Los escáneres de huellas dactilares ya no están reservados solo para los teléfonos inteligentes de primer nivel. Incluso muchos teléfonos económicos lucen la tecnología en estos días. La tecnología también ha avanzado mucho desde sus primeras iteraciones, volviéndose más rápida y precisa en la captura de su huella digital. Con todo eso en mente, echemos un vistazo a cómo funcionan los últimos escáneres de huellas dactilares y cuáles son las diferencias.

Escáneres ópticos

Los escáneres ópticos de huellas dactilares son el método más antiguo para capturar y comparar huellas dactilares. Como sugiere el nombre, esta técnica se basa en capturar una imagen óptica , esencialmente una fotografía. Luego, utiliza algoritmos para detectar patrones únicos en la superficie, como crestas o marcas, analizando las áreas más claras y más oscuras de la imagen.

Al igual que las cámaras de los teléfonos inteligentes, estos sensores tienen una resolución finita. Cuanto mayor sea la resolución, más finos detalles podrá discernir el sensor sobre su dedo, aumentando el nivel de seguridad. Sin embargo, estos sensores capturan imágenes de mucho más contraste que una cámara normal. Los escáneres ópticos suelen tener una gran cantidad de diodos por pulgada para capturar estos detalles de cerca. Por supuesto, está muy oscuro cuando coloca el dedo sobre el escáner. Los escáneres, por lo tanto, incorporan matrices de LED como flash para iluminar la imagen cuando llega el momento del escaneo. Sin embargo, un diseño de este tipo es un poco voluminoso para un teléfono inteligente, donde los factores de forma delgados son importantes.

El mayor inconveniente de los escáneres ópticos es que no son difíciles de engañar. Como la tecnología solo captura una imagen en 2D, se pueden usar prótesis e incluso imágenes de buena calidad para engañar a este diseño en particular. Este tipo de escáner realmente no es lo suficientemente seguro como para confiarle sus detalles más sensibles, por lo que la industria ha pasado a tecnologías mejoradas.

Al igual que en los primeros días de la pantalla táctil resistiva, no encontrará escáneres ópticos puros utilizados en nada más que en las piezas de hardware más rentables en estos días. Con una creciente demanda de seguridad más estricta, los teléfonos inteligentes han adoptado unánimemente escáneres híbridos capacitivos y ópticos-capacitivos superiores. La caída del costo de la tecnología ha hecho que estas alternativas sean viables también para productos de gama media.

Sin embargo, con el movimiento hacia pantallas sin bisel, los módulos ópticos más pequeños pueden regresar. Se pueden incrustar debajo del cristal de la pantalla y solo requieren una pequeña superficie. Synaptics, que desarrolla una gama de escáneres para teléfonos inteligentes y otros productos, dio a conocer su sensor óptico de huellas dactilares Natural ID FS9100 con esto en mente. Este módulo puede funcionar con éxito bajo 1 mm de vidrio y con los dedos mojados , algo que se complica con las alternativas capacitivas. Así que no descarte los escáneres ópticos por completo.

Escáneres capacitivos

Uno de los tipos de escáneres de huellas dactilares más comunes que se utilizan en la actualidad es el escáner capacitivo. Encontrará este tipo de escáner en la parte frontal y posterior de los teléfonos inteligentes e incluso se usará como parte de las variantes en pantalla de vanguardia. Los escáneres capacitivos cobraron importancia debido a sus beneficios de seguridad adicionales. Una vez más, el nombre revela el componente central : el condensador.

En lugar de crear una imagen tradicional de una huella dactilar, los escáneres capacitivos de huellas dactilares utilizan matrices de pequeños circuitos de condensadores para recopilar datos. Como los condensadores pueden almacenar carga eléctrica, conectarlos a placas conductoras en la superficie del escáner permite que se utilicen para rastrear los detalles de una huella digital. La carga almacenada cambiará levemente cuando se coloque la cresta de un dedo sobre las placas conductoras. Por el contrario, un espacio de aire dejará la carga en el condensador relativamente sin cambios. Se utiliza un circuito integrador de amplificador operacional para rastrear estos cambios, que luego pueden ser registrados por un convertidor de analógico a digital.

La teoría y la arquitectura detrás de un chip de escaneo capacitivo de huellas dactilares.

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Una vez capturados, estos datos digitales se pueden analizar para buscar atributos de huellas digitales distintivos y únicos. Luego se pueden guardar para compararlos en una fecha posterior. Lo que es particularmente inteligente de este diseño es que es mucho más difícil de engañar que un escáner óptico. Los resultados no se pueden replicar con una imagen. Además, son increíblemente difíciles de engañar con algún tipo de prótesis, ya que diferentes materiales registrarán cambios ligeramente diferentes en la carga del condensador. Los únicos riesgos de seguridad reales provienen de la piratería de hardware o software.

La creación de una matriz lo suficientemente grande de estos condensadores, normalmente cientos, si no miles, en un solo escáner, permite crear una imagen muy detallada de las crestas y valles de una huella digital a partir de señales eléctricas. Al igual que el escáner óptico, más condensadores dan como resultado un escáner de mayor resolución. Esto aumenta el nivel de seguridad, hasta cierto punto. Sin embargo, producir una alta densidad cuesta mucho más.

Debido al mayor número de componentes en el circuito de detección, los escáneres capacitivos anteriormente eran bastante caros. Algunas implementaciones tempranas intentaron reducir la cantidad de capacitores necesarios mediante el uso de escáneres de “deslizamiento”. Recopilarían datos de un número menor de componentes de condensadores actualizando rápidamente los resultados cuando se pasa un dedo sobre el sensor. Como muchos consumidores se quejaron en ese momento, este método era muy delicado y, a menudo, requería varios intentos para escanear el resultado correctamente. Afortunadamente, en estos días, el diseño simple de presionar y mantener presionado es la configuración predeterminada.

Sin embargo, puede hacer algo más que leer huellas digitales con estos escáneres. Los modelos más nuevos también tienen funciones de gestos y deslizamientos. Estos se pueden usar como soporte de botones programables para actuar como teclas de navegación, capacidades de detección de fuerza o como una forma de interactuar con otros elementos de la interfaz de usuario. Varios teléfonos inteligentes de gama alta admitían una variedad más amplia de funciones de deslizamiento y navegación mediante sus escáneres de huellas digitales. Es probable que esta tecnología continúe goteando hacia puntos de precios más bajos. Sin embargo, los teléfonos inteligentes de nivel premium ya se han pasado a nuestro tercer tipo de escáner : ultrasónico.

Escáneres ultrasónicos

La última tecnología de escaneo de huellas dactilares para ingresar al espacio del teléfono inteligente es el sensor ultrasónico. Se anunció por primera vez dentro del teléfono inteligente Le Max Pro de 2016. Qualcomm y su tecnología Sense ID son una parte importante del diseño. De hecho, Qualcomm se encuentra ahora en su segunda generación de tecnología de escaneo ultrasónico de huellas dactilares (técnicamente su tercer producto). Promete un área de lectura más grande y velocidades de procesamiento más rápidas.

Para capturar realmente los detalles de una huella digital, el hardware consta de un transmisor ultrasónico y un receptor. Se transmite un pulso ultrasónico contra el dedo que se coloca sobre el escáner. Parte de este pulso se absorbe y parte se devuelve al sensor, dependiendo de las crestas, los poros y otros detalles que son exclusivos de cada huella digital.

No hay un micrófono que escuche estas señales de retorno. En cambio, se utiliza un sensor que puede detectar la tensión mecánica para calcular la intensidad del pulso ultrasónico de retorno en diferentes puntos del escáner. El escaneo durante períodos de tiempo más largos permite capturar datos de profundidad adicionales. Esto da como resultado una reproducción 3D muy detallada de la huella digital escaneada. La naturaleza 3D de esta técnica de captura la convierte en una alternativa aún más segura a los escáneres capacitivos.

El sensor ultrasónico de huellas dactilares en pantalla Qualcomm 3D se adoptó posteriormente dentro de las series insignia de Samsung Galaxy S10, Note 10 y Note 20. Si bien la compañía no ha nombrado a ningún cliente para su escáner de segunda generación, esperamos que también alimente el sensor en pantalla del Samsung Galaxy S21.

El inconveniente del ultrasonido es que aún no es tan ágil como otros escáneres. Esto se debe en parte a las razones mencionadas anteriormente. Sin embargo, Qualcomm está abordando esto con su tecnología de segunda generación. La tecnología ultrasónica tampoco funciona bien con algunos protectores de pantalla, particularmente los más gruesos. Pueden limitar la capacidad del escáner para leer correctamente las huellas dactilares. En el lado positivo, los biseles son más delgados que nunca debido a que pueden ocultar el escáner debajo de la pantalla.

Un comentario sobre los escáneres en pantalla

Los escáneres ultrasónicos de huellas dactilares no son la única opción si desea ocultar el sensor en la pantalla. También se están utilizando escáneres de huellas dactilares óptico-capacitivos para este propósito. Actualmente, la industria está dividida entre estos dos. Sin embargo, rara vez encontrará escáneres ultrasónicos en el extremo más asequible del mercado.

Los escáneres capacitivos ópticos solucionan algunos problemas de seguridad anteriores con diseños ópticos. Combinan los requisitos de “toque real” de los escáneres capacitivos con la velocidad y la eficiencia energética de los diseños ópticos. Esta tecnología se integra insertando un sensor debajo de la pantalla. Detecta la luz reflejada por una huella dactilar a través de los huecos en la pantalla OLED. Esto requiere algo de trabajo para integrarse con la pantalla, pero funciona bastante bien.

Encontrará varias tecnologías ópticas de huellas dactilares en pantalla en teléfonos asequibles y de nivel premium, que van desde el Galaxy A50 de Samsung hasta el Huawei P40 Pro.

El Samsung Galaxy S21 cuenta con un escáner ultrasónico, mientras que el P40 Pro de Huawei usa un OLED óptico.

Los escáneres ultrasónicos, en comparación, son un poco más fáciles de implementar y ajustar su ubicación para adaptarse a cualquier teléfono. El pequeño sensor de 0,2 mm de grosor se encuentra detrás de la pantalla, pasando sus ondas ultrasónicas a través de la pantalla hasta la punta del dedo. Si bien esto es excelente para el desarrollo, ha dado lugar a algunos problemas de seguridad propios. Samsung tuvo que emitir parches en sus teléfonos inteligentes insignia para abordar problemas que permitían que casi cualquier huella dactilar desbloqueara los teléfonos cuando se usaba un protector de pantalla.

Ambas tecnologías tienen sus pros y sus contras y probablemente seguirán siendo opciones viables para los escáneres de huellas dactilares en pantalla durante los próximos años. Sin embargo, los escáneres ultrasónicos pueden tardar un poco más en llegar a puntos de precio más asequibles.

Algoritmos y criptografía

Si bien la mayoría de los escáneres de huellas dactilares se basan en principios de hardware muy similares, los componentes y el software adicionales también pueden desempeñar un papel importante para diferenciar el rendimiento de los productos y las funciones disponibles para los consumidores.

Acompañando al escáner físico hay un IC dedicado. Interpreta los datos escaneados y los transmite de forma útil al procesador principal de su teléfono inteligente. Los diferentes fabricantes utilizan algoritmos ligeramente diferentes para identificar las características clave de las huellas dactilares, que pueden variar en velocidad y precisión.

Por lo general, estos algoritmos buscan dónde terminan las crestas y las líneas, o dónde una cresta se divide en dos. En conjunto, estas y otras características distintivas se denominan minucias. Si una huella digital escaneada coincide con varias de estas minucias, se considerará una coincidencia. En lugar de comparar la huella dactilar completa cada vez, comparar minucias reduce la cantidad de potencia de procesamiento necesaria para identificar cada huella dactilar. Además, ayuda a evitar errores si la huella digital escaneada está manchada. También permite que el dedo se coloque fuera del centro o se identifique con solo una huella parcial.

Por supuesto, esta información debe mantenerse segura en su dispositivo y guardarse lejos del código que podría comprometerla. En lugar de cargar estos datos de usuario en línea, los procesadores ARM pueden mantener esta información de forma segura en el chip físico utilizando su tecnología TrustZone basada en Trusted Execution Environment (TEE). Esta área segura también se utiliza para otros procesos criptográficos y para comunicarse directamente con plataformas de hardware seguras, como un escáner de huellas digitales. Solo se puede acceder a las partes aprobadas de la información personal, como una clave de contraseña, mediante aplicaciones que utilicen las API del cliente TEE.

La visión de Qualcomm sobre esto está integrada en su arquitectura Secure MSM y Secure Processing Unit (SPU). Apple, por otro lado, habla de esto como el “Enclave seguro”. De cualquier manera, se basa en el mismo principio de mantener estos datos seguros en una parte separada del procesador. Allí, las aplicaciones que operan en el entorno del sistema operativo normal no pueden acceder a él.

La Alianza FIDO (Fast IDentity Online) ha desarrollado fuertes protocolos criptográficos que utilizan estas zonas de hardware protegidas para permitir la autenticación sin contraseñas entre el hardware y los servicios. Por lo tanto, puede iniciar sesión en un sitio web o tienda en línea con su huella digital sin que sus datos únicos salgan de su teléfono inteligente. Esto se logra pasando claves digitales en lugar de datos biométricos a los servidores.

Los lectores de huellas digitales se han convertido en una alternativa muy segura para recordar innumerables nombres de usuario, pines y contraseñas almacenados en nuestros teléfonos. Su creciente velocidad, alto nivel de seguridad y diseños ocultos en la pantalla garantizan que se mantendrán a pesar de la creciente adopción de la costosa tecnología de desbloqueo facial. El despliegue generalizado de sistemas de pago móviles seguros significa que estos escáneres seguramente seguirán siendo una herramienta de seguridad crucial en el futuro.