蔣皓靜 劉衛(wèi) 楊玉齋 劉迎春 史曉文 楊磊

摘 要：本文利用在網(wǎng)絡(luò)購物平臺上購買的硅膠指紋膜材料制作成電容硅膠指紋膜，對日常帶有指紋識別功能的消費品進行測試，評估指紋解鎖技術(shù)的安全風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：硅膠，指紋膜，電容，解鎖，消費品

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.03.020

1 引 言

指紋識別技術(shù)是眾多生物特征識別技術(shù)中的一種，可用的生物特征識別技術(shù)有指紋、人臉、聲紋、虹膜等，指紋是其中應(yīng)用最為廣泛的一種。指紋是人體生物特征中唯一性較高的，僅在理論上有重合的可能，概率在一百五十億分之一，而且指紋識別算法軟件經(jīng)過了近二十年的發(fā)展，已經(jīng)是成熟的產(chǎn)業(yè)。目前指紋識別技術(shù)已廣泛應(yīng)用到日常消費品中，如：智能手機、平板電腦、筆記本電腦、智能門鎖、門禁等，主流的指紋識別技術(shù)可大致劃分為電容式、光學(xué)式及超聲波式3種，識別方式有按壓式和滑動式，消費品中應(yīng)用最廣泛的是電容式指紋識別。

2019年，北京市、天津市、河北省三地消費者協(xié)會聯(lián)合公布了網(wǎng)售智能門鎖的測試結(jié)果，其中利用假指紋可將智能門鎖輕易解鎖成為熱門話題，甚至引起行業(yè)和用戶恐慌，且利用指紋膜解鎖手機的新聞時有發(fā)生，引發(fā)人們對指紋識別安全可靠性的討論。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)購物平臺上有大量硅膠指紋膜售賣，主要目的是方便購買者考勤代打卡，普通消費者可輕易獲得，因此我們利用購買的指紋膜材料制作指紋膜，對日常帶有指紋識別功能的消費品進行測試，評估指紋解鎖的安全風(fēng)險。

2 制作電容硅膠指紋膜

本次試驗利用購買的指紋膜材料制作指紋膜，使用指紋膜材料（包括模型膠、電容材料、電容液）對拇指和食指的指紋進行復(fù)制，即用拇指或食指按壓軟化后的模型膠，約30min后模型膠硬化形成指紋模具，將電容材料和電容液混合后，按壓入指紋模具中，固化1小時后，揭下指紋膜，檢查模具紋路與手指紋路未產(chǎn)生變差后，指紋模型即制作完成（如圖1所示）。依次制作8枚硅膠指紋膜，其中拇指、食指各4枚。

3 電容硅膠指紋膜解鎖智能手機

3.1 試驗方案和結(jié)果

將拇指和食指的指紋錄入手機中，用已錄入指紋的手指分別解鎖手機，驗證指紋已成功錄入。將硅膠指紋膜放在指紋識別區(qū)域，用未錄入的手指（如另一只手的拇指和食指）按壓指紋膜，觀察手機是否能成功解鎖。若手機為滑動解鎖，則將硅膠指紋膜的頂端放在指紋識別區(qū)域，用未錄入的手指（如另一只手的拇指和食指）按壓指紋膜，用其他手指推動指紋膜緩慢向下滑動，觀察手機是否能成功解鎖，每個指紋膜重復(fù)解鎖20次。測試結(jié)果見表1。

3.2 小結(jié)

手機解鎖區(qū)域主要為屏下光學(xué)指紋解鎖、后置指紋解鎖、Home鍵指紋解鎖（如圖2所示）。

指紋解鎖區(qū)域在Home鍵的手機未解鎖的均為虛擬Home鍵，即不可按壓卻可模擬反饋振動的Home鍵，Home鍵為虛擬按鍵的手機中，僅一款可被指紋膜成功解鎖。Home鍵為實體按鍵，無論按壓式還是滑動式解鎖均可被指紋膜成功解鎖。因此虛擬按鍵和物理按鍵對指紋膜識別并無影響。

屏下光學(xué)指紋解鎖的手機均可被指紋膜成功解鎖，解鎖成功率高低不一。后置指紋識別的手機均可被指紋膜成功解鎖，且試驗一次即可解鎖成功。樣-8的Home鍵略高于屏幕玻璃，樣-9、樣-10的Home鍵略低于屏幕玻璃（如圖3所示），因此Home鍵凹陷不會影響指紋膜解鎖手機效果。

樣-7的解鎖方式為Home鍵滑動式解鎖，滑動式需由上至下滑動經(jīng)過指紋采集區(qū)，指紋才能被完整收集，采集過程較為繁瑣，因此經(jīng)過多次試驗后才最終被電容指紋膜成功解鎖。

4 電容硅膠指紋膜解鎖平板電腦

4.1 試驗方案和結(jié)果

將拇指和食指的指紋錄入平板電腦中，用已錄入指紋的手指分別解鎖平板電腦，驗證指紋已成功錄入。將硅膠指紋膜放在指紋識別區(qū)域，用未錄入的手指（如另一只手的拇指和食指）按壓指紋膜，觀察平板電腦是否能成功解鎖（如圖4所示）。每個指紋膜重復(fù)解鎖20次。

4.2 小結(jié)

本次試驗樣品為2臺平板電腦，指紋解鎖區(qū)域均在Home鍵，為實體按鍵，可被指紋膜成功解鎖，且試驗一次即可解鎖成功。

5 電容硅膠指紋膜解鎖筆記本電腦

5.1 試驗方案和結(jié)果

將拇指和食指的指紋錄入筆記本電腦中，用已錄入指紋的手指分別解鎖筆記本電腦，驗證指紋已成功錄入。將硅膠指紋膜放在指紋識別區(qū)域，用未錄入的手指（如另一只手的拇指和食指）按壓指紋膜，觀察筆記本電腦是否能成功解鎖。若筆記本電腦為滑動解鎖，則將硅膠指紋膜的頂端放在指紋識別區(qū)域，用未錄入的手指（如另一只手的拇指和食指）按壓指紋膜，用其他手指推動指紋膜緩慢向下滑動，觀察手機是否能成功解鎖（如圖5所示）。每個指紋膜重復(fù)解鎖20次。

測試結(jié)果見表2。

5.2 小結(jié)

按壓式指紋解鎖的筆記本電腦的指紋識別區(qū)域在觸控板右側(cè)，均被指紋膜解鎖，且第一次就成功解鎖。

滑動式指紋解鎖的筆記本電腦的指紋識別區(qū)域在觸控板右側(cè)，可被指紋膜解鎖，但經(jīng)過多次試驗后才解鎖成功，因滑動式指紋識別區(qū)域為一長條，面積較按壓式指紋識別區(qū)域小很多，且需指紋膜由上至下滑動，才能完成指紋識別過程，滑動過程中手指移動的速度和力度會影響圖像采集，采集動作對比按壓式來說對實驗者人員的使用技能要求更高。

6 電容硅膠指紋膜解鎖智能門鎖

6.1 試驗方案和結(jié)果

將拇指和食指的指紋錄入智能門鎖中，用已錄入指紋的手指分別解鎖智能門鎖，驗證指紋已成功錄入。將硅膠指紋膜放在指紋識別區(qū)域，用未錄入的手指（如另一只手的拇指和食指）按壓指紋膜，觀察智能門鎖是否能成功解鎖（如圖6所示）。每個指紋膜重復(fù)解鎖20次。

測試結(jié)果見表3。

6.2 小結(jié)

本次試驗樣品為4款智能門鎖和2款庭院指紋鎖，4款智能門鎖的指紋頭均為半導(dǎo)體指紋頭，均在多次試驗后被指紋膜成功解鎖，應(yīng)為電容指紋頭。

電容硅膠指紋膜放置于指紋頭的指紋采集區(qū)域的位置對指紋解鎖的成功率影響很大，當(dāng)指紋膜被識別失敗，智能門鎖提示“無效指紋”后，換不同角度進行第二次嘗試可將智能門鎖解鎖。

2款庭院指紋鎖均采用半導(dǎo)體指紋頭，但只有1款可被指紋膜成功解鎖，不能確定具體采用半導(dǎo)體指紋頭類型。

7 總 結(jié)

常見帶有指紋識別功能的消費品大多數(shù)均可被電容硅膠指紋膜解鎖，無論指紋識別傳感器是光學(xué)式還是電容式，識別方式是按壓式還是滑動式，均有可能被電容硅膠指紋膜解鎖。

（1）智能手機大多數(shù)可被電容硅膠指紋膜成功解鎖，解鎖成功率高達77%，其中主要的指紋識別方式，如：Home鍵指紋識別、后置指紋識別、屏下光學(xué)指紋識別的手機都有被解鎖的可能。目前隨著全面屏的發(fā)展，屏下指紋識別技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，取消了手機背板打孔和“大下巴”，提升手機顏值，然而仍有可能被電容硅膠指紋膜解鎖。自從蘋果手機從2017年9月發(fā)布的IphoneX取消指紋解鎖功能只保留面部識別，指紋解鎖主要應(yīng)用于國內(nèi)手機廠商，因此呼吁手機廠商提升指紋識別技術(shù)，保障手機使用體驗快捷且安全，指紋識別技術(shù)目前仍存在發(fā)展優(yōu)勢。

（2）平板電腦應(yīng)用指紋解鎖功能較少，且多數(shù)產(chǎn)品采用電容式指紋識別技術(shù)，被電容硅膠指紋膜解鎖成功率較高。

（3）筆記本電腦按壓式指紋識別采用電容式指紋識別傳感器，可被電容硅膠指紋膜解鎖，制作的硅膠指紋膜紋路清晰且與手指凹凸一致，經(jīng)過多次嘗試后，也可成功解鎖采用滑動式指紋識別的筆記本電腦。

（4）智能門鎖與門禁的指紋頭大多采用電容式指紋傳感器，被電容硅膠指紋膜解鎖成功率較高。

（5）通過網(wǎng)購渠道可輕易獲得指紋膜制作材料，按說明書制作出電容硅膠指紋膜，但在現(xiàn)實生活中，這樣的復(fù)制條件很難成立，因在人抓握過的物品上，指紋大多是重疊交錯的，殘留的指紋基本上不可能被完整復(fù)制，如要制作此類“假指紋”，需要被復(fù)制者主動、多次配合，因此通過復(fù)制指紋發(fā)生解鎖消費品的概率較低。

（6）指紋識別的安全可靠性與消費者的人身財產(chǎn)安全緊密相關(guān)，最易引起消費者的關(guān)心和社會的關(guān)注，希望生產(chǎn)廠家能最大程度提高個人消費品領(lǐng)域指紋識別模塊對指紋假體呈現(xiàn)攻擊的防護等級。

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