指紋驗證：主芯片上匹配和傳感器內匹配有何不同？

近來(lái)，在生物識別領(lǐng)域，采用指紋認證作為訪(fǎng)問(wèn)和保護數據的簡(jiǎn)單卻安全的方法出現了激增。這個(gè)方法也正在安全電子和移動(dòng)交易方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。

與要求用戶(hù)創(chuàng )建、記住和保護密碼相比，采用指紋來(lái)做用戶(hù)驗證要安全得多，也簡(jiǎn)便得多，因此指紋驗證成為了商家、銀行、用戶(hù)和第三方結算機構的首選方法。業(yè)界領(lǐng)先公司在指紋識別領(lǐng)域取得的一些技術(shù)進(jìn)步和積極創(chuàng )新，產(chǎn)生了若干不同形式的指紋識別方法，不過(guò)這些方法從本質(zhì)上說(shuō)是完全不同的。

并非所有指紋認證技術(shù)“生而平等”

“人人生而平等”這句話(huà)，因美國第三任總統托馬斯·杰斐遜在《獨立宣言》中的聲言而備受贊許。這一有關(guān)平等的觀(guān)念盡管歷史悠久，卻未必適用于生物識別安全技術(shù)，因為并非所有指紋認證技術(shù)都“生而平等”。

在生物識別領(lǐng)域，指紋認證技術(shù)被用來(lái)保護設備及設備所訪(fǎng)問(wèn)的數據的安全，并確保交易的安全性。盡管指紋識別技術(shù)在上述領(lǐng)域已經(jīng)廣泛運用，但其相似性?xún)H限于此。指紋認證背后的技術(shù)不盡相同，其所能提供的安全級別也是如此。

一種常見(jiàn)的指紋驗證技術(shù)是主芯片上匹配(Match-on-Host)技術(shù);采用這種技術(shù)后，指紋傳感器讀取指紋數據，并將其發(fā)送給主處理器或其他外部處理器進(jìn)行處理。盡管指紋數據是由指紋傳感器獲取的，但是所有的處理和匹配工作都在主控平臺上完成。還有一種指紋驗證技術(shù)是傳感器內匹配(Match-in-Sensor)技術(shù)，這種技術(shù)采用定制的、完整封裝的單芯片系統(SoC)架構，在實(shí)際的指紋傳感器模塊內部，將指紋注冊、圖案存儲和生物識別匹配隔離開(kāi)來(lái)。

下面我們來(lái)看一下這兩種截然不同的指紋驗證方法到底有何本質(zhì)區別。

主芯片上匹配：目前的標準

指紋傳感的基本要求是，通過(guò)與一個(gè)已知和安全的“模板”或用戶(hù)指紋的記錄進(jìn)行匹配，來(lái)明確識別用戶(hù)身份(圖1)。傳感器最初用來(lái)捕獲數據在“注冊”過(guò)程中創(chuàng )建用戶(hù)記錄，之后每次用戶(hù)試圖訪(fǎng)問(wèn)設備時(shí)，傳感器都會(huì )獲取指紋數據和已存儲的模板進(jìn)行比較。

目前，幾乎每一種指紋傳感解決方案都是直接在主系統上執行匹配操作，無(wú)論是智能手機、平板電腦、PC，還是為實(shí)現安全性而定制的專(zhuān)用設備。因此，主芯片上匹配架構是分別用兩個(gè)IC——一個(gè)是用來(lái)獲取數據的傳感器IC，另一個(gè)是用來(lái)運行實(shí)際匹配操作的軟件的獨立控制器IC(通常是移動(dòng)設備上的應用處理器)——來(lái)滿(mǎn)足功能要求的。

任何新技術(shù)都會(huì )自然而然地以使用主芯片資源作為起點(diǎn)。因此，第一代指紋傳感器是很簡(jiǎn)單的器件，僅限于完成單一任務(wù)，即收集指紋數據，然后主芯片中運行的軟件利用這些指紋數據驗證用戶(hù)身份。

軟件執行的功能包括：識別指紋特征、建立安全的生物識別資源(指紋模板)、存儲指紋模板，以及對最新建立的指紋模板和設備上已存儲的指紋模板進(jìn)行匹配。主系統還提供保護指紋數據完整性和隱私性所需的安全性。此外，主系統還負責檢測偽造的生物識別數據——這些所謂的防欺騙技術(shù)是遏制表達攻擊(presentation attack)所必需的。

主芯片上匹配架構的兩個(gè)主要賣(mài)點(diǎn)是成本低和設計導入(design-in)時(shí)間短，這使指紋傳感能夠較快速、合算地添加到設備上。這個(gè)勢頭又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了相關(guān)方面的進(jìn)步，例如FIDO(快速在線(xiàn)認證)聯(lián)盟建立的通用驗證框架(UAF)。然而，盡管它有很多優(yōu)勢，可是在談到提供真正的安全性時(shí)，主芯片上匹配的方法相比傳感器內匹配架構卻相形見(jiàn)絀。

傳感器內匹配架構：下一代標準

正如其名字所暗示的那樣，傳感器內匹配架構將匹配及其他生物識別管理功能直接集成到了傳感器IC中。該IC含有高速微處理器、指令和數據存儲器，安全通信和高性能加密功能。為了實(shí)現這種程度的集成，同時(shí)在傳感器IC內建立安全的執行環(huán)境，傳感器內匹配技術(shù)采用了SoC架構(圖2)。

因為集成多種功能是集成電路存在的理由，所以這一進(jìn)步似乎稱(chēng)不上“下一代”進(jìn)步。不過(guò)，全面集成傳感和匹配功能可以顯著(zhù)增強安全性，僅憑這一點(diǎn)就足以斷定，其預期的行業(yè)影響力不可低估。

傳感器內匹配架構的先進(jìn)安全性既可以應用到系統上，又可以應用到用戶(hù)獨有的生物識別信息的保護上。以下各項進(jìn)步增強了系統級安全：

·指紋數據和指紋匹配器的執行環(huán)境是與主芯片操作系統物理隔離的，因此可以抵抗主芯片上的黑客或惡意軟件攻擊。

·傳感器自主執行生物識別功能，而無(wú)需依靠主芯片的輸入，因此避免了一旦主芯片處于危險之中可能帶來(lái)的損害。

·匹配器的輸入參數是活體指紋信息——傳感器芯片及其注冊模板獲取這些信息，并對其進(jìn)行加密和處理。

·能夠準確驗證真偽，因為識別結果是由來(lái)自硬件的傳感器專(zhuān)用私鑰簽署的。

·代表身份憑證的密鑰的建立、存儲和管理是共享的——這些密鑰還用來(lái)簽署證書(shū)，以防受到附有虛假信息的惡意軟件的損害。

即使主芯片被任何類(lèi)型或來(lái)源的攻擊成功擊破，也極其難以強制匹配器產(chǎn)生虛假的積極結果、重新提供以前的結果或以其他任何方式改變或操控匹配結果。這就確保了即使在最壞情況下，身份驗證子系統也仍然是安全的。

至于用戶(hù)的生物識別信息，保護是通過(guò)以下幾種特性增強的。首先，指紋數據，包括從中提取的所有特性/特征和所有已建立的模板，都只在傳感器的片上CPU及存儲器中處理。這種信息絕對不會(huì )與主器件分享或暴露給主器件。此外，注冊數據庫位于獨立閃存之中，與其他部分是隔離的，而且僅傳感器可以進(jìn)行物理訪(fǎng)問(wèn)。另外，注冊模板在存儲到獨立閃存之前，會(huì )由傳感器使用專(zhuān)有算法和強大的密鑰進(jìn)行加密和簽署。

與之前談?wù)摰南到y級安全一樣，即使主芯片被某種成功攻擊完全擊破，攻擊者也無(wú)法提取用戶(hù)的任何生物識別信息，而生物識別信息失竊無(wú)疑是所能想象到的、最具破壞性的身份信息失竊形式之一。

Synaptics公司提供了業(yè)內第一款完全封裝在硬件內的指紋傳感器，該傳感器使客戶(hù)能夠在其產(chǎn)品中提供極強保護。同時(shí)，Synaptics也是業(yè)界唯一一家提供該解決方案的公司。傳感器內匹配解決方案將收集和管理的數據存儲在傳感器本身——與主系統是完全隔離的，因此避開(kāi)了主系統易受黑客攻擊的問(wèn)題。傳感器也不存儲真正的指紋圖像，而是建立一個(gè)采用256位高級加密標準(AES)技術(shù)加密的、無(wú)法被重構的模板。即使主系統遭遇安全威脅，生物識別數據依然是安全的，因為其始終位于指紋傳感器模塊內。

傳感器內匹配技術(shù)可以為很多應用提供強大的、安全性高于主芯片的保護，例如智能手機、平板電腦、個(gè)人電腦、電腦鼠標和鍵盤(pán)、擴展塢和汽車(chē)等。目前，為保護電子商務(wù)、金融交易和醫療保健記錄的安全，有關(guān)立法工作正在進(jìn)行，因此企業(yè)亟需用傳感器內匹配技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足嚴格的法律法規要求。

Synaptics提供采用這種新型傳感器內匹配技術(shù)的傳感器，使Synaptics在生物識別數據安全領(lǐng)域贏(yíng)得了顯著(zhù)領(lǐng)先的地位。隨著(zhù)新的傳感器內匹配解決方案得到越來(lái)越多的采用，人們也會(huì )越來(lái)越清楚地看到，盡管不同的生物識別匹配技術(shù)看似相似，但并不是所有指紋認證技術(shù)都“生而平等”。

結論

包括指紋認證技術(shù)在內的生態(tài)系統的支持正在穩步增強，同時(shí)，Synaptics公司開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的傳感器內匹配解決方案。這些解決方案通過(guò)了FIDO認證，能夠以各種不同的角度讀取指紋信息，選擇是提供視覺(jué)還是觸覺(jué)反饋信息，并且針對器件或應用進(jìn)行了優(yōu)化。此外，傳感器內匹配不需要在指紋模塊和主器件之間傳送或共享生物識別信息，因此即使系統受到危害，生物識別數據也沒(méi)有失竊風(fēng)險。

因此，如果你認為所有指紋認證技術(shù)都是相同的，那么你也許需要好好花一番時(shí)間，了解一下傳感器內匹配架構及其功能了。