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Fingerabdrucksensor: So funktioniert der biometrische Scan

Fingerabdrucksensor mit Fragezeichen
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Er steckt in zahlreichen Smartphones und wird von uns wie selbstverständlich genutzt. War der Fingerabdrucksensor im Smartphone vor einigen Jahren noch etwas ganz Besonderes, ist er heute nicht mehr wegzudenken. Doch die wenigsten Nutzer wissen wie er funktioniert und wie sicher die Technik ist. Wir klären Dich auf!

Es ist so einfach: Der Finger wird aufgelegt und schon ist das Handy entsperrt. Der Fingerabdrucksensor macht uns das Leben einfach, weil wir ganz bequem und schnell an unsere Daten kommen. Das Feature wird seit 2013 eingesetzt. Im Jahr 2018 ist der Sensor nicht nur in den Top-Smartphones der Hersteller angekommen, sondern kommt auch in Mittelklasse– und sogar Einsteigermodellen von Honor, Samsung, Huawei und vielen anderen zum Einsatz. Pionier der Fingerabdruckscanner in Smartphones war Apple. Das iPhone 5s wurde für die Touch ID, wie Apple sie taufte, gefeiert. Als erste biometrische Identifizierungsmethode in Smartphones sollte sie eine hohe Sicherheit gewähren.

Fingerabdrücke werden schon seit vielen Jahren in der Kriminalistik und zur eindeutigen Identifizierung benutzt. Hintergrund ist die Beschaffenheit der Abdrücke. Jeder Mensch hat einen einzigartigen Fingerabdruck, der nicht einmal bei eineiigen Zwillingen gleich ist. Wissenschaftler sprechen von biometrischen Merkmalen. So kann jeder Mensch eindeutig identifiziert werden.

So wird Dein Abdruck gescannt

Zum Scan des Fingerabdrucksensors gibt es zwei gängige Methoden – die kapazitive und die optische. Beide haben gemeinsam, dass sie ein Bild des Fingerabdrucks schießen und zum Abgleich zu Rate ziehen, wenn ein neuer Finger auf den Sensor gelegt wird. Die Technologien dahinter unterscheiden sich jedoch stark.

Zu diesem Fingerabdrucksensor gehört ein ladungsgekoppeltes Bauteil, das unterhalb der Auflagefläche für den Finger verbaut wird. Dabei handelt es sich um einen Sensor, der auch in Digitalkameras eingesetzt und CCD genannt wird. In diesem Bauteil sind lichtempfindliche Dioden enthalten, die zur Aufnahme des Bildes benötigt werden. Zusätzlich kommt eine eigene Lichtquelle zum Einsatz. Wird ein Finger auf die Fläche gelegt, nehmen die Dioden verschiedene Helligkeitswerte wahr. Dunkle Bereiche sind die charakteristischen Papillarleisten, die Fingerrillen, hellere Bereiche sind die Zwischenräume. Das Bild, das die Dioden aufnehmen wird von einem Analog-zu-Digital-Konverter zu elektrischen Signalen umgewandelt. Am Ende entstehen digitale Muster, die abgespeichert werden können. Beim Entsperren, wird in Sekundenschnelle verglichen, ob das aufgelegte Muster mit den gespeicherten Daten übereinstimmt.

Diese Technik basiert auf elektrischer Ladung. Auf dem Fingerabdruckscanner befindet sich in diesem Fall eine leitende Siliziumschicht, darunter ein Netz aus tausenden winzigen Kondensatorzellen. Diese sitzen auf einem Sensorchip. Wird der Finger auf die Siliziumschicht gelegt verändert sich die elektrische Ladung. Das passiert allerdings nur an den Stellen, an denen die Fingerrillen aufliegen. Dort wo keine Rillen sind, bleibt die Ladung gleich. Ein Operationsverstärker mit integriertem Schaltkreis und ein Analog-zu-Digital-Konverter wandeln das Ganze in ein digitales Bild des Fingerabdrucksensors um.

Ein Sensor hat sich durchgesetzt

Fingerabdrucksensoren, die mit elektrischer Ladung arbeiten, haben sich gemeinhin durchgesetzt. Der optische Sensor ist zwar einfacher zu bauen, aber auch deutlich leichter zu täuschen. Hier reicht es aus, ein hochauflösendes Foto des Fingerabdrucks auf den Sensor zu drücken. Die Kondensator-Methode hingegen ist nicht so einfach überlisten. Um noch besser vor Betrügern zu schützen, testen viele Sensoren heutzutage, ob das aufegelegte Material lebendig ist oder nicht. Dazu werden Infrarot-Sensoren verbaut, die erkennen, ob Gewebe tot oder lebendig ist. Lebendes reflektiert Infrarotstrahlen, während totes Gewebe sie absorbiert.

Infrarot erkennt, ob der aufgelegte Finger tot oder lebendig ist.
Infrarotsensoren helfen vor Betrügern zu schützen. Sie werden eingesetzt, um totes oder lebendiges Gewebe zu erkennen.

Neue Entwicklungen in diesem Bereich

Auf dem MWC 2017 in Shanghai haben Qualcomm und Vivo den ersten Ultraschall-Fingerabdrucksensor vorgestellt. Er bietet gegenüber den anderen Sensoren viele Vorteile. So kann er beispielsweise unter dem Display versteckt werden. Der Ultraschall-Sensor schickt Ultraschallwellen aus, die von der Haut geschluckt oder zurückgeworfen werden. Mithilfe der Schallwellen, die zurückgesendet wurden, kann ein Muster des Fingerabdrucks angefertigt werden. Werden alle Wellen einbezogen, entsteht am Ende ein 3D-Modell des Fingers. Mit diesem dürfte es noch schwieriger sein, den Sensor zu überlisten. Das erste Smartphone, das mit der Technologie ausgestattet ist, ist das Vivo X20, das vermutlich ab Ende September erhältlich sein wird.

Fingerabdruckscanner im SmartphoneNeben dieser Methode ist noch eine weitere im Gespräch. Apple hatte sich im vergangenen Jahr ein Patent gesichert, das darauf hindeutet, dass der Hersteller an einem akustischen Fingerabdrucksensor arbeitet. Die Gerüchteköche vermuteten, dass dieser schon im iPhone 8 oder iPhone X zum Einsatz kommen könnte. Stattdessen verzichtete Apple ganz auf die bisher so beliebte Touch-ID und setzte nur die Gesichtserkennung ein. Ob der Hersteller weiterhin an der Methode arbeitet ist nicht bekannt.

Wenige Sekunden reichen für den Abgleich

Wer seinen Fingerabdruck zum Entsperren seines Smartphones scannt, muss seine Fingerkuppe nur wenige Sekunden auf den Scanner halten. Das liegt daran, dass zum Abgleich nur ein Teil des Fingerabdruckes benötigt wird. Neben dem Sensor kommen im Smartphone noch die passende Software und integrierte Schaltkreise zur Auswertung zum Einsatz. Diese suchen nach sogenannten Minuzien – Besonderheiten wie Verzweigungen, Enden, Spiralen und Unterbrechungen der Papillarleisten. Für einen erfolgreichen Abgleich werden nur 40 Minuzien benötigt. So ist es möglich, dass Du nur die Fingerkuppe für wenige Sekunden auf Dein Handy halten musst, um dieses zu entsperren.

Die Daten zu Deinem Fingerabdruck werden auf Deinem Smartphone übrigens nicht als Grafik, sondern als sogenannter Hashcode gespeichert. Dieser kann von Hackern zwar ausgelesen aber nicht zu einem Bild Deines Fingerabdruckes zurückgerechnet werden.

Ist der Fingerabdruck sicher?

FingerabdruckKeine Sicherungsmethode garantiert Dir, dass Deine Daten zu 100 Prozent gesichert sind. Auch der Fingerabdruckscanner kann ausgetrickst werden. Wissenschaftler haben 2017 einen Universal-Fingerabdruck entwickelt, mit dem zwei von drei Handys entsperrt werden können. Sie nutzten eine Schwäche der Entsperr-Methode: Der Scanner ist viel zu klein, um einen ganzen Fingerabdruck aufzunehmen. Stattdessen werden immer nur Teilabdrücke genommen. Mit einigen Abgleichen fanden sie heraus, dass Fingerabdrücke in ihrer Zusammensetzung zwar einzigartig sind, das aber nicht auf die Teilabdrücke zutrifft. Der Universalfinger, den sie zusammenbauten, konnte mit seinen Teilabdrücken weit über 60 Prozent der getesteten Handys entsperren. Hier bietet die biometrische Identfikation also keinen 100-prozentigen Schutz. Dass Du als Nutzer im Alltag aber um Deine Daten fürchten musst, ist unwahrscheinlich. Denn ein solcher Universalfinger ist aufwändig in der Herstellung. Dass ein Hacker es tatsächlich mit einem solchen „Schlüssel“ auf Dein Smartphone abgesehen hat, ist unwahrscheinlich. Trotzdem raten wir davon ab, Käufe im Netz über den Fingerabdruck zu aktivieren. Zudem solltest Du Dein Smartphone im besten  Fall zusätzlich mit einem Passwort oder einer anderen Sicherungsmethode sichern. Der Fingerabdruck ist nicht die Methode Deiner Wahl? Hier klären wir Dich über eine andere Methode auf.

In diesen Smartphones stecken Fingerabdrucksensoren:
Huawei P20, Huawei P10, Samsung Galaxy S9, Samsung Galaxy S8, iPhone 8, Honor View10, Sony Xperia XZ2, OnePlus 5T, LG V30, Google Pixel 2 und Nokia 8.

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