硅膠指紋膜解鎖智能手機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試

左琦　謝藝博

【摘 要】本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試硅膠制成的指紋膜是否可以完成手機(jī)指紋系統(tǒng)解鎖，并分析電容硅膠制成的指紋膜解鎖不同手機(jī)指紋系統(tǒng)的效果，對(duì)于指紋解鎖技術(shù)的系統(tǒng)升級(jí)和防范此類案件發(fā)生有一定意義。

【關(guān)鍵詞】硅膠；電容硅膠；指紋膜；解鎖；智能手機(jī)

中圖分類號(hào)： D918.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0236-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.097

Experimental Test of Unlocking Smart Phone with Silica Fingerprint Film

ZUO Qi XIE Yi-bo

（Henan Police college，Zhengzhou Henan 450046，China）

【Abstract】the paper is to test whether Silica fingerprint film can unlock smart phone through experiment and analyze the unlocking effect of fingerprint film made by capacitor silica to different mobile fingerprint systems， the upgrading of fingerprint unlocking technology system plays a degree of meaning in preventing the incidence of such kind of cases.

【Key words】Silica； Capacitor silica； Fingerprint film； Unlocking； Smart phone

指紋與生俱來(lái)，具有人各不同的特定性和終身基本不變的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。利用指紋解鎖手機(jī)安全、方便、快捷，成為智能手機(jī)標(biāo)配。然而利用指紋膜解鎖手機(jī)的新聞時(shí)有發(fā)生，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試兩種硅膠材料制成的指紋膜解鎖手機(jī)的效果，以期提升手機(jī)指紋解鎖技術(shù)，防范此類案件的發(fā)生。

1 實(shí)驗(yàn)原理

手機(jī)指紋解鎖過(guò)程就是對(duì)指紋特征的識(shí)別和認(rèn)證過(guò)程，即通過(guò)數(shù)字化算法在指紋圖像上找到并比對(duì)指紋的特征。指紋解鎖過(guò)程，主要包括指紋圖像的采集、圖像的預(yù)處理、特征提取和圖像匹配等四個(gè)過(guò)程[1]。指紋傳感器采集指紋是手機(jī)解鎖的第一步，也是關(guān)鍵的一步。常見的傳感器方式有光學(xué)式、電容式、超聲波式3種。手機(jī)體積小，傳感器要求輕薄、小巧、耐用，電容式傳感器具備這些特點(diǎn)，成為當(dāng)前手機(jī)廠商普遍采用的指紋解鎖技術(shù)。本文實(shí)驗(yàn)所用的5部手機(jī)均采用電容式指紋傳感器。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 器材與試劑

5種手機(jī)：蘋果7 PLUS、蘋果6s、小米6、華為榮耀7X、三星SM-T705C、硅膠、固化液、電容材料、電容液、透明模型膠、注射器、攪拌盒、成品盒、一次性手套等。

2.2 樣本制作

2.2.1 指紋模型制作

將透明模型膠加熱2-3分鐘，待軟化后，將手指第一指節(jié)垂直勻速印壓在模型膠上（圖1），停留30-60秒，捺印1-2毫米左右的立體指紋凹槽，等待模型膠硬化冷卻，將手指垂直離開，制作完成一枚立體指紋模型[2]（圖2）。整個(gè)操作過(guò)程中手指不能左右擺動(dòng)或前后挪動(dòng)，用此方法制作10枚指紋模型，其中拇指、食指各5枚。

2.2.2 硅膠指紋膜的制作

使用無(wú)菌注射器抽取1毫升硅膠，推入攪拌盒當(dāng)中；將固化液搖晃均勻后，滴入1滴或者2滴至攪拌盒當(dāng)中，用攪拌棒將硅膠及固化液攪拌均勻。將攪拌均勻的特制硅膠液倒入立體指紋模型內(nèi)，依靠硅膠的自身張力填滿凹處。等待2-3小時(shí)，待硅膠完全固化后，由指紋模型下方慢慢揭起。用此方法制作10枚硅膠指紋模，拇指、食指各5枚。這時(shí)制作好的指紋膜與手指上的乳突線、小犁溝形象反映一致（圖3）。

2.2.3 電容硅膠指紋膜的制作

使用一次性塑料手套，取定量的電容材料，在手指間團(tuán)成圓球狀。取出電容液，輕輕震蕩，將電容液滴入電容材料中，1-2滴即可。快速將電容材料與電容液揉捏混合均勻。將揉捏均勻的電容材料，從下往上的按壓在指紋模型中，直至電容材料完全覆蓋指紋模型。 等待2小時(shí)左右，將電容材料由指紋下方輕輕揭起。用此方法制作10枚電容硅膠指紋模，拇指、食指各5枚。這時(shí)制作好的指紋膜與手指上的乳突線、小犁溝形象反映一致（圖4）。

電容材料的取量約為花生粒大小即可，揉捏時(shí)要保證將電容材料與電容液混合均勻，否則會(huì)直接影響電容材料的固化，并使制成的電容指紋膜無(wú)法使用或使用時(shí)間過(guò)短。

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）本校男生4人，女生1人，根據(jù)每款手機(jī)最多容納指紋的數(shù)量，第一次在三星SM-T705C 手機(jī)中錄入3枚拇指印痕，在其余4款手機(jī)中分別錄入5枚拇指印痕，待與指紋膜匹配后完成刪除。第二次在三星SM-T705C 手機(jī)中錄入3枚食指印痕，在其余4款手機(jī)中分別錄入5枚食指印痕待與指紋膜進(jìn)行匹配。

（2）使用制作完成的10枚拇指、食指硅膠指紋膜，解鎖5部手機(jī)，使用制作完成的10枚拇指、食指電容硅膠指紋膜，解鎖5部手機(jī)，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果

10枚硅膠指紋膜對(duì)5部智能手機(jī)進(jìn)行解鎖實(shí)驗(yàn)，均沒有達(dá)到解鎖手機(jī)系統(tǒng)的效果，解鎖失敗。10枚電容硅橡膠指紋膜對(duì)5部智能手機(jī)解鎖實(shí)驗(yàn)，均成功解開手機(jī)系統(tǒng)，解鎖成功。使用電容硅膠膜解鎖手機(jī)時(shí)有的是一次解開，有的需要多次嘗試才能打開（見表1）。

4 分析與討論

（1）本實(shí)驗(yàn)所用5部智能手機(jī)均采用電容式指紋傳感器，而硅膠本身不具有導(dǎo)電性，通過(guò)硅膠制成的指紋膜也不存在導(dǎo)電反應(yīng)，手機(jī)指紋識(shí)別區(qū)無(wú)法識(shí)別指紋，也就無(wú)法解開智能手機(jī)系統(tǒng)。在日常生活中，光學(xué)傳感器制作的打卡機(jī)和門禁系統(tǒng)，可以根據(jù)光在指紋凹凸面上反射不同來(lái)驗(yàn)證是否是本人，使用硅膠指紋膜可以順利識(shí)別人身。

（2）電容材料自帶導(dǎo)電性，由電容材料制成的指紋膜也具有導(dǎo)電性，這與手機(jī)電容指紋傳感器的性能相吻合。根據(jù)指紋凹凸面上靜電勢(shì)的不同驗(yàn)證是否為本人，可以順利解鎖手機(jī)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，只需要在指紋采集區(qū)輕輕按壓電容指紋膜就可以打開手機(jī)系統(tǒng)。

（3）虛擬鍵程和物理按鍵對(duì)指紋識(shí)別并無(wú)影響。蘋果7 Plus和蘋果6S手機(jī)的指紋采集方式都是按壓式采集，前者是虛擬鍵程，后者為物理鍵程，使用人在把指紋錄入手機(jī)系統(tǒng)時(shí)不會(huì)因?yàn)榘磯焊杏X的改變而影響采集效果，同時(shí)解鎖時(shí)使用指紋膜解鎖手機(jī)系統(tǒng)也沒有產(chǎn)生差異[3]。

三星SM-705C是滑動(dòng)式解鎖，其余4部均是按壓式解鎖。按壓式解鎖方式只需要指紋放置在采集區(qū)便可采集指紋，方便快捷。滑動(dòng)式需由上至下滑動(dòng)經(jīng)過(guò)指紋采集區(qū)，指紋才能被完整收集，在采集過(guò)程較為繁瑣，同時(shí)在用指紋膜識(shí)別解鎖時(shí)容易出現(xiàn)“滑動(dòng)整個(gè)觸控板、請(qǐng)更快的滑動(dòng)、請(qǐng)更慢的滑動(dòng)”等失敗字樣，但最終可以成功解鎖。

（5）手機(jī)指紋識(shí)別區(qū)的金屬環(huán)可以起到導(dǎo)電作用，但有無(wú)金屬環(huán)對(duì)指紋膜解鎖手機(jī)不存在影響。5款手機(jī)中，除小米6手機(jī)是無(wú)孔式指紋識(shí)別外，其余4款手機(jī)在指紋識(shí)別區(qū)均帶有金屬環(huán)。小米6手機(jī)采用前置電容式指紋識(shí)別，傳感器是升級(jí)版產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)中無(wú)法獲知其如何識(shí)別“活體”指紋[4]。

（6）指紋采集完整與否影響指紋解鎖效果。指紋膜解鎖手機(jī)時(shí)會(huì)出現(xiàn)手機(jī)振動(dòng)，屏幕晃動(dòng)等情況，提示“請(qǐng)?jiān)僭囈淮巍钡淖謽樱瑩Q不同的角度進(jìn)（下轉(zhuǎn)第241頁(yè)）（上接第237頁(yè)）行二次嘗試可將手機(jī)解鎖，可能是指紋采集部位不完整等情況造成的。

（7）指紋膜的清晰程度影響指紋解鎖效果。在力度相同的情況下制作指紋膜時(shí)，同一個(gè)人的拇指印痕較食指印痕會(huì)清晰一些，在解鎖手機(jī)系統(tǒng)時(shí)拇指一次解鎖成功率略高于食指。男性手指紋線較女性手指紋線略粗，制作的指紋膜立體感更強(qiáng)，在解鎖手機(jī)系統(tǒng)時(shí)男性手指解鎖成功率略高于女性。

5 結(jié)論

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)表明，指紋膜的材質(zhì)與手機(jī)指紋傳感器是否匹配是決定解鎖成敗的關(guān)鍵因素。硅膠不具有導(dǎo)電性，手機(jī)中的電容式指紋傳感器不能識(shí)別到硅膠指紋膜，就算指紋膜再清晰，也“騙”不了手機(jī)進(jìn)入匹配識(shí)別環(huán)節(jié)。而電容硅膠指紋膜具有導(dǎo)電性，手機(jī)識(shí)別區(qū)的金屬環(huán)檢測(cè)指紋膜為“活體”指紋時(shí)，就進(jìn)行特征比對(duì)識(shí)別，完成手機(jī)解鎖。

制作這兩種指紋膜的方法簡(jiǎn)單、易學(xué)，材料的收集也非常便利，容易通過(guò)手機(jī)引發(fā)財(cái)產(chǎn)丟失等安全隱患。隨著技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)解鎖方式也將進(jìn)一步優(yōu)化，如射頻電容技術(shù)，可以在掃描時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量手指皮膚的特性，只有活體指紋才會(huì)被識(shí)別；超聲波技術(shù)，利用高分辨率超聲波來(lái)掃描指紋。根據(jù)超聲波在指紋的凸起與凹陷的返回時(shí)間，生成指紋的3D模型。第二代超聲波指紋識(shí)別技術(shù)——集成式超聲波指紋傳感器，可以檢測(cè)心跳和血流量，并利用超聲波繪制整個(gè)指紋圖譜，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)而增強(qiáng)特性；電容傳感和光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，將電容傳感和光學(xué)檢測(cè)融合，同時(shí)進(jìn)行指紋檢測(cè)和活體檢測(cè)等方式，從而提供更多、更穩(wěn)定、更精確的手機(jī)指紋解鎖方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王曙光.指紋識(shí)別技術(shù)綜述[J]，信息安全研究，2016.（04）：343-355.

[2]謝華為，周志龍.基于手機(jī)指紋鎖的指紋膜破解技術(shù)的研究[J].中國(guó)公共安全（學(xué)術(shù)版）2017（9）：126-131.

[3]iPhone5S掀起“指紋識(shí)別”熱[J].上海國(guó)資，2013，（10）：12.

[4]小米發(fā)布5s超聲波指紋識(shí)別手機(jī)[J].互聯(lián)網(wǎng)天地，2016，（10）：64.