Cảm biến vân tay điện thoại: điện dung, quang học và siêu âm khác nhau

Điện thoại mở khoá bằng vân tay theo ba công nghệ chính: điện dung (đo điện tích khác nhau giữa đường vân và rãnh vân), quang học (chiếu sáng ngón tay rồi chụp ảnh qua màn hình) và siêu âm (bắn sóng âm rồi đọc tiếng dội để dựng hình vân ba chiều). Cả ba đều không lưu tấm ảnh vân tay nguyên vẹn mà rút ra các điểm đặc trưng, mã hoá thành mẫu số và cất trong vùng chip bảo mật của máy. Khác nhau ở tốc độ, độ bền với tay ướt, khả năng đặt dưới màn hình và mức khó làm giả.

Ngón tay có gì để máy đọc

Đầu ngón tay phủ những đường vân lồi xen giữa các rãnh. Nhìn tổng thể, vân tay chia làm ba dạng lớn: vân cung (đường vân chạy từ bên này sang bên kia, cong lên ở giữa), vân móc hay vân quai (đường vân vòng lại rồi quay ra cùng phía), và vân xoáy (đường vân tạo thành vòng tròn hoặc xoắn ốc). Dạng tổng thể này đủ để phân loại thô nhưng không đủ để phân biệt người.

Thứ máy thật sự dùng là điểm chi tiết (minutiae): chỗ một đường vân đột ngột dừng lại (điểm cụt) và chỗ một đường vân tách làm hai (điểm rẽ nhánh). Vị trí, hướng và quan hệ giữa các điểm này tạo thành một "bản đồ" riêng của từng ngón. Vân tay hình thành từ khi còn trong bụng mẹ, chịu ảnh hưởng của gen lẫn điều kiện trong tử cung, nên ngay cả sinh đôi cùng trứng cũng có vân tay khác nhau.

Cảm biến điện dung: chạm là đọc

Đây là công nghệ phổ biến nhất trong khoảng 2013–2018. Touch ID trên iPhone 5s (2013) và nút home của nhiều điện thoại Android thời đó đều dùng nó; ngày nay nhiều máy tính bảng, laptop và nút nguồn ở cạnh điện thoại vẫn dùng.

Cảm biến là một ma trận rất nhiều tụ điện nhỏ xíu. Khi đặt ngón tay lên, đường vân lồi chạm sát bề mặt còn rãnh thì cách một lớp không khí mỏng. Khoảng cách khác nhau làm điện dung ở từng ô khác nhau, và máy dựng lại hình vân từ bản đồ điện dung ấy.

• Ưu điểm: nhanh, rẻ, chính xác, khó lừa bằng một tấm ảnh in vì cần vật dẫn điện có cấu trúc vân thật.
• Nhược điểm: cần một vùng riêng (nút bấm, cạnh máy), không xuyên qua màn hình dày; kém khi ngón tay quá ướt hoặc quá khô.

Cảm biến quang học dưới màn hình

Khi điện thoại bỏ nút home để màn hình tràn viền, các hãng cần đặt cảm biến xuống dưới màn hình. Điện thoại thương mại đầu tiên có cảm biến vân tay dưới màn hình ra mắt đầu năm 2018, và sau đó công nghệ quang học trở thành lựa chọn phổ biến ở máy tầm trung.

Cách làm: màn hình OLED sáng lên ở vùng ngón tay (đó là lý do bạn thấy một vòng sáng khi chạm), ánh sáng dội lại từ đường vân và rãnh khác nhau, một camera nhỏ nằm dưới màn hình chụp lại ảnh hai chiều đó.

• Ưu điểm: đặt được dưới màn hình, giá thành vừa phải.
• Nhược điểm: cần màn hình OLED (ánh sáng phải lọt qua giữa các điểm ảnh); dễ bị ảnh hưởng bởi miếng dán màn hình dày, ánh nắng mạnh; ảnh hai chiều nên các bản đời đầu bị chê dễ lừa hơn.

Cảm biến siêu âm: đọc vân ba chiều

Cảm biến siêu âm phát xung âm thanh tần số rất cao lên ngón tay. Sóng gặp đường vân và rãnh sẽ dội lại khác nhau, máy đo tiếng dội để dựng hình vân có cả độ sâu. Qualcomm đưa công nghệ này lên điện thoại phổ thông, và dòng Samsung Galaxy S10 (2019) là một trong những máy đầu tiên dùng rộng rãi.

• Ưu điểm: đọc được qua màn hình, ít bị ảnh hưởng bởi tay ướt, bụi bẩn hay nắng; có thông tin độ sâu nên khó làm giả hơn ảnh phẳng.
• Nhược điểm: đắt hơn; khó tương thích với một số miếng dán cường lực (từng có lúc phải cập nhật phần mềm vì miếng dán gây lỗi nhận nhầm).

So sánh nhanh ba loại cảm biến

Sau khi đọc: máy làm gì với vân tay của bạn

Đăng ký nhiều lần chạm

Khi cài đặt, máy bắt bạn chạm đi chạm lại, nghiêng ngón tay theo nhiều hướng. Vì cảm biến điện thoại nhỏ hơn đầu ngón tay, mỗi lần chạm chỉ đọc được một mảnh. Máy ghép các mảnh thành mẫu đầy đủ hơn, để lần sau dù bạn chạm lệch vẫn khớp được.

Mẫu số nằm trong vùng chip bảo mật

Trên iPhone, mẫu vân tay được mã hoá và giữ trong Secure Enclave, một vùng xử lý tách biệt trong chip; Apple nói dữ liệu này không rời khỏi máy và không được sao lưu lên iCloud. Điện thoại Android đạt chuẩn cũng lưu mẫu trong môi trường thực thi tin cậy (TEE) của chip. Ứng dụng ngân hàng không nhận được vân tay của bạn, chỉ nhận câu trả lời "đã xác thực" hay "không" từ hệ điều hành.

Cảm biến nhỏ, rủi ro riêng

Vì chỉ so từng mảnh, xác suất hai mảnh vân của hai người trùng nhau cao hơn so với khi so cả ngón. Năm 2017, các nhà nghiên cứu ở Đại học New York và Đại học bang Michigan chỉ ra rằng việc so khớp mảnh nhỏ làm tăng rủi ro nhận nhầm trên lý thuyết. Đó là lý do hãng điện thoại vẫn đặt giới hạn số lần thử và đòi mã khoá sau một số trường hợp.

Vì sao có lúc máy không nhận vân tay

Những tình huống quen thuộc và cách xử lý thông thường:

• Tay ướt, tay dính dầu, kem: lau khô rồi thử lại. Cảm biến siêu âm chịu tốt hơn nhưng không miễn nhiễm.
• Da quá khô vào mùa hanh: đường vân ít tiếp xúc, cảm biến điện dung đọc kém. Nhiều người thấy dễ chịu hơn sau khi thoa chút kem dưỡng và để khô.
• Vết xước, vết bỏng, bóc da tay: điểm chi tiết bị che. Nên đăng ký thêm một ngón khác làm dự phòng.
• Người làm nghề tay chân nặng, người cao tuổi: vân có thể mờ. Nhận diện khuôn mặt hoặc mã PIN là lựa chọn thay.
• Miếng dán màn hình mới: với cảm biến dưới màn hình, nên dùng miếng dán hãng khuyến nghị và đăng ký lại vân tay sau khi dán.

Điện thoại đời mới còn tự đòi mã khoá sau khi khởi động lại, sau nhiều lần thử vân tay sai hoặc sau một thời gian dài không mở khoá. Đó không phải lỗi mà là thiết kế an toàn: vân tay chỉ là đường tắt, mã khoá mới là chìa gốc.

Góc nhìn hôm nay: dùng vân tay cho đúng chỗ

• Đăng ký hai ngón hay dùng nhất ở hai tay, để khi một tay bận hoặc bị thương vẫn mở được máy.
• Đặt mã khoá đủ dài; người lạ cầm máy của bạn sẽ thử mã chứ không thử vân tay.
• Không đăng ký vân tay của người khác vào máy chứa ứng dụng ngân hàng: nhiều ứng dụng tài chính sẽ chấp nhận bất kỳ vân tay nào đã đăng ký trong máy.
• Khi đổi máy, xoá dữ liệu đúng cách trên máy cũ trước khi bán; mẫu vân tay bị xoá cùng.

Trang hỗ trợ chính thức của Apple (mục bảo mật Touch ID) và Google (mục bảo mật sinh trắc học Android) giải thích rõ nơi lưu mẫu và giới hạn của từng công nghệ, đáng đọc trước khi mua máy mới.