指紋門(mén)鎖的識別裝置原理及安全體驗

PS:文章較為生僻，是偏重于純技術(shù)性的科普文章！

現在大家無(wú)論是手機還是門(mén)鎖領(lǐng)域里，半導體指紋識別裝置都已經(jīng)被廣泛的應用上了，首先是手機產(chǎn)業(yè)，目前絕大部分的高、中、低端手機的指紋識別應用已經(jīng)非常的普遍，而在智能門(mén)鎖領(lǐng)域，指紋識別也占據著(zhù)絕大部分的產(chǎn)、銷(xiāo)量，半導體指紋識別裝置在智能門(mén)鎖中有市場(chǎng)份額也有半壁江山。截止目前我國智能門(mén)鎖領(lǐng)域內半導體應用識別至2016年取得了急速的發(fā)展，年均增長(cháng)超過(guò)百分之百，截止2017年底我國智能門(mén)鎖領(lǐng)域內半導體指紋識別裝置的應用數量已經(jīng)超過(guò)400萬(wàn)套左右，預計2018年的需求將超過(guò)800套，未來(lái)的5年內的總需求超過(guò)3000萬(wàn)套，是目前全球半導體指紋識別裝置除手機外增長(cháng)和保有量Z大的市場(chǎng)。

 

但是目前絕大多數的市場(chǎng)經(jīng)銷(xiāo)商和消費者，甚至部分的智能門(mén)鎖的生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)工人都不了解半導體指紋識別裝置的工作原理和機制，很容易被一些有不良的現象所利用，導致產(chǎn)品選擇上出問(wèn)題，甚至引起消費者的不信任。

什么是半導體指紋識別

得用半導體（電容）的電感應手指紋路凸凹之間的電位差異，從而得出指紋識別圖像或特征點(diǎn)，并能夠相應識別的辦法。那么就不難理解，半導體指紋識別裝置工作應該分為兩部分，一部分是硬件，包括半導體器件（傳感器）、處理芯片、存儲芯片，一部分是軟件部分，核心是算法?？傮w四部分為主。

其中半導體器件（傳感器）負責感應電位差，處理芯片負責將得到的圖片或特征進(jìn)行運算和判斷，存儲芯片負責儲存相關(guān)數據和算法，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別的效率和準確性，其次是處理器，這是整個(gè)半導體指紋識別裝置的中樞部分，處理器決定了算法的速度，識別的效率還有智能門(mén)鎖功耗的大小，Z后是存儲器，但是三者之間是共榮共生的，傳感器再好，處理器不行的話(huà)，一樣也達不到應用效果，前兩都都優(yōu)秀，但存儲器不能存儲更多的數據，Z終總體效果也是枉然。

軟件的算法，在整個(gè)半導體指紋識別裝置上處于指揮者的位置，硬件是基礎，算法是功能和體驗的重要體現，所謂指紋識別算法，是指在指紋識別過(guò)程中，對采集的指紋圖像預處理，數據特征提取、特征匹配等一系列解決問(wèn)題的清晰指令。整個(gè)個(gè)指紋識別算法當中，包括三部分的，其中首先是預處理，主要是將錄入指紋進(jìn)行改善，以提高識特征提取的準確性；其次是指紋特征提?。菏侵笇δ硞€(gè)特定區域或特征信息進(jìn)行提取，從而去掉大量的偽特征，提升識別的效率和準確性；Z后是匹配，也就是基于上述兩點(diǎn)基礎上存留信息，在那錄入指紋后進(jìn)行各項特征和圖像的匹配。

半導體指紋識別裝置與指紋鎖連接的方式

當前在指紋門(mén)鎖應用領(lǐng)域中，半導體指紋識別裝置與指紋門(mén)鎖連接的方式主要分為以下兩種，一種是相對獨立的以套件的形式存在，另一種是與電子方案的各組件相集成。

相對獨立是：半導體指紋識別裝置以套件的形式存在于指紋門(mén)鎖當中，其傳感器、存儲器、處理器三個(gè)主要配件均獨立于指紋門(mén)鎖的電子方案之外，僅通過(guò)數據線(xiàn)與指紋門(mén)鎖電子部分相連接，指紋識別的應用相對獨立。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可適配性強，容易維護，更新容易，降低電子開(kāi)發(fā)的難度，形成模塊化的應用；缺點(diǎn)是集成度不高，體積相對較大，成本相對較高；

集成方案是：半導體指紋識別裝置以相對集成的方式存在指紋門(mén)鎖當中，僅半導體傳感器以插接或數據線(xiàn)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、存儲器等集成在整體電子方案的框架當中，指紋識別已經(jīng)溶于整體方案當中，指紋識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)法形成模塊化應用，適配性較差，同一類(lèi)指紋識別裝置無(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(chǎng)愛(ài)為Z多，集成方案的僅占比極少數的一部分，但集成方案的生產(chǎn)企業(yè)大部分都是技術(shù)力量較強或有非常固定的供應商的生產(chǎn)企業(yè)，且規模都相對較大。

指紋算法的在指紋門(mén)鎖當中安全地位

指紋門(mén)鎖的電子部分的安全的核心就在指紋識別裝置，無(wú)論是識別效率的高低，識別的準確性的強大還是識別的精準度，被破解的難易程度等等都是決定著(zhù)指紋門(mén)鎖的Z終的產(chǎn)品質(zhì)量和安全。而這些除了指紋識別裝置在硬件上在足夠好之外，還要求在算法上有非常高的造詣。

指紋算法的種類(lèi)，目前在國內指紋門(mén)鎖的算法主要包括三種類(lèi)型，一種類(lèi)型是以圖像為基礎的特征識別算法，其主要原理是通過(guò)手指紋在傳感器上形成的經(jīng)過(guò)預處理之后，提取成相應的整體圖像，在識別時(shí)通過(guò)整體/部分圖像比對一致/不一致做出判定的算法類(lèi)型，但因為圖像會(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，是從手機指紋識別算法衍生出來(lái)的，所以整體成本較低，另一種是以指紋特征點(diǎn)為基礎的特征識別算法，其原理是，通過(guò)傳感器按壓，指紋圖像預處理之后，提取的指紋圖像上的相應不同區域特征點(diǎn)，在識別時(shí)通過(guò)比對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 )因為圖像發(fā)生變化而出現無(wú)法識別的，只要特征存在，就可以識別，但這種算法對傳感器面積過(guò)小時(shí)特征不明顯的容易出現識別效率低下的原因，因此不適用傳感器面積過(guò)小的產(chǎn)品，比如手機。因此整體成本偏高；第三種則Z近幾家專(zhuān)注于指紋識別算法的公司開(kāi)發(fā)出的基于圖像和特征點(diǎn)兩種類(lèi)型為一體的算法類(lèi)型，這種類(lèi)型是基于上述兩者的優(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，基于圖像識別的安全相對較差，因為圖像是容易被復制的，而且由于大部分基于圖像識別的裝置傳感器面積過(guò)小，為了體驗感更好，大都具備了自學(xué)習功能，這也導致了前階段所產(chǎn)品的桔子皮解手機指紋鎖的出現，其正是利用了圖像算法的不足，無(wú)法大面積的對圖像比對，而且具有自學(xué)習功能，通過(guò)導電筆和導電紙讓“桔子皮”也可以“指紋識別”，但目前因為指紋識別面積過(guò)小，體驗感反而不好，而且指紋門(mén)鎖應用圖像算法的企業(yè)不多，僅極少數的低價(jià)品牌受到了波及，但這也是要讓我們警惕的，不能因為成本和體驗就犧牲了安全。

基于特征識別的安全則非常好，因為其基于特征信息進(jìn)行識別，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得出，傳器面積都是大面積的，使得復制指紋的難度呈幾何數級的增長(cháng)，這極大的提升了識別的安全性能，基本上不可能實(shí)現所謂的“桔子皮”開(kāi)鎖，這也是當前指紋門(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)鎖在此次事件當中沒(méi)有被波及的重要原因。

而基于兩者優(yōu)勢的圖像+特征識別算法，目前來(lái)看是發(fā)展前景Z好的，前者價(jià)格低，但安全性堪憂(yōu)，第二種，安全性沒(méi)問(wèn)題，但整體成本偏高，隨著(zhù)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)勢的算法，一方面利用了前者速度、效率的和降本的優(yōu)勢，另一方面還具備的特征識別的安全性的優(yōu)勢，Z重要的是這樣整體成本也會(huì )出現合理的下降，未來(lái)可能會(huì )成為發(fā)展的趨勢之一。

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

指紋門(mén)鎖是一個(gè)重度體驗的產(chǎn)品，是高頻次使用，高頻次體驗的產(chǎn)品，基本上每家一天至少體驗十次以上，Z高的甚至高過(guò)三十次，因此指紋門(mén)鎖的使用體驗決定著(zhù)消費者購買(mǎi)時(shí)候的欲望。而指紋門(mén)鎖的體驗Z核心、Z為關(guān)鍵的地方則在指紋識別裝置上，這是消費者使用過(guò)程中接觸Z頻繁，使用體驗感觸Z多的地方，所以指紋識別裝置的體驗基本上決定了指紋門(mén)鎖產(chǎn)品的體驗感。

而指紋識別裝置的體驗與安全在硬件和軟件上卻是辯證的關(guān)系，體驗好、安全性能好，一般成本都會(huì )極高，因為這里要求傳感面積要大一些，算法要高端一些，存儲器要大一些，快一些，處理器速度要快一些，這樣效率體驗好，卻會(huì )造成成本和功耗的急劇上升，上升到消費者無(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，雖然體驗較好，可以達到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？

所以一般現在各大指紋識別裝置研發(fā)廠(chǎng)家都采用了第三種方式，利用三者的辯證的關(guān)系，在設定好功耗的大前提下，同時(shí)提高算法、傳感器、處理器、存儲器的水平，從而達到指紋門(mén)鎖產(chǎn)品使用體驗的Z終目的，Z終達到消費者滿(mǎn)意的水平。

來(lái)　源：知乎《地球大戰》專(zhuān)欄

公眾號：全國鎖具行業(yè)信息中心

微　博：制鎖行業(yè)中心趙宏武