Cómo funciona el escáner de huellas dactilares bajo la pantalla

Ya es difícil recordar un mundo sin escáneres de huellas dactilares y otros medios de autenticación biométrica en los teléfonos inteligentes. Antes de su proliferación masiva, la mayoría de nosotros sencillamente no utilizaba la seguridad para desbloquear nuestros aparatos, y todos los demás se burlaban de verdad introduciendo regularmente contraseñas o dibujando claves gráficas. Además, lo mismo se repitió al utilizar aplicaciones bancarias y de otro tipo, cuya privacidad de los datos siempre estuvo en primer plano. Cuando piensas en todo esto, tu estado de ánimo empieza a deteriorarse y tu ojo izquierdo o derecho (a tu elección) empieza a temblar.

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El medio más popular de autenticación biométrica hoy en día sigue siendo específicamente los escáneres de huellas dactilares, cuyas variantes normales han sido introducidas en el mundo de la electrónica de consumo moderna por apple. Muchos están seguros de que la empresa ya ha conseguido rechazar esos sensores, pero no es así. La empresa sigue utilizándolos en el iPad sin el prefijo Pro e incluso los rumores apuntan a que quiere lanzar el nuevo iPhone 9 con el lector de extremidades. En realidad, aquí tenemos una excusa para mirar al pasado de los escáneres de huellas dactilares, ver su presente y mirar al futuro.

Una breve historia de los escáneres de huellas dactilares en nuestros aparatos

El principal impulso para los escáneres de huellas dactilares en los teléfonos móviles fue el lanzamiento del iPhone 5s, que se presentó en septiembre de 2013, hace casi siete años. Antes, este método de autenticación biométrica apenas se había utilizado en los gadgets. Sin embargo, muchos lo esperaban en los teléfonos móviles de apple mucho antes. La empresa consiguió la patente del sensor en 2008, pero tardó cinco años en conseguir la tecnología adecuada. Por ello, el escáner de huellas dactilares se llamó simplemente Touch ID. La palabra «simple» es muy apropiada aquí, porque antes era demasiado complicado.

Los escáneres de huellas dactilares no aparecieron originalmente en los teléfonos móviles. Uno de los primeros dispositivos en incorporar este método de autenticación fue el Acer TravelMate 739TLV. Imagina que tardas más de diez segundos en reconocer un dedo. Por supuesto, durante este tiempo un usuario más o menos experimentado podría introducir la contraseña del ordenador varias veces incluso con los ojos cerrados. En 2002, Hewlett Packard lanzó su ordenador de bolsillo HP iPAQ H5400, con un sensor igualmente torpe, que tampoco tuvo éxito con las críticas entusiastas. Larga, costosa… hubo muchas quejas.

Motorola Atrix 4G (Fuente: 24Gadget)

En los teléfonos móviles más o menos modernos, el escáner de huellas dactilares fue uno de los primeros en aparecer en el Motorola Atrix 4G. El sensor se combinaba con el botón de encendido y estaba situado en el borde superior del dispositivo. Podía ajustarse para que cupiera el dedo índice de la mano derecha o de la izquierda; sí, los aparatos eran lo suficientemente pequeños en aquella época como para alcanzar un mando de este tipo. Para que el escáner reconociera un dedo, no bastaba con colocarlo sobre la almohadilla. Después de tocar la almohadilla, la pantalla se iluminaba, y después también tenías que deslizarla con la almohadilla. Después, el aparato necesitaba otro medio segundo para leerlo y analizarlo.

Difícilmente se puede llamar a esto una implementación fácil de usar: es demasiado lenta. Era mucho más rápido pulsar el botón de encendido y luego introducir la contraseña de cuatro dígitos. Es más, podría no funcionar a una velocidad «incorrecta» al conducir con el dedo encima. La ubicación tampoco era la mejor: sólo se podía probar con un agarre estándar del aparato, lo que, como demuestra la práctica, no siempre es posible. En general, antes del iPhone 5s con su rápido y preciso Touch ID no había nada sensato en el botón de inicio. Fue una especie de revolución precisamente por su rapidez y comodidad.

iPhone 5s (Fuente: Kanobu)

Después del iPhone 5s, apple actualizó el Touch ID, haciéndolo aún más rápido: su escáner se consideraba la referencia, incluso cuando los competidores inundaban el mercado con soluciones similares. Pero con el lanzamiento del iPhone X en 2017, la empresa dejó claro que ponía en pausa su desarrollo. La principal característica de este dispositivo era el Face ID, un escáner facial que se aloja en la muesca de la pantalla. Hasta ahora, sigue siendo una de las soluciones más fiables, precisas y cómodas para la autenticación biométrica. Sin embargo, otros fabricantes no han abandonado el escáner de huellas dactilares siguiendo a apple y han seguido desarrollándolo activamente.

Dónde pueden ubicarse los escáneres de huellas dactilares en los teléfonos móviles

Originalmente, siguiendo el ejemplo del famoso iPhone 5s, los escáneres de huellas dactilares estaban situados en el panel frontal. No es de extrañar, porque en aquella época no se luchaba por la máxima superficie de pantalla, y había espacio de sobra. Sin embargo, más tarde, Google decidió abandonar los botones físicos bajo la pantalla y añadió a Android la posibilidad de utilizar homólogos virtuales: la tecnología les alcanzó. Cómo resultado, las pantallas desplazaron cualquier elemento adicional de los paneles frontales de los teléfonos inteligentes; muchas empresas tuvieron incluso que eliminar sus logotipos, por no hablar de los escáneres. Han sido reubicados.

iPhone 8 y iPhone 8 Plus (Fuente: Pinterest)

En el frente. Curiosamente, los escáneres de huellas dactilares del panel frontal todavía pueden considerarse relevantes. La mayoría de las empresas han encontrado otro lugar para ellas, pero muchas siguen siendo fieles a sus tradiciones. Un ejemplo claro sigue siendo apple. Para empezar, sigue lanzando el iPhone 8 y el iPhone 8 Plus con Touch ID en el botón de inicio debajo de la pantalla. Y podemos terminar con el hecho de que es probable que la compañía mantenga la misma ubicación para el sensor también en el iPhone 9. Estamos hablando de la famosa secuela del iPhone SE, que se convertirá en el sucesor ideológico de bajo coste del iPhone 8.

HONOR 10i (Fuente: MobRev)

En el reverso. ¿Dónde mover el escáner de huellas dactilares cuando todo el panel frontal (bueno, casi) ya está ocupado por la pantalla? La solución obvia era utilizar la parte trasera, que, aparte de un conjunto de cámaras, no necesita el espacio extra para nada. En la actualidad, el escáner de la parte trasera es el destino de los teléfonos móviles baratos como el HONOR 10i y similares. Este enfoque tiene una gran desventaja: un sensor de este tipo resulta inútil si el aparato está sobre una mesa o sobre el soporte de un coche. De hecho, esta es la razón por la que el segmento más caro no pone un escáner de huellas dactilares en el panel trasero.

HONOR 20 (Fuente: SuperPlanshet)

En los bordes laterales. El compromiso entre una espalda incómoda y un panel frontal totalmente ocupado para muchos fabricantes ha resultado ser los bordes laterales. Esta solución no se ha generalizado, pero algunas empresas han empezado a incorporar escáneres de huellas dactilares en los botones de encendido. El teléfono móvil HONOR 20, creación de la submarca de Huawei, volverá a servir de ejemplo. El sensor, que puede reconocer las huellas de la piel, está situado en la tecla de encendido. Era un poco más cómodo que en la parte trasera, pero no resolvía todos los problemas de usabilidad. El panel frontal habría sido mucho más conveniente, pero no hay espacio allí.

(Fuente: Gadgetmatch)

Justo en la pantalla. Uno de los primeros teléfonos móviles con un sensor de huellas dactilares que consiguió ocultarse justo en la pantalla (en realidad, está debajo de la matriz) fue el Vivo NEX. Este prototipo de artilugio apareció en el verano de 2021 y sorprendió. Sin embargo, pronto quedó claro que la tecnología es nueva, no está totalmente probada y requiere refinamiento. La velocidad de respuesta de estos sensores ya ha alcanzado un nivel cómodo, pero todavía hay dudas sobre su seguridad. Siguen apareciendo en Internet noticias sobre el pirateo de estas soluciones mediante huellas dactilares tridimensionales e incluso una película protectora (hola, Samsung Galaxy S10).

¿Cómo están cambiando los escáneres?

Hoy en día, están empezando a aparecer teléfonos móviles que pueden capturar una huella dactilar en cualquier parte de la pantalla. La tecnología aún se está probando y perfeccionando. Es probable que, en un futuro próximo, el área cubierta por el sensor aumente gradualmente.

Se considera que la tecnología más sencilla es la óptica, que consiste en escanear el patrón para compararlo con el almacenado en la memoria. Este método es barato, pero al mismo tiempo no es fácil para los fabricantes incorporar el sensor a la pantalla táctil. Se dice que la principal desventaja es el bajo nivel de seguridad del teléfono móvil, ya que no es muy difícil crear una huella dactilar falsa. Otra desventaja es la susceptibilidad a la contaminación.

El escáner deja de funcionar a la menor señal de suciedad o humedad.

Una de las últimas tecnologías es la ecografía. El método se llama sensor sónico 3D y se introdujo por primera vez en 2015. В El dispositivo incorpora un emisor de ondas que se activa con el tacto. Las ondas reflejadas crean un mapa en 3D del dedo del propietario del dispositivo, reduciendo así significativamente el riesgo de piratería. Los expertos están convencidos de que este método protege eficazmente los datos confidenciales del usuario. La tecnología se utiliza ahora en casi todos los nuevos productos del mercado de los teléfonos inteligentes.

En qué se diferencian los escáneres capacitivos, ópticos y ultrasónicos

Óptico, capacitivo, térmico, ultrasónico, de radiofrecuencia, etc.: hay más que suficientes tecnologías de escáner de huellas dactilares en el mercado. En su mayor parte, es su elección la que determina la precisión de la respuesta del sensor y el reconocimiento de los dedos. Sin embargo, no hay que olvidar el rendimiento del aparato, que también juega un papel importante. El procesador no es el menos responsable de la rapidez con la que el dispositivo reconoce el dedo de su propietario. Y aquí están las tres principales tecnologías de huellas dactilares; es imposible decir inequívocamente qué escáner de huellas dactilares es mejor.

iPhone 6s (Fuente: Business Insider)

Capacitivo. Estos escáneres de huellas dactilares se basan en conjuntos de condensadores que almacenan carga eléctrica. Cuando un dedo toca el sensor, la carga de cada condensador específico cambia, y tras analizar toda su red, es posible crear un patrón de huellas dactilares. Las zonas convexas de la piel cambian claramente el estado de la carga, mientras que las depresiones la dejan prácticamente inalterada: así son las «matemáticas». Esta es la tecnología que apple utiliza en sus teléfonos móviles, que están equipados con Touch ID. Todavía se considera el más común.

Principio del escáner capacitivo (Fuente: Android Authority)

Entre las ventajas evidentes de esta tecnología está su gran precisión, que es casi imposible de alcanzar por otras soluciones. Pero también tiene desventajas. La principal es que no se puede incorporar a la pantalla hoy en día, lo que la hace irrelevante para la mayoría de los aparatos modernos.

Xiaomi Mi 9 (Fuente: Mobiltelefon)

Óptica. A juzgar por el nombre, no es muy difícil adivinar que este método de autenticación biométrica se basa en la captura de una imagen óptica de una huella dactilar. Para exagerar, un sensor que utiliza esta tecnología fotografía el patrón de la piel en el momento del tacto y lo compara con el que se almacenó durante la configuración. Un escáner de este tipo necesita una retroiluminación para funcionar, por lo que la pantalla se ilumina de forma brillante (normalmente de color verde) cuando está en uso. Un claro ejemplo de un teléfono móvil que utiliza esta tecnología es el Xiaomi Mi 9 con un escáner de huellas dactilares en la pantalla.

Cómo funciona el escáner óptico (Fuente: Vishnumaiea)

Entre las ventajas de esta tecnología está su bajo coste, por lo que se utiliza en teléfonos móviles relativamente baratos. Una de las desventajas es que no es el más seguro. Cómo la tecnología funciona con imágenes en 2D, es más fácil de engañar que los competidores.

Samsung Galaxy Note10 (Fuente: PHP)

Ultrasonidos. Se trata de una tecnología de lectura de huellas dactilares relativamente nueva que está empezando a ganar popularidad. Envía ultrasonidos a los lados de los dedos cuando se tocan y lee las señales de vuelta. Con un escaneo largo, este método puede crear un modelo tridimensional preciso del dedo en absoluto. Sin embargo, una rápida también es suficiente para una autentificación segura. Un ejemplo de este género es el Samsung Galaxy Note10, que también cuenta con otras tecnologías de gama alta.

Principio del escáner ultrasónico (Fuente: SlidePlayer)

Las ventajas de esta solución incluyen una gran precisión. Hay un par de desventajas: la tecnología es bastante nueva, por lo que a veces no es el funcionamiento más estable, y todavía es muy cara, por lo que sólo se utiliza en soluciones de primera línea de empresas del grupo no oficial AAA.

Sistema óptico de huellas dactilares

Una tecnología bastante sencilla y barata. Se utiliza una cámara como sensor de huellas dactilares, que toma una foto de las líneas onduladas. A menudo se utiliza una luz de fondo brillante, normalmente verde, para mejorar la imagen cuando se captura. El bajo precio ha asegurado la difusión de los sensores ópticos en los teléfonos móviles de gama media. Entre las desventajas de la tecnología está precisamente el principio de la captura de imágenes. Se utiliza una imagen 2D que puede duplicarse fácilmente en papel y presentarse al dispositivo en lugar de un dedo real. Otra desventaja del uso de sensores ópticos es que el cristal de la cámara se enturbia con arañazos y restos diversos. Si no se limpia periódicamente, la precisión de la detección de huellas dactilares disminuirá drásticamente.

¿Qué algoritmos utilizan los escáneres de huellas dactilares de los teléfonos móviles?

El escaneo de huellas dactilares por sí solo no es el fin de la tecnología. Una vez que el sensor ha creado una imagen de la piel de tus dedos, todavía hay que compararla con una imagen de referencia. Aquí hay dos matices que casi todos los fabricantes de teléfonos móviles utilizan.

Algoritmo del escáner de huellas dactilares (Fuente: ubergizmo)

En primer lugarPor lo general, el algoritmo de validación de la huella dactilar no tiene en cuenta toda la huella dactilar. A menudo, sólo necesita encontrar un pequeño detalle único que no se repita. Esto es lo que busca en todos los pliegues de la piel que aparecen en el sensor, siguiendo el ejemplo de una referencia. Esto ahorra tiempo y energía.

En segundo lugarLa imagen de referencia necesita un lugar especial en la memoria del teléfono móvil al que no puedan acceder las aplicaciones y los malhechores. apple tiene Secure Enclave y Qualcomm tiene Secure MCM. Son partes separadas del chip de la cabeza con todos esos datos.

Puntos de control

El principio del escáner de huellas dactilares se basa en la comparación de puntos nodales – minucias. La red papilar de cada uno de ellos es una docena de óvalos anidados y una cuadrícula de líneas que se cruzan. Su propia forma y discontinuidad son individuales para cada persona. Todas las líneas que componen el patrón único se ramifican periódicamente y se interrumpen. En los puntos en los que se produce el cambio y son minucias – lugares clave. Comparando su posición con una referencia programada por el usuario, el sistema decide si accede o bloquea el dispositivo final.

Por qué los fabricantes no se alejan de los escáneres de huellas dactilares

Cómo se ha mencionado anteriormente, no hace mucho que apple abandonó parcialmente sus sensores de huellas dactilares en favor de los escáneres faciales. Esto nos lleva a preguntarnos por qué los competidores no tienen prisa por seguir su ejemplo. Es Google, que ha tardado en añadir la detección facial a los métodos de autenticación de confianza.

Xiaomi Mi 8 (Fuente: ePHOTOzine)

Un ejemplo de ello es el Xiaomi Mi 8, que ha introducido un escáner facial avanzado al nivel del Face ID del iPhone X. Sin embargo, aparte de desbloquear el dispositivo, no se podía hacer nada interesante con él. Así que ya en el Xiaomi Mi 9, la empresa cambió a métodos de reconocimiento facial más primitivos.

Ahora el Face ID puede utilizarse no sólo para desbloquear el iPhone, sino también para iniciar sesión en cualquier aplicación bancaria y otras aplicaciones seguras. Hasta hace poco, Google sólo te permitía hacer lo mismo con tu huella dactilar. Sólo el Pixel 4, con su avanzado escáner facial, abrió el acceso para desbloquear todo y cualquier cosa con él. Existe la posibilidad de que en el futuro haya teléfonos móviles Android que también utilicen este chip. Lo único es que ahora está claro que los sensores dactilares son una prioridad para los fabricantes, como si se hicieran para contrarrestar al principal competidor.

Sensor capacitivo resistivo

Los escáneres de este tipo utilizan una superficie de detección formada por muchas placas de contacto microscópicas. Entre la superficie del dedo y la parte conductora del aire se forma una especie de condensador. Cuanto más cerca esté la piel del contacto, menor será su capacitancia. La diferencia de altura de la superficie de los dedos viene dada por las líneas papilares.

Un convertidor analógico-digital toma las características de capacidad de cada placa y las envía como una matriz de números para su posterior procesamiento al procesador del dispositivo móvil.

El principal inconveniente de los sensores capacitivos es su dependencia de la limpieza de la piel y de la parte del dispositivo que detecta. La suciedad, la humedad y el polvo cambian las características de la capacitancia en cada superficie que se golpea. Esto tiene un efecto significativo en la precisión de la detección del patrón.

En resumen: perspectivas de desarrollo de todos los métodos de autentificación

Hoy en día no hay rumores significativos sobre la aparición de nuevos métodos de autenticación biométrica. Por eso, es probable que los fabricantes se centren en los dos actuales: la cara y los dedos. Samsung todavía tiene sus hallazgos sobre el escaneo de la retina, pero hasta ahora ha sido demasiado lento y no siempre seguro. Existe la posibilidad de que

apple también adoptará una versión de Touch ID para la subpantalla. Sin embargo, es poco probable que la empresa abandone por completo el Face ID en un futuro próximo: es probable que utilice dos sistemas a la vez, como hacen los competidores.