指紋識(shí)別技術(shù)在IOS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用研究

黃瀏展

摘要：蘋果自iphone5S推出了指紋識(shí)別實(shí)現(xiàn)指紋解鎖功能，隨后在IOS8開(kāi)放了touch ID接口。本文對(duì)iPhone的指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)在IOS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別；IOS；App；登錄

引文

指紋是每個(gè)人所具有的生理特征，并且每個(gè)人的指紋都是獨(dú)一無(wú)二的，每個(gè)人的指紋在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，它也不會(huì)隨著年齡的變化而發(fā)生變化。正因?yàn)橹讣y所具備的獨(dú)特的特征，被廣泛用作個(gè)人的身份識(shí)別。

指紋識(shí)別技術(shù)是利用人類指紋的唯一性，通過(guò)對(duì)指紋圖案的采樣、特征信息提取并與庫(kù)存樣本相比較的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別的技術(shù)。與帳號(hào)加密碼、充值IC卡等傳統(tǒng)的身份識(shí)別手段相比，指紋識(shí)別技術(shù)具有不會(huì)丟失、不會(huì)遺忘、唯一性、不變性、防偽性能好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用在偵訊、門禁、電腦、手機(jī)、考勤、支付等領(lǐng)域。

隨著智能手機(jī)的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們?nèi)粘９ぷ魃钪性絹?lái)越多的事務(wù)通過(guò)手機(jī)來(lái)完成。越來(lái)越多的應(yīng)用要求用戶通過(guò)輸入密碼來(lái)登錄，密碼難以記憶，輸入起來(lái)麻煩，使用起來(lái)極為不便。如果能利用指紋識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種APP的登陸將極大的方便用戶，為用戶提供更好的體驗(yàn)。本文將介紹IOS開(kāi)發(fā)中，如果使用蘋果touch ID實(shí)現(xiàn)指紋登陸。

2蘋果指紋識(shí)別技術(shù)介紹

2.1蘋果指紋識(shí)別技術(shù)原理

2013年蘋果公司在iphone5S上首次使用指紋識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)手機(jī)的解鎖。在手機(jī)的Home鍵內(nèi)植入指紋識(shí)別芯片，利用射頻傳感器直接讀取真皮層的指紋，生成精準(zhǔn)的指紋圖像。通常得到的指紋圖像是灰度圖。為了提取指紋特征，首先將灰度圖轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能處理的二進(jìn)制圖像。Touch ID芯片會(huì)根據(jù)3種基本指紋類型（弧形紋、箕形紋或斗形紋）將指紋分類，提取指紋紋路中的特征點(diǎn)，包括紋路的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分叉點(diǎn)和毛孔的位置等。然后將該手指的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)加密之后保存為數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過(guò)指紋識(shí)別進(jìn)行身份驗(yàn)證的過(guò)程就是再次執(zhí)行以上過(guò)程，然后將獲得的指紋與已經(jīng)注冊(cè)的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果匹配則指紋解鎖成功。

從以上描述可以看出蘋果的指紋識(shí)別技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一、基于第三代生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)（射頻原理真皮指紋核心技術(shù)（線型采集器）），通過(guò)傳感器發(fā)射出微量射頻信號(hào)，穿透手指的表皮層去控測(cè)里層的紋路，以便獲得較精準(zhǔn)的指紋圖像。而且獲取的是真皮層的指紋特征，防偽指紋能力增強(qiáng)。第二、保存的并非指紋本身，而是指紋的特征數(shù)據(jù)，并且經(jīng)過(guò)加密處理。第三、指紋數(shù)據(jù)保存在本地，而非云端，并且目前是不可以獲取指紋數(shù)據(jù)的。以上三點(diǎn)從一定程度上保證了指紋識(shí)別的安全性。

2.2TouchID在APP開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

2.2.1指紋識(shí)別的應(yīng)用

Iphone5s添加指紋識(shí)別后，僅僅將指紋識(shí)別用于手機(jī)的解鎖。iOS8發(fā)布以后，在其SDK開(kāi)放了TouchID的接口。該接口提供的函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，判斷當(dāng)前設(shè)備是否支持指紋識(shí)別功能和指紋驗(yàn)證。前面已經(jīng)介紹，蘋果指紋識(shí)別并不會(huì)保存指紋到云端，也不提供獲取指紋的功能，因此其指紋識(shí)別僅針對(duì)當(dāng)前使用設(shè)備，并且不能存儲(chǔ)指紋，只能對(duì)當(dāng)前設(shè)備的指紋識(shí)別進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)蘋果官方的介紹Touch ID目前主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：用于Key Chain加密和用于授權(quán)。

根據(jù)蘋果指紋識(shí)別的原理，目前指紋識(shí)別技術(shù)在IOS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用主要是指紋識(shí)別登錄App。App登錄后，一段時(shí)間不用或者其它原因使其進(jìn)人后臺(tái)運(yùn)行，當(dāng)用戶重新將APP喚醒至前臺(tái)時(shí)，一般要求輸人密碼，這個(gè)時(shí)候可以利用指紋識(shí)別來(lái)代替密碼輸入，為用戶提供便利，省去輸入密碼的繁瑣，也減少密碼被盜的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 Touch ID接口介紹

IOS8以后，蘋果對(duì)開(kāi)發(fā)者開(kāi)放了Touch ID接口，可以通過(guò)Touch ID進(jìn)行身份認(rèn)證，下面接口簡(jiǎn)單介紹。

Touch ID用于身份認(rèn)證的所有的接口都在LocalAuthentication框架中，該框架包含了三個(gè)頭文件：LAContext.h，LAError.h，LAPublicDefines.h。LAContext.h用來(lái)評(píng)估認(rèn)證策略，允許應(yīng)用程序要求用戶使用個(gè)人信息，如注冊(cè)信息或Touch ID的個(gè)人信息來(lái)驗(yàn)證自己的身份。LAError.h中定義了一些錯(cuò)誤信息代碼。實(shí)際用到的函數(shù)有兩個(gè)，如下所示。

上述兩個(gè)函數(shù)都是LAContext的成員函數(shù)。目前LAPolicy有兩個(gè)值：LAPolicyDeviceOwnerAuthe-nticationWithBiometrics和LAPolicyDeviceOwnerA-uthentication。第一個(gè)值表示設(shè)備必須使用touch ID認(rèn)證識(shí)別，如果設(shè)備不支持或者沒(méi)有設(shè)置指紋，則不能通過(guò)認(rèn)證；第二個(gè)值表示設(shè)備可以通過(guò)touchID和密碼來(lái)認(rèn)證識(shí)別，當(dāng)不能使用指紋識(shí)別時(shí)則使用密碼。

如果canEvaluatePolicy函數(shù)返回值為YES，表示設(shè)備支持指紋識(shí)別，那么可以調(diào)用evaluatePolicy：函數(shù)進(jìn)行指紋識(shí)別了。調(diào)用evaluatePolicy函數(shù)后會(huì)彈出一個(gè)alert。該alert可定制的只有兩處：loca-lizedReason參數(shù)指定提示框的提示信息，用來(lái)向用戶說(shuō)明使用Touch ID的目的；LAContext的locali-zedFallbackTitle屬性用來(lái)設(shè)置密碼輸入框的形式，如果不設(shè)置的話，默認(rèn)提示是“Enter Password”。如果該屬性設(shè)置為空，該按鈕會(huì)被隱藏。

彈出Alert后有三種方式退出驗(yàn)證（alert會(huì)被dismiss，reply回調(diào)會(huì)被調(diào)用）：用戶指紋通過(guò)驗(yàn)證；用戶點(diǎn)擊“Enter Password”按鈕，通過(guò)輸入密碼驗(yàn)證；用戶點(diǎn)擊“Cancel”按鈕，取消指紋驗(yàn)證。

在指紋驗(yàn)證過(guò)程中，如果用戶輸入了錯(cuò)誤的指紋，這種情況下，提示框控件不會(huì)被dismiss，其標(biāo)題會(huì)由項(xiàng)目名稱變?yōu)闉椤癟ry Again”，并有彈簧狀的動(dòng)畫效果過(guò)渡。如果連續(xù)三次驗(yàn)證錯(cuò)誤，則取消指紋驗(yàn)證。

3指紋識(shí)別的應(yīng)用實(shí)踐

前面已經(jīng)提到目前指紋識(shí)別在ios開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用主要是指紋識(shí)別登錄APP，下面將就其如何實(shí)現(xiàn)提出一種思路并詳細(xì)進(jìn)行闡述。

3.1指紋驗(yàn)證綜述

在使用各種APP的時(shí)候，用戶一方面希望能保證安全，避免信息被盜，保護(hù)自己的隱私，另一方面又希望用起來(lái)方便。有些APP每天被反復(fù)登錄使用，但用戶又不想反復(fù)的去輸入密碼，同時(shí)還要保證別人不能隨意看到自己的信息。這個(gè)時(shí)候就可以使用指紋驗(yàn)證功能來(lái)達(dá)到該目的。目前有越來(lái)越多的應(yīng)用使用了指紋驗(yàn)證功能來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用從后臺(tái)到前臺(tái)的用戶驗(yàn)證，如qq，支付寶等。

要實(shí)現(xiàn)指紋驗(yàn)證功能，主要分兩個(gè)步驟，第一步驗(yàn)證并開(kāi)啟設(shè)備的指紋識(shí)別功能；第二步從后臺(tái)到前臺(tái)的指紋驗(yàn)證。

3.2驗(yàn)證并開(kāi)啟設(shè)備的指紋識(shí)別功能

3.2.1實(shí)現(xiàn)邏輯

在APP開(kāi)發(fā)中實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟指紋驗(yàn)證功能，只是一種模擬效果，因?yàn)檎嬲_(kāi)啟該功能只能在設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)置中。如圖1所示，可以利用UISwitch控件模擬一種開(kāi)啟指紋解鎖的效果，當(dāng)點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，彈出如圖所示的指紋驗(yàn)證窗口，通過(guò)觸摸Home鍵通過(guò)指紋驗(yàn)證，表示APP支持指紋識(shí)別。保存開(kāi)關(guān)控件的狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置一個(gè)Bool變量來(lái)保存是否支持指紋識(shí)別的狀態(tài)。如果switch處于開(kāi)的狀態(tài)，則將這兩個(gè)Bool變量都保存為YES，否則都為NO，表示不支持指紋識(shí)別，同時(shí)Switch處于關(guān)閉狀態(tài)。這個(gè)設(shè)置，一般在用戶登錄APP后，在APP的安全設(shè)置中。

3.2.2關(guān)鍵代碼

touch ID接口主要提供了兩個(gè)函數(shù)用于指紋識(shí)別，在開(kāi)啟指紋識(shí)別時(shí)（點(diǎn)擊switch開(kāi)關(guān)），會(huì)調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。首先要判斷設(shè)備是否支持指紋識(shí)別功能，下面列出主要代碼。

上述代碼中，如果驗(yàn)證成功，一般通過(guò)主線程來(lái)處理相關(guān)操作。如果驗(yàn)證失敗，則根據(jù)LAError.h文件中的錯(cuò)誤代碼來(lái)做相應(yīng)的處理，如LAErro-rAuthenticationFailed表示因?yàn)橛脩籼峁┝隋e(cuò)誤的指紋沒(méi)有驗(yàn)證成功。

3.3指紋驗(yàn)證

APP從后臺(tái)進(jìn)入前臺(tái)，必須通過(guò)指紋驗(yàn)證才能重新進(jìn)人，這樣可以確保應(yīng)用在使用后沒(méi)有即時(shí)退出造成的風(fēng)險(xiǎn)。要達(dá)到這個(gè)目的，有兩個(gè)前提條件。第一是當(dāng)前APP是開(kāi)啟了指紋識(shí)別；第二是APP已經(jīng)登錄了，并處于有效使用時(shí)間內(nèi)。如果開(kāi)啟了指紋識(shí)別，同時(shí)APP處于登錄有效時(shí)間內(nèi)，那么APP從后臺(tái)進(jìn)入前臺(tái)時(shí)，則進(jìn)入如圖3所示界面，通過(guò)指紋識(shí)別來(lái)重新進(jìn)入APP。在圖3界面點(diǎn)擊指紋圖標(biāo)，進(jìn)入圖4所示界面，然后通過(guò)指紋識(shí)別解鎖。指紋識(shí)別解鎖過(guò)程和前述的開(kāi)啟指紋識(shí)別過(guò)程類似。也是分為兩步，第一步，設(shè)備是否支持指紋識(shí)別；第二步，如果支持指紋則通過(guò)指紋驗(yàn)證。代碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程也基本相同，不同的是本次指紋驗(yàn)證成功后進(jìn)人APP進(jìn)入后臺(tái)前的相應(yīng)界面。

需要進(jìn)一步說(shuō)明的是APP如何來(lái)判斷是否已經(jīng)登錄，并處于有效使用時(shí)間內(nèi)。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)token機(jī)制來(lái)處理。token值稱為登錄令牌，用來(lái)判斷當(dāng)前用戶的登錄狀態(tài)，是服務(wù)器根據(jù)用戶的信息（賬號(hào)/密碼/身份認(rèn)證機(jī)制等）來(lái)生成的用于標(biāo)識(shí)用戶身份的值。當(dāng)用戶首次登錄成功之后，服務(wù)器端就會(huì)生成一個(gè)token值，并將其保存在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將token值返回給客戶端。客戶端可以將其保存在沙盒中，作為一個(gè)公共參數(shù)。客戶端再次發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求（不一定是登錄請(qǐng)求）時(shí)，就會(huì)將這個(gè)token值附帶到參數(shù)中發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器接收到客戶端的請(qǐng)求之后，會(huì)取出token值與保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的token值做對(duì)比，如果兩個(gè)token值相同則說(shuō)明用戶登錄過(guò)并且當(dāng)前用戶處于登錄狀態(tài)。如果沒(méi)有這個(gè)token值，表示沒(méi)有登錄成功。如果客戶端的token值和數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的不一致，這說(shuō)明原來(lái)的登錄信息已失效，也就是用戶的token值已超出有效時(shí)間。token不僅有有效時(shí)間，而且只要調(diào)用登錄接口并且登錄成功，都會(huì)在服務(wù)器生成新的token值，原來(lái)的token值就會(huì)失效。

4指紋識(shí)別驗(yàn)證方法改進(jìn)

前面提到的指紋驗(yàn)證過(guò)程是APP登錄后，通過(guò)token判斷APP是否在有效使用時(shí)間內(nèi)，為其加的指紋鎖，實(shí)際上APP已經(jīng)登錄，所以并非真正通過(guò)指紋驗(yàn)證來(lái)登錄。也可以將指紋識(shí)別集成在APP中，實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別登錄APP功能。下面將介紹在APP中如何集成指紋識(shí)別實(shí)現(xiàn)指紋登錄。

4.1設(shè)計(jì)思路

iPhone指紋的存儲(chǔ)和驗(yàn)證都是通過(guò)Home鍵來(lái)完成的，APP開(kāi)發(fā)者并不能獲取用戶的指紋和識(shí)別用戶的指紋。因此實(shí)現(xiàn)指紋登錄實(shí)際上還是針對(duì)特定設(shè)備，也就是在用帳號(hào)密碼登錄APP時(shí)，先要將其與設(shè)備綁定。不管是開(kāi)啟指紋識(shí)別還是指紋登錄都是針對(duì)當(dāng)前使用設(shè)備，在設(shè)計(jì)中考慮和設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4.1.1開(kāi)啟指紋識(shí)別

開(kāi)啟指紋識(shí)別的設(shè)計(jì)思路和前述方法一致，將switch開(kāi)關(guān)前的標(biāo)簽改成開(kāi)啟指紋登錄。然后在指紋識(shí)別驗(yàn)證通過(guò)后，將APP登錄帳號(hào)密碼和設(shè)備關(guān)聯(lián)綁定，過(guò)程如下。TouchID驗(yàn)證通過(guò)后，根據(jù)當(dāng)前已登錄的賬號(hào)和硬件設(shè)備Token，生成設(shè)備賬號(hào)和密碼。設(shè)備的帳號(hào)和密碼生成規(guī)則可以通過(guò)不同方式，因用戶不需要直接使用此處密碼，密碼可以盡可能的長(zhǎng)和復(fù)雜。將設(shè)備帳號(hào)密碼保存在keych-ain，以便進(jìn)行指紋登錄時(shí)讀取。

設(shè)備帳號(hào)和密碼只是用于指紋登錄時(shí)讀取，與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用戶不會(huì)直接接觸和使用該賬戶密碼，所以可以設(shè)置復(fù)雜的規(guī)則。比如說(shuō)賬號(hào)可以用硬件token或者原賬號(hào)加密處理后的字符串，密碼用APP密碼進(jìn)行md5加密再和設(shè)備token進(jìn)行某種運(yùn)算等。

生成設(shè)備賬號(hào)、密碼后，將原賬號(hào)及設(shè)備賬號(hào)、密碼，加密后發(fā)送到服務(wù)端進(jìn)行綁定。最后服務(wù)器端驗(yàn)證原賬號(hào)及設(shè)備賬號(hào)有效后，返回相應(yīng)狀態(tài)，綁定成功則完成整個(gè)TouchID（設(shè)備）綁定流程，APP開(kāi)始指紋識(shí)別成功。

4.1.2指紋登錄

APP開(kāi)啟了指紋識(shí)別登錄后，當(dāng)用戶賬號(hào)退出后，可以使用指紋登錄。在登錄按鈕下面會(huì)添加一個(gè)“指紋登錄”按鈕（如圖5所示）。若當(dāng)前設(shè)備未綁定，則不會(huì)出現(xiàn)“指紋登錄”按鈕。

單擊登錄界面的“指紋登錄”按鈕，調(diào)用TouchId接口檢測(cè)當(dāng)前設(shè)備是否支持TouchID，如果支持則發(fā)起TouchID驗(yàn)證（如圖6所示）。指紋驗(yàn)證通過(guò)，說(shuō)明是機(jī)主本人。讀取APP存儲(chǔ)在keychain中的設(shè)備賬號(hào)、密碼，調(diào)用設(shè)備登錄接口，發(fā)起登錄請(qǐng)求。服務(wù)器端驗(yàn)證設(shè)備賬號(hào)、密碼后，返回相應(yīng)狀態(tài)，通過(guò)驗(yàn)證則登錄成功，完成整個(gè)TouchID登錄流程。

4.2 keychain保存用戶名、密碼

指紋登錄其實(shí)最終還是通過(guò)賬號(hào)和密碼登錄來(lái)實(shí)現(xiàn)，指紋通過(guò)驗(yàn)證后，APP在后臺(tái)調(diào)用登錄接口，自動(dòng)獲取keychain保存的賬號(hào)密碼登錄。下面將介紹keychain保存和獲取賬號(hào)和密碼的方法。

keychain是IOS為開(kāi)發(fā)者提供的一種安全的保存私密信息（密碼，序列號(hào)，證書等）的方式，每個(gè)IOS程序都有一個(gè)獨(dú)立的keychain存儲(chǔ)。keychain是通過(guò)加密存儲(chǔ)的，相對(duì)于NSUserDefaults、文件保存等方式，keychain保存更為安全。因此使用keychain來(lái)保存登錄賬號(hào)密碼是一種較好的方式。

在應(yīng)用里要使用keyChain，首先需要導(dǎo)人Security.framework，keychain的操作接口聲明在頭文件SecItem.h里。可以直接使用SecItem.h里方法操作keychain，也可以使用apple官方的兩個(gè)工具類：KeychainltemWrapper和SFHFKeychainUtils。下面將列出使用KeychainltemWrapper類實(shí)現(xiàn)的主要代碼。

5結(jié)束語(yǔ)

雖然touch ID只提供了指紋驗(yàn)證，不能獲取指紋和利用指紋數(shù)據(jù)，但只要很好的利用其接口，將指紋識(shí)別技術(shù)集成到APP中，就可以實(shí)現(xiàn)類似于APP指紋登錄的效果。包括指紋支付，也可以采用類似的設(shè)計(jì)加以實(shí)現(xiàn)。這可以給用戶帶來(lái)便利，讓用戶有更好的體驗(yàn)。