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肇庆开锁王:给汽车增加指纹识别开锁,您要考虑这些问题

发布时间:2020-02-18  阅读:291次
 指纹识别技术支持汽车厂商实现用户体验的差异化,开发使用方便的、极具吸引力的汽车个性化操作方式。
 
指纹识别已成为智能手机的常见功能,为手机解锁、支付及密码验证提供方便可信的方式。总体而言,与PIN、密码或在虚拟键盘上绘制图案等其它设备解锁方法相比,指纹传感器是一种速度更快、也更安全的替代方案,因为前者容易被观察和复制。
 
 
 
无论使用哪种认证方案,在某些时候用户都很有可能遇到解锁问题。智能手机小巧的虚拟键盘会导致PIN和密码输入错误,生物识别认证方法也有自己特有的解锁问题。
 
我们将生物识别解锁失败视为“错误拒绝”,在统计学上被特征化为认证方案的错误拒绝率(FRR)。对于移动设备而言,消费者可以容忍较高的FRR,并通过重新输入PIN或多次触摸传感器直至用户指纹被识别,重新完成认证。
 
与此同时,手机普遍采用的指纹识别系统提供的安全系数至少等同于四位PIN,甚至达到建议的六位PIN的水平。手机制造商认为,这足以保护智能手机及其存储数据的风险价值。
 
目前,指纹识别技术不断普及,并被大家所熟知,这也促使汽车制造商开始评估该技术在乘用车上的应用场景。然而,与移动电话上的操作标准相比,指纹传感器在汽车上的操作标准有很大区别。因此,如何在汽车上实现指纹识别技术,汽车制造商面临着一系列的选择。
 
 
本文将探讨这些选择,并阐述为何指纹传感器(FPS)系统特别需要重视为设计人员提供系统特征修改和优化支持的能力。
 
 
 
在安全性与便利性之间做出平衡
 
指纹识别等生物识别技术常被看作是安全相关的功能,以生物密钥的形式实现。但是在汽车环境下,生物识别认证在特定应用场景中会带来问题。实际上,目前最流行的汽车平台应用场景是个性化功能,它更加看重FPS的便利性而不是安全性。
 
要了解指纹识别应用于汽车时的安全局限性,可将汽车与智能手机做对比。在住宅或办公室外,用户几乎随时携带智能手机。这意味着手机失窃的可能性较低。
 
主要的安全风险在于手机上的隐私数据,如果手机被窃或遗失,就可能被破解。但服务提供商和手机制造商可以远程对丢失或被盗的手机执行禁用功能,且大部分手机硬件在“闲置”时会加密,直至输入正确的PIN或密码才能解锁。
 
这些功能意味着,用户能够接受误验证所带来的较低风险,也就是说,除机主之外的某个人触摸FPS,偶然地通过了指纹匹配,这样的风险用户可以接受。手机制造商规定的系统级误验证率FAR<1:100,000,这是很低的误验证风险,但无论如何这种风险依然存在。 
 
应用于汽车锁定系统或点火(启动按钮)的生物识别认证,其应用场景有所不同。汽车属于高价值资产,并且可能长时间处于车主视线外,这使得犯罪分子对盗车的兴致始终不减,无视被擒获的风险。一旦窃贼成功盗取汽车,为了防止车辆被执法人员发现,就可能对它进行改装,然后使用或出售。
 
为了防范失窃风险,汽车制造商不断改善车辆的门禁控制设计,使其很难被攻破。与此同时,汽车制造商意识到无线遥控钥匙等设备一般会留在车内,从而降低车辆安全措施的有效性。此外,虽然遥控钥匙与车载安全模块间无线传输的加密技术一般不可破解,但这种传输容易受到远程和重放攻击。可以说,不存在万无一失的方法来防止车辆失窃或门禁被破解。世界上所有加密技术都不能防止窃贼将汽车拖走。 
 
没有任何一种生物识别认证技术能够单独提供绝对的安全性,也就是FAR为零。为了提高安全性,可采用多因素认证。在车辆门禁方面,预计面部识别将占有一席之地。无线遥控钥匙、车主的可视化ID和按下启动按钮三者结合,可保护车辆避免非授权使用。 
 
因此,作为现有安全措施的补充,指纹识别也将发挥作用。例如,汽车可以将无线遥控钥匙用作主要的门禁控制设备,但同时通过启动按钮上的指纹传感器来增强其安全。在这样的场景下,降低FAR参数设置可提供接近零的错误拒绝率,同时增加额外的认证因素,以提高总体安全性。
 
这种使用场景的难题在于需要将便利性与安全性相结合,在实现FRR为零的同时保持低FAR。这对于所有的生物识别技术而言都是难题,因为FRR(拒绝验证率)和FAR(误验证率)一般呈负相关。松弛匹配算法(最大限度降低错误拒绝率)往往会造成安全性降低的不良后果。这个问题可以通过双因素认证,即指纹和无线遥控钥匙综合认证予以缓解。但是对于在认证过程中要求便利性高于安全性的应用来说,正如智能手机所体现的,FPS是更理想的选择。而且指纹识别的这一特征完全兼容另一种不同的应用场景,即个性化设置。
 
 
按键配置
 
汽车的每位用户都有不同的使用偏好。某些用户着迷于驾驶动感,在乎悬挂设置和速度/燃油经济性间的权衡取舍。另一些用户看重舒适度,包括驾驶员座椅的高度和倾斜度、方向盘的位置、座舱温度等。
 
还有另一些用户,购买汽车的首要考虑是信息娱乐控制台,如中央信息显示器上显示的内容、广播电台选台或其他音频内容、均衡器设置等。只需按下“个性化设置”按钮,就可以立即为该车辆的任意授权用户调整所有这些设置。如果在按钮中内置FPS指纹识别传感器,汽车就可以对控制车辆设置的用户的身份进行自动检测。
 
使用按钮实现这项功能可以带来显著优势。很显然,我们还可以使用其他方法来进行用户认证,如面部识别或虹膜识别。这些技术都能够自动运行。但按钮体现的是用户的意图和许可。用户通过按下FPS按钮来确定自己的偏好。
 
为什么这样做很重要?假设母亲正在驾驶车辆,她十多岁的孩子坐在前排副驾位置上。面部识别摄像头能自动识别母亲并根据她的偏好修改所有设置。不过,她的孩子可能有完全不同的音乐和空调温度偏好。使用FPS按钮,汽车乘员可以选择这次出行中究竟采用谁的偏好。
 
在确认车内支付停车费、入口费、过路费等费用时,按下按钮确认意图和许可也有优势,因为这可以避免未经驾驶员同意而支付款项。
 
 
设计考虑:需要快速、简便的修改
 
有多种因素会影响FPS的操作及其用户体验。这些因素包括:
 
嵌入按钮表面的机械设计及其可用空间。
电气环境,包括电磁干扰的幅度和频率。
所要求的FRR和FAR等工作参数。
 
这些因素彼此关联,即一个因素的变化会影响有关其它因素的决策。出于这个原因,每个FPS按钮设计都不一样。这就需要系统设计人员使用相关工具灵活地修改原型,并在预设工作条件下测试其功能。
 
这也凸显出需要一个能够加速迭代设计的平台。目前,有多家供应商为汽车系统设计人员提供平台化指纹识别设计方法。这些平台提供的方法可以实现指纹识别的两项基本功能:
 
指纹感应
指纹匹配
 
对于指纹感应,关键参数是实际指纹感应区域的大小。感应区域越大,采集的指纹数据越多。采集的生物识别数据越多,任何给定FAR设置下的FRR性能就越优异。
 
出于这一原因,赛普拉斯半导体公司的FPS模块采用衬底上加传感器的架构(图1)。这种架构的传感器大小与安装在下方的传感器控制器芯片的大小无关。相比之下,芯片传感器实现方案将传感元件内嵌在芯片内,加大传感器尺寸就要加大芯片尺寸,进而增加成本。
 
 
图1赛普拉斯开发的这类FPS模块均采用衬底上加传感器的架构。无论传感器面积大小如何,控制器芯片的大小始终保持不变。
 
采用衬底上加传感器的架构,增大传感器的尺寸对系统成本的影响微乎其微。这就让OEM厂商能自如地对不同的传感器大小进行实验,在性能与机械设计间做出最佳的权衡取舍,而不必在性能和成本间陷入两难。此外,还可以方便地在传感器表面添加涂层和覆盖层,便于匹配合适的表面与纹理。
 
衬底上加传感器的架构,另一大优势在于控制器芯片本身是可编程的片上系统。引脚分配和I/O配置等关键运行参数能够在软件中轻松修改,而不必改动芯片本身或电路板布局。这有助于加速试验进程和加快设计迭代。赛普拉斯FPS平台提供了指纹匹配模组(FPMM)参考设计。FPMM评估套件(图2)中就包含了这种参考设计模组。
 
 
图2随同赛普拉斯FPMM评估套件提供的指纹匹配模组(FPMM)参考设计可以支持赛普拉斯FPS平台。
 
进行指纹匹配时,需要使用认证软件,比如Precise Biometrics提供的认证软件。为了尽可能方便地使用并帮助OEM厂商将各项功能用于他们的设计,该认证软件应具备灵活性:
 
注册灵活性:OEM厂商可以修改注册图像的数量,方便用户使用或提供初始安全性。
动态模板更新:支持OEM厂商有选择地后续追加指纹图像,以加快注册速度。
旋转不变性:确保手指或指纹传感器360度旋转不会导致FRR性能下降。
快速处理:典型的250ms匹配时间,每增加一个注册手指,匹配时间增加50m
汽车级认证组件:包括传感器和匹配MCU
 
FPMM采用即用型软件进行预编程。该模组可选配两种指纹匹配控制器,即赛普拉斯PSoC 6或赛普拉斯FM4微控制器。指纹匹配软件栈可以轻松地移植到其它基于Arm Cortex内核的MCU上,方便OEM厂商将解决方案移植到他们为量产设计选定的MCU平台。
 
FPMM架构具有很高的集成度:指纹图像在本地FPS模组中进行处理和认证,这种方式的优势在于不必加密/解密指纹图像(在汽车中控台上进行远程匹配时系统需要这项功能),就能保护指纹图像在经车载网络设施传输的过程中不会被篡改或侵入。
 
 
工具与测试
 
通过采用模块化平台开发指纹识别按钮,汽车OEM厂商可以不必关注详细的电容传感器功能,而是重点关注会对用户体验产生影响的参数配置。例如,可以使用直观的整套工具来配置赛普拉斯FPMM。入门级指纹识别工具可选用赛普拉斯的评估软件(图3)。该评估软件提供一整套共22个API,用于对生物识别子系统进行全面控制。演示软件可以轻松进行系统初期搭建和集成。
 
 
图3赛普拉斯TrueTouch主机模拟器工具能直观地评估和配置FPS性能。
 
该工具支持的功能包括:
 
可用性评估
指纹采集
FAR/FRR评估与性能测试
用户体验评估
 
量产工具包括模组厂商用于质量控制的生产测试套件(MTK)。
 
今天,指纹识别技术能够帮助汽车制造商采取各项措施实现用户体验的差异化,同时开发出使用方便且极具吸引力的个性化汽车操作方式。通过易获取的商用元件、模组、软件和工具,可以进行快速的原型设计,帮助设计人员在性能、尺寸和成本方面实现最佳平衡。
 
随着汽车行业在指纹感应应用方面的经验日益丰富,指纹感应有望在更广阔的应用中进一步推广,比如通过指纹感应遥控开锁/启动按钮,增强无线遥控钥匙等传统设备的安全性。

来源: Cypress赛普拉斯半导体

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