指紋門鎖的識(shí)別裝置原理及安全體驗(yàn)

目前，無論是手機(jī)還是門鎖領(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，而在智能門鎖領(lǐng)域，指紋識(shí)別也占據(jù)著絕大部分的產(chǎn)、銷量，半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置在智能門鎖中的市場份額也有半壁江山。截止至目前，我國智能門鎖領(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，年均增長超過百分之百，截止2017年底我國智能門鎖領(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400萬套左右，預(yù)計(jì)2018年的需求將超過800套，未來5年內(nèi)的總需求量將會(huì)超過3000萬套，是目前全球半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置除手機(jī)外增長和保有量最大的市場。

但是目前絕大多數(shù)的市場經(jīng)銷商和消費(fèi)者，甚至部分智能門鎖的生產(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)別過程中，對采集的指紋圖像進(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；其次是指紋特征提取：是指對某個(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)前在指紋門鎖應(yīng)用領(lǐng)域中，半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置與指紋門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)立于指紋門鎖的電子方案之外，僅通過數(shù)據(jù)線與指紋門鎖電子部分相連接，指紋識(shí)別的應(yīng)用相對獨(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，體積相對較大，成本相對較高；

集成方案是指：半導(dǎo)體指紋識(shí)別裝置以相對集成的方式存在指紋門鎖當(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，成本相對低廉，更新更加容易；缺點(diǎn)是：增加了開發(fā)難度，無法形成模塊化應(yīng)用，適配性較差，同一類指紋識(shí)別裝置無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)模都相對較大。

指紋算法在指紋門鎖當(dāng)中的安全地位

指紋門鎖電子部分的安全核心就在指紋識(shí)別裝置，無論是識(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，目前國內(nèi)指紋門鎖的算法主要包括三種類型，一種類型是以圖像為基礎(chǔ)的特征識(shí)別算法，其主要原理是通過手指指紋在傳感器上形成的經(jīng)過預(yù)處理之后，提取成相應(yīng)的整體圖像，在識(shí)別時(shí)通過整體/部分圖像比對一致/不一致做出判定的算法類型，但因?yàn)閳D像會(huì)發(fā)生變化，或者接受面過小的時(shí)候圖像判斷難度增大，一般這類算法都具備自學(xué)習(xí)功能，以解決接受面積過小的弊端，所以這類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)通過比對圖像上特征做出一致/不一致判定的算法類型，這種算法不會(huì)因?yàn)閳D像發(fā)生變化而出現(xiàn)無法識(shí)別，只要特征存在，就可以識(shí)別，但這種算法對傳感器面積過小或特征不明顯時(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注于指紋識(shí)別算法的公司開發(fā)出的基于圖像和特征點(diǎn)兩種類型于一體的算法類型，這種類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，無法大面積的進(jìn)行圖像比對，利用其具有自學(xué)習(xí)功能，通過導(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)別面積過小，體驗(yàn)感反而不好，而且指紋門鎖應(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，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”開鎖，這也是當(dāng)前指紋門鎖生產(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鎖在此次事件當(dāng)中沒有被波及的重要原因。

而基于兩者優(yōu)勢的圖像+特征識(shí)別算法，目前來看是發(fā)展前景最好的，前者價(jià)格低，但安全性堪憂，第二種，安全性沒問題，但整體成本偏高，隨著市場和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來將會(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、效率和降本的優(yōu)勢，另一方面還具備特征識(shí)別的安全性的優(yōu)勢，最重要的是這樣整體成本也會(huì)出現(xiàn)合理的下降，未來可能會(huì)成為發(fā)展的趨勢之一。

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

指紋門鎖是一個(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，最高的甚至高過三十次，因此指紋門鎖的使用體驗(yàn)決定著消費(fèi)者購買的欲望。而指紋門鎖的體驗(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)者無法接受的地步，試想指紋門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秒開門，但安全性能卻也下降很多，無法保證安全的指紋門鎖，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。