指纹解锁手机？比你更懂你手机的竟然是橘子皮

出品：科普中国

制作：中国科学院半导体研究所 刘翠翠

监制：中国科学院计算机网络信息中心

你知道吗？？

橘子皮也能解锁你的手机了～～

还有，你那能指纹支付的钱，也可能属于橘子皮了~~

恐惧袭来，隔壁小明狐疑：“不是说好了，每个人都是一片独一无二的叶子，每一个指纹都有着独一无二的脉络吗？而且，橘子皮成精了吗？” 

其实，对于你那“翻脸不认主人”的手机，对不起，不是的！

为什么呢？这要从前段时间网上披露的一个橘子皮解锁手机的事件说起：

透明胶带纸、导电笔、橘子皮、卫生纸，这些看似八竿子打不着的东西到了一起，为何就能发挥出代替指纹解锁的功效了呢？

难不成每一个独一无二的指纹，都在橘子皮界对应一个同样独一无二的脉络吗？

还是，橘子皮，真的成精了？？

非也非也~~

其实，真相是这样的————————（往下看呗）

现在，我们常用的手机解锁方式就是——电容式手机指纹解锁，简单快捷的解锁特征深受消费者的喜爱，因此也是目前应用最为广泛、技术最为成熟的指纹解锁方式。

判断你的手机是否是电容式指纹解锁的条件就是：解锁键附近是否有一个金属圈。有了这个金属圈，当手指靠近解锁键的时候，就会唤醒手机的指纹识别功能。如下图所示：

揭秘现象之前，怎能不讲讲原理捏。所以，我们必须知道：电容式手机指纹解锁键是如何工作的呢？

其实，这个小小的按键，是由一个个利用硅晶元与电解液形成的电容式纹识别模块组成，也就是一些小小的传感器。传感器连接一个个小小的电容极板，而这些小小的电容器里的电容值，仅仅取决于传感器上的极板到指纹表面的距离，就像下图中的d。

公式内，C就是电容器的电容值。介电常数真空εr=1，k为静电力常量，S为两板正对面积，d为两板间距离。顾名思义，电容就是能够存放电的器件，而d越大，电容越小，反之亦然。当充到一定电压之后的电容匀速放电时，电容值或电阻值愈小，时间常数也愈小，电容的充电和放电速度就愈快。

我们都知道，人的手指上的指纹由一条一条像山脉一样的细细的嵴而形成清晰而独特的纹络。有嵴便会有沟，这些高度上细微的差别让手指指纹处摸起来凹凸不平，错落有致。

当你按压解锁键时，贴在手指指纹的嵴上的电容因为距离小而电容大，贴在指纹的沟上的电容因为距离大而电容小。

此时，传感器将给所有的电容充电，当电容被充到一定的电压之后便开始放电。因为嵴下的电容高，所以放电慢；而沟下的电容低，所以放电快。

通过检测不同电容处不同的放电速率，并转换成一个8位输出，便可形成非常好的原始指纹图像。存入你的手机里，便形成了你手机默认的开机“钥匙”。

当你尝试解锁时，手机内的算法会选取指纹上的若干点（一般为30个以上）进行计算和比对。如果你的指纹和你的手机内设定好的指纹的点对得上了，你和你的手机“对暗号”就能成功，即可开机玩耍了。

可是，为什么橘子皮也能成为你的手机的解锁工具的呢？

其实，这些作案工具里有一个非常重要的物品，它就是——导电笔。

因为导电笔画出来的导电涂层也可以和按键形成电容，所以当解锁键上贴上了导电笔涂画过的透明胶带纸，而且你用指纹解锁三次之后，手机将会把新的解锁图案学习进去。这个新图案中不仅包含你的手指的部分指纹信息，还包含导电涂层的信息。

这个时候，不仅是橘子皮，也可以是别人的手指，湿纸巾......这些都能解开你的手机，挥霍你的钱财了。

可是，为啥手机能把导电涂层的图案学习进去呢？它和指纹又不像！

这是因为一般手机指纹识别系统的算法里的bug。指纹识别的算法只能识别图案，并不能识别是否为活体皮肤的指纹。虽说苹果手机自发布之时，便声称以采用射频技术得以检测是否为真皮。但是对其应用的现实十分惨淡，仍旧是只要图案对的上就ok了。

说到指纹解锁，现在手机指纹解锁这么方便，你还记得它是何时诞生的吗？

2013年9月10日，乔布斯发布了最新的手机——iphone 5s。这款手机创新性地应用了苹果公司申请的一项专利“利用生物特征进行设备间的无线匹配与通讯的系统”，翻译成白话就是利用人特有的性质，如指纹、虹膜、声音、人脸识别等，来加密控制或申请访问电子设备的一项技术。

自此开始，手机的发展发生了翻天覆地的变化。世界上的各大手机厂商迅速跟进，包括HTC、三星等，均着手研究指纹解锁技术，并迅速发布了带有相关功能的手机。

直到现在，经过短短几年时间的发展，利用生物特征实现手机解锁、加密的功能已经成为了所有智能设备的必备功能之一了。我们不得不感叹，科技的发展让我们的生活更加多样化的同时，也更加便利。

现在，橘子皮也能实现指纹解锁了，小伙伴们是不是又恐慌起来了捏？？？

那倒也不必，因为——

你的手机24h不离手，谁又能事先拿你的手机去搞小动作呢？

还有一个让你不必恐慌的理由，它就是——

不是所有的指纹识别设备所使用的传感器都是电容式的，还有光学式和生物射频式呢。

光学式指纹识别设备

光学式指纹识别是较早的指纹识别技术。光线射到手指上再反射回机器以获取数据。这种方式是采集手指上的特征点，与手机模块的原理有所区别。但是，与手机模块的相同点是：均不可以识别是否为真皮皮肤的指纹纹路。而且，这种设备一般都比较大。。。目前的常见应用是：公司的指纹打卡机。

生物射频式或超声波生物射频指纹识别设备

这种技术是利用射频信号来获得指纹图像。超声波设备是向手指表面发射超声波，然后接受反射回来的回波。这种射频信号可以穿透手指表层，所以它不仅可以检测指纹纹路，能且可以识别这个指纹是不是真皮皮肤的指纹。虽然这种技术用来进行指纹识别更加有效，只是技术还不太成熟。。。。目前的常见应用是公安系统的指纹采集器。

现在，我们坐等的是：一种手机应用的既能快速进行指纹识别，又能准确检测是否为真皮皮肤的可靠技术和计算算法~~

小伙伴们，看你们的咯。

   “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
    本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。