Cảm biến vân tay là gì? Ưu nhược điểm và những ứng dụng

Ngày nay, dấu vân tay của con người đang được ứng dụng rất thành công trong các hệ thống nhận dạng và bảo mật an ninh. Những tiến bộ trong công nghệ sử dụng các máy quét vân tay như một tính năng bảo mật bổ sung và ngày càng được nâng cấp. Trong bài viết này, hãy cùng Kho Điện Máy Online tìm hiểu những thông tin chi tiết cảm biến vân tay là gì, cách hoạt động và những ứng dụng của nó. 

Cảm biến vân tay là gì?

Bạn đọc có thể hiểu một cách đơn giản, cảm biến vân tay là hệ thống bảo mật được sử dụng để xác định cũng như xác thực dấu vân tay của một người dùng nhằm cho phép hoặc từ chối quyền truy cập vào cơ sở, không gian nào đó hoặc hệ thống máy tính. 

Cảm biến này sử dụng các kỹ thuật kết hợp giữa phần cứng và phần mềm để nhận dạng các lần quét vân tay của một cá nhân. Sự an toàn của những hệ thống an toàn sinh trắc học là lý do chúng được ứng dụng trong ngành an ninh, và sử dụng phổ biến trong điện thoại thông minh, khóa cửa thông minh… 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến vân tay

Cảm biến vân tay được sử dụng để xác thực và nhận dạng dấu vân tay của một người. Chúng là những thiết bị rất đáng tin cậy và an toàn, được sử dụng cho bất kỳ xác thực bảo mật nào. Cảm biến vân tay hoạt động trên nguyên tắc xử lý bao gồm hai yếu tố là đăng ký vân tay và so khớp vân tay người dùng.

• Trong quá trình đăng ký vân tay, người dùng phải đặt ngón tay lên thiết bị cảm biến để thiết bị này tiến hành kiểm tra dấu vân tay cần xử lý, tạo mẫu dấu vân tay và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. 
• Trong quá trình so khớp vân tay, khi người dùng đặt ngón tay vào thì hệ thống sẽ tạo một mẫu vân tay từ ngón tay đó và so sánh nó với dữ liệu được lưu trữ. 

Khi cảm biến vân tay hoạt động, lần quét vân tay đầu tiên của người dùng được ghi lại cho một hệ thống xử lý cụ thể và những lần quét này được lưu trong cơ sở dữ liệu. Bất cứ khi nào ai đó cần truy cập hệ thống, họ cần đặt một ngón tay lên máy quét phần cứng. Lúc này, dấu vân tay của bạn sẽ được mã hóa sang dữ liệu số, máy quét sẽ tiến hành quét và sao chép thông tin đầu vào từ người dùng, xác minh bằng các bản quét được lưu trữ trước đó để tìm kiếm bất kỳ điểm tương đồng nào. Khi đối chiếu với dấu vân tay mà bạn đã thiết lập lúc ban đầu, nếu kết quả là phù hợp, bạn sẽ có quyền truy cập và thực hiện các tác vụ tiếp theo  mà bạn muốn. 

Nhận dạng vân tay đáng tin cậy như thế nào?

Dấu vân tay của mỗi cá nhân là hoàn toàn khác nhau, vì vậy công nghệ vân tay mang lại độ chính xác cực cao trong việc nhận dạng và xác thực người dùng. Tuy nhiên, độ chính xác của công nghệ này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Và rất có thể xảy ra trường hợp thiết bị sử dụng cảm biến vân tay phủ định sai (không có khả năng nhận dạng người dùng hợp lệ) nếu quá trình quét nhận dạng thích hợp không diễn ra.

Vân tay của mỗi người có những hoa văn đặc biệt riêng từ các đường vân ma sát hiện diện trên các ngón tay. Các điểm vụn vặt được hình thành ở điểm kết thúc đường vân và điểm phân nhánh của đường vân được trích xuất từ ​​các mẫu vân tay này để sử dụng cho các quy trình xác minh hoặc nhận dạng người dùng. Vì vậy, yếu tố chính đầu tiên ảnh hưởng đến độ chính xác của máy quét dấu vân tay là lỗi của con người. 

Khi một thiết bị cảm biến đọc dấu vân tay, nó sẽ tạo ra nhiều mẫu kỹ thuật số với sự trợ giúp của các điểm chi tiết nhỏ, và sau đó lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để so khớp và cấp quyền truy cập cho người dùng trong tương lai. Nếu các dấu vân tay thu được không đủ để tạo mẫu để đối sánh cơ sở dữ liệu, thì việc phủ định sai sẽ xảy ra. Trong đó, các tình trạng da như ẩm ướt, khô, nhờn, ngón tay bị thương… là những trở ngại phổ biến đối với việc chụp kỹ thuật số vân tay tối ưu. Để giải quyết những vấn đề này, việc đăng ký nhiều hơn một ngón tay là giải pháp hữu ích mà bạn nên cân nhắc.

Bên cạnh lỗi người dùng, khả năng của thiết bị cũng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình nhận dạng và xác thực. Các điểm vụn vặt khá tinh tế và điều kiện da có thể cản trở việc hình thành khuôn mẫu chính xác, vì cậy điều quan trọng là cảm biến và các phần cứng liên quan có khả năng chụp được những hình ảnh tốt nhất có thể ngay cả khi điều kiện bên ngoài không lý tưởng. Hiện nay, các hệ thống nhận dạng sinh trắc vân tay hầu hết đều đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng hình ảnh nghiêm ngặt  như ISO 19794-2/4, ANSI 378, & NFIQ, với giá trị DPI (số chấm trên mỗi inch) nằm trong khoảng 500. 

Phần mềm hoặc thuật toán ứng dụng phù hợp là một yếu tố quan trọng khác khi nói đến độ chính xác của hệ thống nhận dạng dấu vân tay. Các loại cảm biến hiện nay sử dụng thuật toán tăng cường dấu vân tay để việc trích xuất các điểm chi tiết trở nên đặc biệt và rõ ràng nhất có thể. Tùy thuộc vào hiệu quả của việc trích xuất này, các thuật toán phù hợp sau đó sẽ bắt đầu quá trình nhận dạng hoặc xác minh vân tay người dùng.

Các loại cảm biến vân tay phổ biến hiện nay

Cảm biến vân tay quang học

Cảm biến vân tay quang học là những mẫu cảm biến đầu tiên được sử dụng để chụp ảnh quang học của dấu vân tay cá nhân bằng cảm biến hình ảnh CMOS hoặc CCD. Các cảm biến này có liên quan đến cảm biến máy ảnh, mặc dù chúng chủ yếu được thiết kế để chụp ảnh có độ tương phản cao so với bất kỳ máy ảnh thông thường nào. 

Cảm biến quang học bao gồm một bộ đèn LED mà cảm biến CMOS hoặc CCD/cảm biến chiếu sáng các vùng của ngón tay cũng như các sóng ánh sáng được nhân rộng.  Nó cho phép nhận diện vân tay chính xác thông qua việc ghi lại hình ảnh 2D của dấu vân tay. Các mẫu cảm biến hiện tại có kích thước 1mm và chúng cũng có thể quét các ngón tay ướt.

Cảm biến vân tay điện dung

Những máy quét vân tay này sử dụng một số tụ điện nhỏ để phát hiện điện dung ở giữa các đường vân và rãnh của các ngón tay đối với các tấm tụ điện. Khi ở sát đường vân, khoảng cách của nó với bản của tụ điện là rất nhỏ, dẫn đến điện dung ít hơn một chút. Khi có rãnh giữa các đường vân thì khoảng cách của nó qua bản tụ điện cao hơn nên dẫn đến điện dung cao hơn. Từ mọi tụ điện, điện dung được chuyển đến Opamp (khuếch đại tín hiệu) và được ghi lại đơn giản bằng ADC (mạch chuyển đổi số). Vì vậy, điều này tạo ra quá trình quét kỹ thuật số của dấu vân tay dựa trên cảm nhận của cảm ứng điện dung.

Những máy quét cảm biến điện dung không dễ giả mạo và chúng thậm chí có thể nhận dạng vân tay sống. Phương pháp duy nhất để có thể giả mạo dấu vân tay bằng cách sử dụng máy quét này là hack phần cứng/phần mềm của bộ điều khiển. Lý do là bởi các loại máy quét này sẽ bị đánh lừa thông qua hình ảnh in vì hình ảnh in sẽ có hiệu ứng điện dung, vì vậy các máy quét giả không thể bắt chước chính xác điện dung cảm ứng của ngón tay trực tiếp.

Cảm biến vân tay nhiệt

Những cảm biến này rất hữu ích trong việc xác định sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất giữa các đường ngón tay và tạo ra hình ảnh nhiệt của ngón tay khi ngón tay của người dùng được đặt trên máy quét. Nhìn chung, điều này khá tương tự như các loại cảm biến khác.

Cảm biến vân tay siêu âm

Loại cảm biến vân tay mới nhất và tinh vi nhất là máy quét vân tay siêu âm có khả năng tạo ra các bản quét 3D vân tay. Hiện tại, cảm biến này chỉ được sử dụng trong một số điện thoại thông minh cao cấp và vẫn đang được nghiên cứu thêm. Các hệ thống sử dụng cảm biến này bao gồm một bộ máy phát và máy thu siêu âm, trong đó máy phát tạo ra tín hiệu siêu âm được phản xạ trong các đường vân, rãnh và lỗ vân tay  còn máy thu phát hiện các tín hiệu phản xạ.

Máy quét vân tay siêu âm cần một khoảng thời gian để chụp bản đồ 3D của dấu vân tay một cách hiệu quả, rõ nét. Những máy quét này rất đơn giản để thực hiện, vì vậy thường được sử dụng trong điện thoại thông minh cho máy quét màn hình. Tính năng quét vân tay 3D sẽ làm cho công nghệ trở nên mạnh mẽ hơn và không thể sao chép vân tay 3D. Tương tự như cảm biến điện dung, loại cảm biến này chỉ có thể được giả mạo bằng cách hack phần mềm và phần cứng. Vì vậy, dựa trên nguyên lý hoạt động, các cảm biến này là những thứ gần như hoàn hảo.

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống cảm biến vân tay

Ưu điểm khi sử dụng cảm biến vân tay 

• Cảm biến vân tay an toàn hơn nhiều vì không dễ làm giả, 
• Với mỗi ngón tay riêng lẻ, vân tay là duy nhất và sự sắp xếp của đường vân sẽ tồn tại vĩnh viễn
• Sử dụng dễ dàng và tiện lợi, vân tay không bị thất lạc như các thẻ truy cập, chìa khóa vật lý
• Độ chính xác cao trong việc nhận dạng người dùng và hiệu quả ổn định trong thời gian dài
• Người dùng không cần nhớ mật khẩu, mã số vì dấu vân tay luôn ở bên bạn và khó đoán hơn mật mã rất nhiều.
• Vân tay là thứ không thể sao chép và không thể chuyển quyền sử dụng, không thể tạo danh tính giả dựa trên hình ảnh
• Nhận dạng vân tay cung cấp một mức độ trách nhiệm cao hơn trong công việc.
• Sử dụng cảm biến vân tay là giải pháp tiết kiệm về dài hạn
• Cảm biến vân tay cần ít không gian hơn và nó làm giảm yêu cầu bộ nhớ của cơ sở dữ liệu.

Nhược điểm của cảm biến vân tay là gì?

Giả mạo và tấn công khi vân tay không thể thay đổi

Vân tay luôn là duy nhất và chúng không thể được thay đổi như mật khẩu hoặc mã PIN của bạn hoặc cấp lại như ID nếu bị xâm phạm. Nếu tội phạm mạng có thể nắm bắt các mẫu sinh trắc vân tay của bạn, chúng có thể tạo ra các hành vi giả mạo (chẳng hạn như bản sao dấu vân tay ) để phá vỡ hệ thống bảo mật sử dụng cảm biến vân tay. 

Cũng có khả năng khác là các đối tượng xấu sử dụng một hệ thống điện tử (chẳng hạn như trình nghe trộm, ứng dụng của bên thứ ba… ) được sử dụng cùng với hệ thống sinh trắc vân tay để thu thập dữ liệu sinh trắc vân tay của người dùng khi bạn sử dụng hệ thống. 

Để giải quyết vấn đề tấn công giả mạo, các hệ thống nhận dạng dấu vân tay sinh trắc học ngày nay sử dụng các công nghệ chống giả mạo và cơ chế phát hiện sự sống. Điều này rất hữu ích trong việc đảm bảo rằng mẫu dấu vân tay được cung cấp bởi một người chứ không phải do giả mạo. Tuy nhiên, một hành vi giả mạo cực kỳ tinh vi có thể bắt chước các đặc điểm của sự sống vẫn có thể đánh lừa các hệ thống này. Các cuộc tấn công giả mạo và các biện pháp đối phó chống giả mạo sẽ là một cuộc chiến không ngừng giữa các chuyên gia bảo mật và tội phạm mạng.

Hạn chế liên quan đến công nghệ

Giống như tất cả các công nghệ khác, hệ thống ứng dụng cảm biến vân tay cũng chịu những hạn chế liên quan đến công nghệ. Các hệ thống nhận dạng dấu vân tay ngày nay có thể hoạt động trong điều kiện môi trường khắc nghiệt cũng như các tình huống đầy thách thức, tuy nhiên, chúng không thể theo kịp vượt quá một giới hạn nhất định. Ví dụ, các điều kiện môi trường khắc nghiệt nhất như độ ẩm quá cao, nhiệt độ quá cao, ánh sáng xung quanh quá mạnh…  có thể cản trở hoạt động và khiến chúng bị hỏng hóc. Lỗi kỹ thuật có thể hiếm gặp nhưng vẫn có thể xảy ra. Hệ thống nhận dạng dấu vân tay, là thiết bị điện tử, phụ thuộc vào điện để hoạt động nên các sự cố/ mất điện sẽ khiến chúng không hoạt động bình thường được. 

Tỉ lệ từ chối / chấp nhận sai

Thời gian phản hồi trong các hệ thống sinh trắc vân tay hiện đại là vô cùng nhanh, và với tỷ lệ khớp 1:1, hầu hết hệ thống sẽ chỉ mất một phần giây để xác thực danh tính. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất với các hệ thống này là độ tin cậy khi được sử dụng trong các tình huống quan trọng, nơi không thể mắc các lỗi như từ chối sai.

Mức độ nhận dạng bao phủ 

Nhìn bề ngoài, sinh trắc dấu vân tay có vẻ như nó có khả năng cung cấp danh tính cho bất kỳ ai có ít nhất một ngón tay; tuy nhiên điều đó không phải lúc nào cũng đúng trong hoàn cảnh thực tế. Ngày nay, các hệ thống nhận dạng dấu vân tay sinh trắc học nói chung và khóa vân tay nói riêng đã hiệu quả hơn bao giờ hết và sẽ chấp nhận hầu hết các mẫu dấu vân tay. Tuy nhiên, chúng vẫn cần chất lượng dấu vân tay trên một ngưỡng nhất định để có thể chấp nhận và xử lý trong các quá trình tiếp theo.

Với những người có dấu vân tay không hoàn hảo hoặc đã cũ, hệ thống nhận dạng không thể đọc hoặc chấp nhận dấu vân tay của họ. Có thể có nhiều nguyên nhân khiến chất lượng vân tay giảm sút, hầu hết các trường hợp đến từ tuổi tác và các bệnh về da có thể khiến chất lượng vân tay bị suy giảm.

Trong điều kiện làm việc đòi hỏi mọi người phải sử dụng tay để lao động chân tay hoặc xử lý hóa chất thường xuyên, dấu vân tay cũng dễ có thể bị mòn. Mức độ bao phủ có thể là một thách thức lớn trong việc nhận dạng sinh trắc học quy mô lớn. Tuy nhiên, thách thức này có thể được giải quyết bằng sinh trắc học đa phương thức, tận dụng nhiều hơn một phương thức sinh trắc học để thiết lập danh tính của một cá nhân, (chẳng hạn như kết hợp xác thực, nhận dạng bằng khuôn mặt và dấu vân tay).

Các ứng dụng của cảm biến vân tay

• Máy quét dấu vân tay rất hữu ích trong việc xác thực và xác định dấu vân tay của một cá nhân
• Sử dụng để xác thực bảo mật với độ tin cậy và an toàn gần như tuyệt đối
• Sử dụng trong các ngành an ninh, cảnh sát, thiết bị di động, khóa cửa vân tay (khóa cửa điện tử)
• Sử dụng để cung cấp bảo mật sinh trắc học
• Ứng dụng trong các ứng dụng IoT hiện tại để tăng cường bảo mật và cũng dễ dàng xác định người dùng
• Sử dụng trong hệ thống ứng dụng nhà thông minh để bảo mật dữ liệu và nhận dạng mục nhập.

Một số thắc mắc khác của người dùng về cảm biến vân tay

Cảm biến vân tay sinh trắc học là gì?

Cảm biến dấu vân tay sinh trắc học ghi lại hình ảnh của các đường vân và rãnh tạo nên dấu vân tay của một cá nhân. Vì dấu vân tay hoàn toàn là duy nhất đối với một người nhất định nên hình ảnh do cảm biến chụp này được sử dụng để thực hiện xác thực bằng thuật toán so khớp sinh trắc học.

Kích thước của cảm biến vân tay ảnh hưởng đến độ tin cậy như thế nào?

Nếu cảm biến vân tay chỉ thu được một phần nhỏ trong tổng thể dấu vân tay của người dùng, thì việc cố gắng so khớp vân tay sẽ vô cùng khó khăn. Thông thường, người dùng không đặt ngón tay lên cảm biến ở cùng một vị trí mỗi lần. Vì vậy, điều quan trọng là cảm biến phải đủ lớn để thu nhận dấu vân tay ở nhiều góc thân thiện với công thái học. 

Điều gì có thể ảnh hưởng đến quá trình xác thực vân tay?

Dữ liệu sinh trắc học thu được từ dấu vân tay của chúng ta rất dễ thay đổi và bất kỳ điều gì, từ áp suất thay đổi khi chạm vào cảm biến đến mô sẹo trên dấu vân tay đều có thể ảnh hưởng đến quá trình xác thực dấu vân tay. Có những trường hợp, một mẫu vân tay hợp lệ đã được cung cấp, nhưng hệ thống xử lý lại từ chối nhầm mẫu vân tay đó.

Đó là những thông tin mà chúng tôi muốn chia sẻ với bạn đọc cho thắc mắc “cảm biến vân tay là gì” cùng những ưu nhược điểm và ứng dụng của nó. Những tính năng và sự tiện lợi của các loại cảm biến này đã được tích hợp trên nhiều dòng khóa điện tử hiện nay. Hãy chọn lựa và sử dụng để có những trải nghiệm tốt nhất. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. 

• About
• Latest Posts

Đình Trần

Latest posts by Đình Trần (see all)

• Top 5 Tivi giá rẻ dưới 3 triệu đáng mua nhất hiện nay - 28/09/2023
• Hướng dẫn cách hẹn giờ tắt điều hoà panasonic - 04/08/2023
• Hướng dẫn cách chỉnh điều hoà Panasonic - 02/08/2023