كيف تعمل ماسحات البصمة بأنواعها المختلفة؟!

[maroof1979]

السلام عليكم و رحمة الله تعالى و بركاته.



خاص بموقع الكمبيوتر الكفي :
في وقتنا الراهن، صارت تقنيات مسح البصمة جزءا لا يتجزأ من مكونات الهواتف الرائدة، ليس ذلك و حسب، بل انها انتشرت كذلك في فئة الهواتف المتوسطة و اللوحيات و الحواسب المحمولة، لتعزز الناحية الامنية باجهزتنا الذكية، و شهدت تقنيات قراءة البصمة نقلة و تطورا كبيرا خلال السنوات القليلة الماضية عن الاجيال الاولى القديمة منها. لنلقي معا نظرة على كيفية عمل تقنيات مسح البصمة الحديثة و الفروقات بينها.

■ الماسحات البصرية.
ماسحات البصمة البصرية او الضوئية، هي أقدم طريقة لالتقاط ومقارنة بصمات الأصابع. و كما يوحي اسمها، تعتمد هذه التقنية على التقاط صورة بصرية، بشكل صورة فوتوغرافية، و استخدام خوارزميات للكشف عن الأنماط الفريدة لخطوط البصمة، كالتعرجات أو أية علامات أخرى مميزة، عبر تحليل المناطق الغامقة و الفاتحة بالصورة.



تماما مثل حساسات كاميرات الهواتف الذكية، تأتي الماسحات البصرية بحساسات بدقات مختلفة محدودة و عالية، و الدقات العالية يمكنها ان تستشف و تقرأ ادق تفاصيل بصمة اصبعك، مما يعني زيادة مستوى الأمان. و تتميز هذه الحساسات بانها تلتقط صورا ذات تباين أعلى بكثير من الكاميرا العادية. هذه الماسحات البصرية عادة تحوى عددا هائلا من الصمامات الثنائية بكل بوصة لالتقاط ادق التفاصيل عن قرب. بطبيعة الحال، عندما تضع إصبعك على الماسح الضوئي يكون المشهد مظلما، ولذلك تتضمن هذه الماسحات أيضا صفوف من الفلاشات لتضيء الصورة في لحظة التحقق من البصمة.



من العيوب ان تصميم هذا النوع يميل للصخامة لحد ما بالنسبة للهواتف الذكية، حيث قلة السماكة و خفة الوزن تعد عاملا مهما جدا، لقة المساحة المتاحة. و العيب الرئيسي في الماسحات البصرية هو أنه ليس من الصعب خداعها. وبما أن هذه التقنية تعتمد فقط على التقاط صور ثنائية اﻷبعاد 2D، يمكن استخدام الأطراف الصناعية، بل صور للبصمة ذات جودة جيدة بما فيه الكفاية، لخداع هذا النوع فالماسحات البصرية ليست آمنة بما فيه الكفاية، لتأمنها على حماية بياناتك المهمة للغاية.
تماما كما حدث مع الاجيال القديمة للشاشات اللمسية، حاليا لن تجد الماسحات البصرية مستخدمة في أية اجهزة حديثة، عدا الاجهزة قليلة التكلفة غالبا. ﻷنه مع تزايد الطلب على تقنيات اكثر امانا، تبنت شركات الهواتف الذكية بالإجماع الماسحات السعوية عالية اﻷمان.

■ الماسحات السعوية.
النوع الأكثر شيوعا و انتشار من تقنيات مسح البصمة في الوقت الراهن هي ماسحات البصمة السعوية او التكاثفية. مرة أخرى اسم يفصح عن جوهر هذه التقنية، ان كنت على دارية بسيطة بالالكترونيات و المكثفات.



فكيف تعمل هذه النوعية، عوضا عن إنشاء صورة تقليدية للبصمة، تستخدم الماسحات السعوية صفوف من دوائر المكثفات الصغيرة للغاية لجمع البيانات عن بصمات الأصابع. و بما ان المكثفات يمكنها تخزين شحنات كهربائية، ربطها بلوحات موصلة على سطح الماسح يسمح بإستخدامها لتتبع تفاصيل البصمة. تتغير الشحنة المخزنة على المكثف بشكل طفيف في مواضع تعرجات البصمة على اللوحات الموصلة، بينما تبقي الشحنة في مواضع الفراغات الهوائية دون تغيير نسبيا. و تستخدم دائرة تكاملية لقياس هذه التغييرات، ومن ثم يتم تسجيلها بواسطة محول للاشارات التماثلية الي رقمية.



بعد تسجيل الإشارات الرقمية، يتم تحليلها للبحث عن السمات المميزة و الفريدة للبصمة، و حفظها للمقارنة في وقت لاحق. ما يجعل تصميم هذه التقنية اكثر ذكاءا، و اكثر صعوبة لخداعها من الماسحات البصرية. هو ان البيانات المسجلة يصعب للغاية ابدالها بصورة او خداعها بالاطراف الصناعية، ﻷن اختلاف المواد التي يتم النقاط بياناتها تسجل تغييرات مختلفة في شحنة المكثف. و هنا المخاطر الأمنية الحقيقية الوحيدة تأتي من الأجهزة نفسها أو اﻹختراقات البرمجية.
تضمين مجموعة كبيرة و كافية من هذه المكثفات، وعادة ما تكون بالمئات إن لم تكن بالآلاف في ماسح واحد، يتيح تسجيل بيانات مفصلة للغاية لسمات البصنة الفريدة، و كل ذلك من اشارات كهربائية فقط. تماما كزيادة دقة الحساس بالماسحات البصرية، زيادة عدد المكثفات يعطى نتائج اعلى دقة بالماسحات السعوية، مما يرفع من مستوى الامان الى مستويات عالية.



و لعل من عيوب هذه النوعية، انه تدخل في تكوينها عدد كبير من العناصر، مما يجعلها تميل الى غلو الثمن بعض الشيء. حاولت بعض التطبيقات اﻷولية خفض عدد المكثفات اللازمة باستخدام طريقة سحب اﻷصبع Swipe، التي تعمل على جمع البيانات من عدد أقل من المكثفات، لإعطاء قراءة سريعة عندما يتم سحب الاصبع بسرعة على الحساس، و لكن شكاوي المستخدمين وقتها من صعوبة هذه الطريقة، ﻷنها غالبا تتطلب عدة محاولات لمسح البصمة بشكل صحيح. لحسن الحظ، طريقة الضغط المطول على الحساس الاكثر بساطة و سهولة هي الأكثر شيوعا.

■ ماسحات الموجات فوق الصوتية.
هي أحدث تقنيات مسح البصمة في عالم الهواتف الذكية، و تعتمد على تقنية المسح بالموجات فوق الصوتية، و ظهرت للمرة اﻷولى مع هاتف Le Max Pro. و هذه النقنية طورتها شركة كوالكوم الرلئدة.
لالتقاط أدق تفاصيل البصمة، يتكون عتاد الماسح من مرسل و مستقبل للموجات فوق الصوتية معا. عندما تبث نبضة فوق صوتية عبر اﻷصبع حال وضعه على الماسح، جزء من هذه النبضة يتم امتصاصه و جزء منها يرتد راجعا الي المستشعر، و كل هذا يتوقف على تعرجات و مسامات البصمة و غيرها من السمات و التفاصيل الفريدة التي تتميز بها كل بصمة عن غيرها.



و بما انه لا يوجد ميكروفون للاستماع لهذه الإشارات المرتدة من النبضة، يتم استخدام جهاز استشعار يمكنه الكشف عن قوة الضغط لقياس شدة النبضة فوق الصوتية المرتدة بنقاط مختلفة على الماسح. و كلما طال وقت المسح، يسمح ذلك بالتقاط بيانات عمق اضافية، مما ينتج عنه أدق التفاصيل ثلاثية الابعاد للبصمة الممسوحة. وهذه الطبيعة الثلاثية الابعاد لهذه التقنية تجعلها اكثر امانا من ماسحات البصمة السعوية.

■ الخوارزميات و التشفير.
تعتمد معظم ماسحات البصمة على مبادئ عتادية متشابهة للغاية، و لكن المكونات اﻹضافية و البرمجيات تعلب دورا رئيسيا في خلق الفروقات في طرق ادائها و ما تتيحها من مزايا معينة للمستخدم.
كل هذه الماسحات ترافقها دائرة تكاملية خاصة IC، و هي عبارة عن مجموعة من الدوائر الإلكترونية على رقاقة صغيرة من أشباه الموصلات، من السليكون. هذه الدائرة تعمل على تفسير البيانات الممسوحة و ارسالها بشكل مفيد للمعالج المركزي للهاتف. تستخدم مختلف الشركات المصنعة خوارزميات مختلفة قليلا لتحديد خصائص البصمة الرئيسية، و تختلف هذه الخوارزميات في مدى سرعتها و دقتها.



عادة ما تبحث هذه الخوارزميات عن نهايات تعرجات و خطوط البصمة، او مواضع انقسام التعرجات. مجموع كل ذلك و غيرها من السمات المميزة تسمي تفصيلات. عند مسح بصمة تتم مقارنة عدد معين من هذه التفصيلات و ان تطابقت يعتبر ذلك قراءة لنفس البصمة. مقارنة التفصيلات بدلا عن مقارنة البصمة باكملها كل مرة، يقلل من الطاقة المطلوبة لتعريف البصمة، ويساعد على تجنب الأخطاء، ان كانت البصمة ملطخة وقت مسحها. كما يتيح قراءة البصمة دون الحاجة لوضعها في مركز الماسح، حيث يمكن التعرف على البصمة بواسطة جزء منها فقط.



و بطبيعة الحال، هذه المعلومات ينبغى تخزينها بامان على جهازك و حفظها بعيدا عن التعليمات البرمجية التي يمكن أن تعرضها للخطر. بدلا من تحميل بيانات المستخدم على الإنترنت، تحفظ معالجات معمارية ARM، هذه المعلومات في منطقة آمنة من الرقاقة نفسها باستخدام ما يعرف ببيئة التنفيذ الموثوق TEE، التي تعتمد على تقنية الحيز الموثوق TrustZone. هذه المنطقة الآمنة تستخدم أيضا لعمليات التشفير الأخرى، و التواصل مباشرة مع منصات الحماية، كماسحات البصمة، لمنع أي تطفل برمجي.



تعتمد كوالكوم في تشفير البيانات على معمارية الادارة الامنية النقالة اﻻمنة MSM، بينما تعتمد ابل على ما يعرف ( بالجيب اﻵمن ). و كلاهما يقومان كل نفس مبدأ حفظ البيانات بامان على جزء منفصل من المعالج، لا تصلها التطبيقات التي تعمل في بيئة النظام العادية. و قد وضع تحالف FIDO، بروتوكولات تشفير قوية تستخدم هذه المناطق اﻵمنة بالأجهزة لتقليل الحاجة لمصادقة كلمات المرور بين الأجهزة و الخدمات. حيث يمكنك تسجيل الدخول إلى موقع أو متجر على الانترنت باستخدام بصمتك دون الحاجة ﻹدراج بياناتك الخاصة، و من هاتفك مباشرة. و يتم ذلك عن طريق تمرير مفاتيح رقمية للخوادم بدلا من البيانات البيومترية.



و هكذا صارت ماسحات البصمة بديلا آمنا و سهلا دون الاضطرار لحفظ عدد هائل من اسماء الاستخدام و كلمات السر، و مع تزايد الاتجاه لاعتماد انظمة الدفع الرقمية اﻻمنة بالهواتف، تزداد اهمية الماسحات كأداة أمنية موثوقة و شائعة الاستخدام مستقبلا.

المصادر 1

[rgdd]

من اجمل ماقرأت

جزيل الشكررررررر ،

[YASSER4]

ماشاء الله مقال روووعه وشرح واضح

بالنسبه للنوع الماساحات السعويه والتي تعتمد على الشحنات الكهربائيه

اضن ان هاتفي MATE 8 يستخدم هذه التقنيه

واضن ان هذا هو تفسير تعطل الماسح وعدم قدرته على العمل عندما تكون الاصبع متعرقه او بها رطوبه

فقد لاحظت انه عندما يوجد بلل على الاصبع لا تعمل البصمه وهذا من الامور التي تزعجني بالجهاز .

مشكور اخي على المقال.

[علي الشرفاني]

جزاك الله خيرا على الشرح

[ســـواف]

موضوع جميل جداً وغني بالمعلومات... أحسنت وبارك الله فيك

[Omair Maher]

بالنسبة للقارئ الفوق صوتي لا اعتقد بوجود مرسل و مستقبل منفصلين، فغالبية الأجهزة التي تعتمد التقنيات فوق الصوتية تستخدم نفس البللورات كمرسل و مستقبل لكن يتغير دوره خلال الوقت حيث يكون مرسل لفترة وجيزة من الزمن و مستقبل لباقي الوقت.

[watean]

موضوع شيق ومفيد ، جزاك الله خيراً

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة maroof1979

و قد وصع تحالف FIDO، بروتوكولات تشفير قوية تستخدم هذه المناطق اﻵمنة بالأجهزة لتقليل الحاجة لمصادقة كلمات المرور بين الأجهزة و الخدمات. حيث يمكنك تسجيل الدخول إلى موقع أو متجر على الانترنت باستخدام بصمتك دون الحاجة ﻹدراج بياناتك الخاصة، و من هاتفك مباشرة. و يتم ذلك عن طريق تمرير مفاتيح رقمية للخوادم بدلا من البيانات البيومترية.

بمعنى أنك حين تستعمل بصمتك للدخول إلى موقع فإن بيانات بصمتك لا تصل إليه ليتأكد من هويتك ؛ وإنما الهاتف يرسل له معلومة بأن هذا هو أنت بالفعل ، يعني لا تحصل جهات خارجية على معلومات البصمة (إلا إذا حدث اختراق) . صح ؟

[h198423]

شكراً على الموضوع

[Ameen Abdun]

موضوع رائع
شكرا لك

[maroof1979]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة watean

موضوع شيق ومفيد ، جزاك الله خيراً

بمعنى أنك حين تستعمل بصمتك للدخول إلى موقع فإن بيانات بصمتك لا تصل إليه ليتأكد من هويتك ؛ وإنما الهاتف يرسل له معلومة بأن هذا هو أنت بالفعل ، يعني لا تحصل جهات خارجية على معلومات البصمة (إلا إذا حدث اختراق) . صح ؟

بالضبط. هذا صحيح. ما يصل للخوادم هو مفتاح رقمي يمثل بيانات البصمة البيومتربة. بينما تكون البيانات البيومتربة نفسها بامان في المنطقة اﻻمنة من المعالج داخل الهاتف.

[zaydoonb]

الله يعطيك العافية ما قصرت

[mahmoudhafez200]

جزاك الله خيراً

[Android10]

موضوع رائع جزاك الله خيراً واصل

[zeid]

الخالصه ما فهمت شي من الموضوع ....يا ريت تحكي عربي ...بدنا امثلة للاجهزة الاكثر امان وشكرا ..

[maroof1979]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة zeid

الخالصه ما فهمت شي من الموضوع ....يا ريت تحكي عربي ...بدنا امثلة للاجهزة الاكثر امان وشكرا ..

بتبسيط اكثر. اليك ترتيب انواع ماسحات اليصمة حسب افضليتها و امانها
● الاكثر امانا ماسحات البصمة فوق الصوتية من كوالكوم و هي لم تنتشر كثيرا و لكن يمكنك ان تجدها في هواتف شركة ليكو Leeco و شيومي في اجهزتها الاخيرة. تقريبا من المحال خداعها.
● ثم ماسحات البصمة السعوية و هذه تجدها في كل الهواتف المتوفرة بالسوق تقريبا خاصة الهواتف الرائدة من كافة الشركات مع فروقات بسيطة تصنعها الخوارزميات و البرمجيات الاضافية على سرعة و دقة الماسح. يصعب للغاية خداعها.
● و الاقل امانا ماسحات البصمة البصرية و هي تكاد تنقرض حاليا و ستجدها في بعض الاجهزة قليلة التكلفة من الهواتف المتوسطة. من السهل خداعها.
اتمنى اكون افدتك.