，并与数据库指纹数据进行比较。 当新的指纹图像与数据库样本指纹成功匹配时，指纹图像可以用于强化和完善数据库中的样本信息。 这样可以记录更多的样本信息，提高指纹识别的成功率，可以应用于各个领域。 这个角度成功识别了指纹。

魅族MX4 Pro指纹识别原理

魅族认为背面指纹识别体验不好，所以魅族在最后一刻选择了汇顶科技。 MX4 Pro采用/28指纹识别模块。 下图为该模块的具体参数。 工作模式下的Flash模式是汇顶科技的专利技术。

在Flash模式下，魅族MX4 Pro可以实现从停屏、亮屏到唤醒、最终解锁的一体化操作。 在锁屏状态下，用户可以通过按下Home键点亮屏幕并停留在Home键上一段时间来解锁屏幕。 这与锁屏状态下使用的解锁方法相同。 另外，当屏幕亮起时，两者都可以通过点击HOME键来解锁。 汇顶科技的指纹识别和苹果的都采用了电容触控的原理。 那么有人不禁要问，汇顶科技这不是侵犯版权吗？

汇顶科技是否侵权？

汇顶科技董事长张帆表示，汇顶科技认为不存在侵权行为。 龙华副总经理解释说，首先，IC专利一般保护芯片，即实现方案。 虽然实现原理相同，但实现方法不同，因此不存在侵权。 其次，这里的另一个重要技术是指纹识别芯片的封装和模组形式。 汇顶科技花费了大量时间研发封装技术，形成了自己独特的专利。 而且我们不会找到苹果的包装厂家，也不会像他们那样采用非常复杂的包装方式。

笔者个人感觉苹果是一家非常重视专利的公司。 如果汇顶科技真的侵权苹果，苹果也不会轻易放过他们。 不过，直到魅族发布之前，苹果还没有做出任何官方表态。 因此，汇顶科技不应构成侵权行为。

华为Mate 7指纹识别原理

华为Mate 7采用了瑞典FPC公司的指纹识别方案，该方案将传感器放置在手机后盖内。 虽然是按压式指纹识别技术，但应该是接触式的。 只需将手机轻轻放在解锁区域即可解锁。

华为Mate7的指纹传感器覆盖有银色涂层。 指纹识别区域与后壳之间有一圈金属环。 它类似于包裹指纹感应区域的不锈钢检测环。 除了充当指纹触发器之外，这个金属环感觉还有很多功能。 另外，成熟的识别面积是现阶段其他手机中最大的。

oppo N3使用的方案

OPPO N3采用的是升级版-. 两者区别不大，就不详细说了。 不过，它比 Touch ID 小了 30%，但与 Touch ID 相比还是有点大。 不适合放置在手机正面。 因此，OPPO N3将其放在了背面。

华为Mate 7、OPPO N3采用背部指纹识别方案的原因

1.设计与美观

华为Mate 7和OPPO N3的操作顺应的变化，采用虚拟按键的方式。 EMUI在屏幕内部设置了虚拟按钮。 如果在前下巴安装指纹识别传感器进行指纹识别，这会影响手机的整体外观。 将会受到很大的损害。 虽然OPPO N3在屏幕面板之外有虚拟按键，但如果在home键处安装指纹识别传感器，这与OPPO的设计语言有很大不同，所以没有必要这么做。

2. 尺寸

由于尺寸的原因，正面的指纹识别区域会比较大，这对华为Mate 7和OPPO N3的窄下巴构成了挑战。 不过如果放在背面的话，也可以实现指纹识别功能，更加方便实用。 还算不错，又能保证正面设计的完整性，自然选择背面指纹识别。

笔者个人认为，华为和OPPO把指纹识别放在背面，主要是因为使用手机时，眼睛更多地关注正面，而背面关注较少，所以给了用户一个漂亮的正面，把指纹识别放在了背面，这也是基于用户的考虑。 至于放在背面还是放在正面，除了这个原因之外，笔者将在下面的文章中介绍两者的优缺点。

三星Note 4指纹识别方案原理

三星Note 4的指纹识别传感器与苹果相同。 它还集成在“主页”按钮下方。 不过三星Note 4采用的是&解决方案，属于摩擦式。 解锁菜单设置过程与6类似。

三星S5滑动指纹识别必须从上到下滑动。 当您的手指经过传感器时，手指将被逐行扫描。 这就要求你有固定的姿势，固定的方向，手指必须覆盖整个指纹才可以被识别。 这样的要求会让用户体验变得更差。

三星为什么不采用按压式指纹识别？

首先，在按压式指纹识别方案出现之前，汇顶科技独家使用了该技术。 三星采用了全球第二大的指纹识别解决方案。 目前为止，其仅有刮擦式指纹识别方案。 三星为何不选择汇顶科技？ 大家觉得三星会选择一家还在发展中的国产科技公司吗？

其次， Cards AB计划的尺寸太大，会与三星Home键的尺寸发生冲突。 Home按钮的大小与三星的尺寸不合适。 如果下面重新设计Home按钮，那将不是三星传统的设计语言。 。 这是三星无法接受的。

笔者个人觉得，如果三星不改变home键的设置，那就得等到按压式指纹识别技术更加成熟，做得更小之后，才能采用按压式指纹方案。 但在那个阶段，似乎有点晚了。

3种常见指纹识别方案对比

在介绍了提供手机指纹解决方案的公司以及各公司不同解锁方式的原理后，笔者接下来就和大家聊聊指纹识别的安全性、实用性以及未来的发展。 在这些方面，更好的让用户感受到哪些解决方案更好。 计划。 关于安全问题，相信是大家都特别关心的问题。 随着指纹技术的加强，各家企业如何实现安全呢？ 他们采用的安全解决方案是相互独立的还是相互关联的？

Apple Touch ID 安全性

苹果的技术实力是毋庸置疑的。 正是因为其技术实力，它采用了苹果自主设计的模块。 根据安全手册，它是苹果最新单芯片系统设计中内置的协处理器。

图片来自The Verge

与应用处理器不同的是，该协处理器在处理安全时会启动串行代码和软件更新机制，具体负责数据保护加密操作的关键操作以及数据保护的完整过程。 只要它能够获取用户的指纹信息，苹果就无法知晓，也不会将其传递出去。 它基于ARM技术，相当于苹果定制的高度优化版本。 安全系统是通过硬件和软件分区来实现的。

无论是硬件还是软件，都有两个区域，一个是安全子系统，一个是普通区域。 这可确保正常区域组件不会访问安全区域中的数据。 而那些敏感数据被放置在安全区，以防止许多可能的攻击。 当需要进行安全验证时，模式会在两个虚拟处理器之间自主切换，有针对性地工作。

魅族安全

关于魅族的安全性，我们看一下其官网上的描述。 还从软件和硬件方面为指纹提供安全保护。 保护方法也是基于ARM技术。 我们首先来看软件方面。 。

软件方面，魅族采用Tiny算法对指纹进行加密，在Flsh芯片上也采用了AES 128加密算法。 多重加密算法可以最大程度保证您指纹识别的安全。

在硬件方面，魅族和苹果都采用了ARM技术，这是可信计算技术，因此两者的安全性是一脉相承的。 虽然苹果也经过了自己的定制，但笔者感觉两者还是有区别的。 没有太大区别。 我们可以认为，魅族即使没有达到苹果的安全水平，也相差不远。

Mate 7指纹识别安全

华为是基于芯片硬件的安全解决方案。 指纹加密、存储和验证程序运行在海思芯片物理隔离的安全操作系统中。 环境下的程序无法直接访问它。 即使手机root后，这部分仍然无法访问和篡改。

手机不会保存指纹图像，只会保存提取的模板信息。 当然，通过指纹模板无法恢复指纹图像。 所有在手机中输入的指纹模板信息均由手机本身使用算法进行加密。 每个芯片都有一个唯一的密钥。 该密钥在芯片出厂时已被熔写一次。 从外部根本无法读取它。 阅读并修改。 指纹模板数据只能写入和删除，不能读取或修改。 当然，它不会上传到任何服务器，也不会被任何第三方程序读取。

指纹安全程序向外界提供签名验证结果。 整个过程受RSA 2048签名保护，无法伪造或篡改。 支付宝就是根据这个结果来决定是否支付，而且支付只有一个指纹。 其他的都是无法实现的。

ARM 的工作原理

简单来说，ARM的技术就是ARM构建的一套安全系统，用于保护指纹和密码信息。 该安全系统从根本上（硬件方面）隔离了 SoC 和所有软件，并且它是一个独立的系统。 这意味着在这个系统中，即使用户越狱或者root了iOS设备，也不会对其产生任何影响。 他是一个独立于系统和应用软件的个体。

笔者目前还无法查到三星Note 4的指纹识别方案是如何处理来保证安全的。 不过，由于系统和硬件相似，我相信Note 4的指纹识别解决方案与魅族和华为类似。 硬件基于的技术和软件加密虽然不同，但实际效果还是差不多的。

背面识别与正面识别对比

指纹识别解决方案越来越成熟。 不仅指纹识别方案的选择存在差异，指纹识别位置的选择也存在一定的差异。 现在很多人对于正面识别和背面识别有不同的看法。 笔者先来梳理一下两者（主要是MX4 Pro和华为Mate 7）的优缺点。

1.前置识别方案将指纹识别集成到Home键中。 交互方面，可以更直观地看到手指是否压在上面，而背面是人眼无法直接看到的。 不过，经过笔者进行实验，在第三个一开始可能需要一些适应，但后来因为是凹进去的，所以更容易触摸，体验也不会差很多。

2.单手握持时，手较大的朋友更容易解锁正面或背面。 背部解锁一般位于摄像头下方。 对于手小的用户来说，手指无法触及背部，这就需要他们调整握持姿势。 正面不会出现这个问题。

所以，笔者个人觉得，对于大多数人来说，背触并不比正面按压复杂。 由于华为Mate 7的解锁速度比华为Mate 7更快，尽管这一小小的改进对于用户来说却非常重要。 在用户体验方面，提升是巨大的。

各手机与6解锁速度对比（慢动作视频）

从视频中你可能看不出太大的区别，但实际体验时还是有区别的。 MX4 Pro和6的解锁方式类似，速度差异极小，体验上没有太大差异。 华为Mate 7不需要按压，可以直接解锁手机，减少了按压点亮屏幕的过程。 速度比6要快，而三星Note 4需要整个手指遮住，所以姿势还是比较高的。 挑剔的。

移动支付问题

相信很多人都对指纹识别功能不满意，这只是简单的指纹解锁。 苹果的Apple Pay为中国指纹解锁打开了一扇大门。 那么目前指纹支付的现状如何呢？

指纹支付功能激活状态

手机

自己的应用商店

支付宝指纹支付

微信指纹支付

6

√

√

×

魅族MX4 Pro

√

×

×

华为伴侣7

×

√

×

三星Note 4

×

×

×

从表中我们可以发现，三星Note 4和华为Mate 7都在各自的应用商店中启用了指纹支付功能。 其中，华为Mate 7支持支付宝指纹支付（三星S5现在也支持），6经过昨天的更新也可以支持。 支付宝的指纹支付功能现已可用（越狱后无效），而魅族MX4 Pro仅支持自家的应用商店。 魅族表示，支付宝的指纹识别功能需要半年左右的时间，微信指纹支付还没有任何动静。

苹果选择开放Touch ID接口并推出Apple Pay。 它在美国已经支持多种支付方式，但在中国还没有取得太大进展。 不过，国内的魅族、华为正在进一步发展。 魅族相信很快支付宝很快就能支持指纹支付，微信支付也有望在明年启用指纹支付。 国内方面，国内厂商在指纹支付方面应该领先于苹果。

全面的

在本文中，笔者从提供指纹识别解决方案的公司、指纹识别原理、安全性等方面进行了详细的分析。 相信朋友们对于指纹识别也有了一定的了解。 随着指纹识别发展到今天，它在支付方面也会进一步发展。 国内厂商的快速发展将使手机行业进步更快。 这对于消费者来说也是个好消息。 相信在不久的将来，指纹支付将会取代密码支付。