Der Fingerabdruck-Sensor gehört mittlerweile zur Standardausrüstung eines jeden Smartphones. Ob zum Entsperren des Geräts oder zur Bestätigung von Zahlungen im App-Store – diese biometrische Sicherungsfunktion besteht schon seit langem. Doch wie funktionieren die Fingerabdruck-Scanner? Mit welchen Methoden erkennen Smartphones unsere Fingerabdrücke und wie sicher werden diese Daten verarbeitet?
Mehr als nur ein Foto?
Bei optischen Sensoren legt man den Finger auf eine Glasplatte, die als Prisma fungiert. Die Papillarleisten des Fingerabdrucks kommen dabei mit dem Glas in Kontakt, während die Rillen mit Luft gefüllt sind und die Glasplatte nicht berühren. Eine Lichtquelle beleuchtet den Finger so, dass das Prisma die Lichtstrahlen auf einen Bildsensor reflektiert.
An den Stellen, an denen die Strahlen auf die Erhebungen treffen, wird die Reflexion gestört. Der Bildsensor interpretiert diese gestörte Reflexion und erzeugt so ein zweidimensionales Foto des Fingerabdrucks. Diese Methode kann zwar hochauflösende Bilder erzeugen, ist aber relativ leicht mit Prothesen und einem Abbild des Fingerabdrucks zu überlisten. Zudem ist sie im Vergleich zu anderen Methoden langsam. Dennoch haben Hersteller wie die chinesische Firma Vivo optische Sensoren kürzlich aufgrund ihrer Abwandlungsmöglichkeiten unter OLED-Displays wiederentdeckt.
Unterschiedliche Ladungen
Kapazitive Sensoren sind die aktuell am häufigsten verwendete Technologie in Smartphones. Sie bestehen aus kleinen Kondensatoren, die eine elektrische Ladung speichern. Der Finger wird hier auf eine leitfähige Oberfläche gelegt, die mit den Ladungsspeichern verbunden ist. Die Papillarleisten berühren die Oberfläche und verändern dadurch leicht die elektrische Ladung der Kondensatoren.
Da die Rillen des Fingerabdrucks mit Luft isoliert sind, ändert sich die Ladung der Kondensatoren unter ihnen weniger stark. Anhand des Ladungsunterschieds zwischen den Kondensatoren wird das Muster des Fingerabdrucks berechnet. Da sich die Ladungsänderungen verschiedener Materialien unterscheiden, ist diese Methode schwerer zu überlisten als die optische. Dennoch haben Forscher schon Wege gefunden, wenn auch mit großem Zeitaufwand.
Abtasten mit Schallwelle
Die neuesten Sensoren auf dem Markt arbeiten mit Ultraschall. Sie senden einen hochfrequenten Schallimpuls gegen den Finger, der von den Rillen, Papillarleisten und Poren unterschiedlich absorbiert und zurückgeworfen wird. Das Resultat ist ein dreidimensionales Abbild des Fingerabdrucks, was die Sicherheit dank der detaillierten Informationen weiter erhöht. Ein von Qualcomm entwickelter Sensor kann sogar die Blutzirkulation im Gewebe per Ultraschall erkennen. Zudem lassen sich Ultraschallsensoren unter Displays und in Metall verbauen, was den Herstellern in der Designgestaltung mehr Freiheiten gibt.
Mit Sicherheit
Egal welche Technik im Smartphone verbaut ist, der Fingerabdruck wird nicht einfach als Bild im Speicher des Geräts abgelegt. Hersteller sichern und verarbeiten alle Daten zum Fingerabdruck in einem Trusted Execution Environment (TEE). Das ist ein isolierter Teil des Hauptprozessors, auf den nur autorisierte Software Zugriff hat.
Der Sensor und das TEE kommunizieren miteinander, ohne dass Schadprogramme Informationen abgreifen können. Zudem liegt der Fingerabdruck nicht als Foto im System. Die Software analysiert die Verteilung und Position der Minuzien untereinander und speichert diese als Code – aus dem sich kein vollständiger Fingerabdruck rekonstruieren lässt.
Beim Abgleich werden auch nicht der gesamte Fingerabdruck verglichen. Es reicht, wenn eine gewisse Anzahl von Minuzien mit dem Referenzabdruck übereinstimmt. Allerdings nehmen Smartphone-Scanner oft nur einen Teilabdruck des Fingers, der nicht so einzigartig wie der gesamte Finger ist. Forschern ist es bereits gelungen, aus 8200 Teilabdrücken einen universellen Master-Abdruck zu entwickeln, mit dem 65 Prozent der getesteten Telefone entsperrt werden konnten. Mit Ultraschallsensoren, die den gesamten Finger scannen, wird die Sicherheit weiter erhöht. Wer jedoch kein Risiko eingehen möchte, setzt am besten auf ein komplexes Passwort.
Zeitleiste: Die Entwicklung der Fingerprintsensoren
- 2004: Pantech präsentiert das GI 100, das erste Handy mit integriertem Fingerprintsensor.
- 2011: Das Motorola Atrix ist das erste reine Smartphone mit Fingerprintsensor.
- 2013: Apple macht den Fingerabdrucksensor mit dem iPhone 5s massentauglich.
- 2014: Das Samsung Galaxy S5 ermöglicht Fingerabdruck-basierte Zahlungen über PayPal.
- 2016: Das Xiaomi Mi 5s ist das erste Smartphone mit einem Ultraschallsensor (nur in China erhältlich).
- 2017: Qualcomm und Vivo stellen auf dem MWC in Shanghai einen Prototypen mit Ultraschallsensor im Display vor.
- 2018: Vivo bringt mit dem X 20 Plus UD das erste Serien-Smartphone mit Sensor unter dem Display auf den Markt (noch optisch).
- 2018: Das Huawei Mate 10 RS Porsche Design ist das erste Smartphone in Europa mit optischem Fingerprintsensor unter dem Display.
- 2018: Der Massenmarkt wird mit der Ultraschalltechnologie durch das Honor 10 erobert (Sensor unter dem Frontglas, aber nicht unter dem Display).
- 2018: Als Nächstes werden voraussichtlich Ultraschallsensoren unter dem Display zur gängigen Technologie. Mögliche Kandidaten wären das Huawei Mate 20 oder das Samsung Galaxy S10.
Mit der fortschreitenden Technologie und immer ausgeklügelteren Methoden entwickeln sich Fingerprintsensoren ständig weiter und tragen zur Verbesserung der Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit bei Smartphones bei.
