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[17500] 2017-12-04_极棒上海站深度剖析手机指纹的“马奇诺防线”

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2017-12-04_极棒上海站深度剖析手机指纹的“马奇诺防线” 极 棒 上 海 站 深 度 剖 析   |   手 机 指 纹 的 “ 马 奇 诺 防 线 ” G e e k P w n   2 0 1 7 - 1 2 - 0 4 以 下 文 章 来 源 于 百 度 安 全 实 验 室   ， 作 者 小 灰 灰 本 文 作 者 小 灰 灰 ， 百 度 安 全 研 究 员 、 极 棒 获 胜 选 手 本 文 作 者 小 灰 灰 ， 百 度 安 全 研 究 员 、 极 棒 获 胜 选 手 （ 授 权 转 自 “ 百 度 安 全 实 验 室 ” ） 如 今 越 来 越 多 的 智 能 设 备 都 采 用 了 各 种 各 样 的 生 物 特 征 识 别 技 术 ， 例 如 指 纹 、 虹 膜 、 人 脸 等 。 在 大 家 心 中 ， 这 些 生 物 识 别 都 是 安 全 性 极 高 ， 不 会 有 风 险 的 。 但 是 我 们 深 入 研 究 后 发 现 ， 其 实 这 些 生 物 特 征 识 别 技 术 都 存 在 传 感 器 容 易 被 欺 骗 的 安 全 问 题 。 在 今 年 的 1 0   月 2 4   日 举 行 的   G e e k P w n   大 赛 上 ， 我 也 向 大 家 展 示 了 常 见 生 物 特 征 识 别 的 破 解 s h o w 。 由 于 现 场 电 源 干 扰 的 原 因 导 致 指 纹 采 集 噪 点 过 多 ， 指 纹 破 解 s h o w   存 在 些 小 的 问 题 没 有 成 功 展 示 。 应 安 全 界 朋 友 邀 请 ， 特 以 本 文 对 手 机 指 纹 的 安 全 问 题 做 深 入 剖 析 。   G e e k P w n   上 海 站 现 场 视 频 为 了 更 清 晰 的 给 大 家 展 示 指 纹 识 别 使 用 过 程 中 的 安 全 风 险 ， 同 时 也 是 希 望 各 个 手 机 厂 商 增 强 对 指 纹 识 别 传 感 器 的 安 全 性 重 视 ， 百 度 安 全 实 验 室 对 常 见 手 机 型 号 进 行 了 大 量 测 试 ， 编 写 并 发 布 了 这 个 智 能 设 备 指 纹 安 全 调 研 报 告 ， 包 含 指 纹 识 别 的 原 理 、 攻 击 方 法 、 测 试 统 计 等 。 测 试 结 果 非 常 令 人 忧 虑 ， 所 有 测 试 品 牌 和 指 纹 芯 片 都 没 有 承 受 我 们 的 5 - 5   攻 击 （ 制 作 过 程 不 超 过 5   分 钟 ， 耗 材 不 超 过 5   角 钱 ） 。 我 们 呼 吁 手 机 厂 商 以 及 指 纹 芯 片 厂 商 重 视 这 个 威 胁 ， 保 持 对 持 续 对 抗 的 技 术 投 入 ， 并 且 在 重 要 场 合 使 用 复 合 认 证 技 术 ， 不 要 采 用 单 一 指 纹 认 证 做 大 额 转 账 等 高 敏 感 操 作 授 权 。 同 时 我 们 也 需 要 指 出 ， 实 现 手 机 上 的 假 指 纹 攻 击 需 要 攻 击 者 拿 到 对 方 手 机 这 个 前 提 ， 而 对 于 大 部 分 国 内 用 户 而 言 ， 这 个 风 险 并 不 大 。 指 纹 解 锁 和 指 纹 支 付 目 前 已 经 十 分 流 行 ， 在 网 络 环 境 下 也 比   P i n   C o d e / P a s s w o r d   等 传 统 手 段 更 安 全 。 我 们 不 希 望 普 通 用 户 因 为 这 个 安 全 百 度 安 全 实 验 室 百 度 安 全 实 验 室   . 百 度 安 全 实 验 室
问 题 产 生 对 指 纹 识 别 验 证 的 恐 慌 。 同 时 我 们 也 提 醒 带 有 指 纹 识 别 功 能 的 手 机 用 户 ： 请 妥 善 保 管 自 己 的 手 机 ， 防 止 他 人 轻 易 拿 到 。 只 要 坏 人 拿 不 到 手 机 ， 指 纹 复 制 攻 击 也 是 无 法 实 施 的 ； 而 手 机 一 旦 落 到 坏 人 手 中 ， 指 纹 复 制 攻 击 将 可 能 是 他 们 最 好 的 突 破 口 。 1     指 纹 图 像 提 取 原 理 指 纹 图 像 提 取 原 理 现 阶 段 ， 任 何 一 种 生 物 特 征 识 别 ， 都 是 通 过 传 感 器 把 生 物 特 征 投 影 成 像 为 数 字 信 号 ， 指 纹 也 不 例 外 。 具 体 来 说 分 为 指 纹 图 像 提 取 、 预 处 理 、 特 征 提 取 、 比 对 等 步 骤 。 图 1   指 纹 图 像 提 取 原 理             根 据 指 纹 图 像 提 取 技 术 的 不 同 ， 现 阶 段 主 要 分 为 光 学 指 纹 识 别 模 块 、 半 导 体 （ 电 容 ） 指 纹 识 别 模 块 两 大 类 。 我 们 希 望 通 过 对 这 些 指 纹 图 像 提 取 模 块 工 作 原 理 的 介 绍 ， 让 大 家 对 硬 件 传 感 器 层 面 有 更 直 观 更 深 入 的 了 解 ， 同 时 便 于 对 后 续 攻 击 方 法 的 整 体 理 解 。 1 . 1   光 学 指 纹 识 别 因 为 这 个 技 术 应 用 的 最 早 ， 现 在 依 然 有 很 多 门 禁 、 打 卡 机 等 等 在 使 用 这 种 技 术 。 技 术 原 理 是 利 用 光 的 折 射 和 反 射 。 优 点 是 造 价 低 、 可 靠 性 高 。 不 过 由 于 光 学 本 身 的 特 点 ， 所 以 想 要 集 成 到 小 模 块 当 中 ， 应 用 到 手 机 上 是 个 难 点 。 另 外 光 学 指 纹 识 别 之 前 有 一 个 麻 烦 的 地 方 ， 就 是 如 果 手 上 有 油 污 或 者 汗 水 ， 识 别 效 果 就 会 大 幅 度 降 低 。   当 光 源 在 全 反 射 角 以 上 ， 就 是 光 源 侧 着 照 进 去 时 ， 光 线 会 侧 着 反 射 出 去 ， 在 反 射 光 的 角 度 用 镜 头 拍 摄 ， 就 能 拍 到 很 亮 的 背 景 。 如 果 指 纹 在 棱 镜 表 面 光 源 照 亮 的 区 域 接 触 ， 那 么 指 纹 凸 出 的 部 分 （ 脊 线 ） 和 棱 镜 接 触 ， 凹 下 的 部 分 （ 谷 线 ） 不 会 接 触 ， 接 触 部 分 因 为 全 反 射 效 应 会 有 一 个 受 抑 制 的 情 形 （ 光 线 从 脊 线 接 触 的 地 方 透 射 出 去 了 ） ， 反 射 光 的 对 应 区 域 会 变 弱 ， 这 时 候 C M O S   传 感 器 会 收 到 一 个 脊 线 暗 、 谷 线 亮 的 图 像 ， 原 理 图 如 图 2   所 示 ：
图 2   光 学 指 纹 模 块 工 作 原 理 （ 全 反 射 角 以 上 ）   而 当 光 源 在 全 反 射 角 以 下 时 ， 光 线 从 正 下 方 射 入 ， 这 时 候 光 线 不 会 从 棱 镜 上 透 射 出 去 ， 但 是 手 指 与 棱 镜 接 触 的 区 域 ， 光 线 会 发 生 所 有 角 度 的 散 射 ， 这 时 候 就 会 出 现 凸 出 的 脊 线 部 分 为 亮 （ 看 起 来 就 像 是 接 触 到 玻 璃 的 脊 线 把 光 都 导 走 了 并 且 亮 了 ） ， 谷 线 为 暗 （ 没 有 接 触 的 部 分 C M O S   看 到 的 是 黑 色 底 板 反 射 的 黑 像 ） ， 这 样 就 可 以 形 成 指 纹 图 像 ， 例 如 我 手 中 的 光 学 指 纹 模 块 就 是 这 种 ， 工 作 时 成 像 如 图 3   所 示 。 当 没 有 手 指 放 入 的 时 候 ， 由 于 C M O S   只 看 到 了 反 射 的 黑 底 板 ， 会 呈 现 全 黑 的 图 像 ， 光 路 图 如 图 4   所 示 。 图 3   C M O S   传 感 器 看 到 的 指 纹 成 像     图 4   光 学 指 纹 模 块 光 路 图 部 分 （ 全 反 射 角 以 下 ） 图 5   F P C   1 0 4 2   光 学 指 纹 模 块 整 体 结 构 图   图 6   左 边 是 这 款 F P C   1 0 4 2   光 学 指 纹 识 别 模 块 采 集 到 的 图 像 ， 其 他 光 学 型 号 类 似 ， 特 点 是 图 像 分 辨 率 较 低 、 间 断 点 较 多 、 受 手 湿 等 影 响 较 大 。 例 如 图 6   右 边 是 在 手 上 有 水 的 情 况 下 的 指 纹 成 像 。   图 6   光 学 指 纹 模 块 采 集 到 的 图 像 以 及 手 上 有 水 时 的 成 像   1 . 2   电 容 指 纹 识 别
电 容 式 指 纹 识 别 要 比 光 学 式 的 复 杂 许 多 ， 其 原 理 是 将 压 力 感 测 、 电 容 感 测 等 感 测 器 整 合 于 一 块 芯 片 中 ， 当 指 纹 按 压 芯 片 表 面 时 ， 会 感 应 放 出 瞬 间 电 压 导 向 手 指 （ 我 们 会 发 现 各 种 电 容 传 感 器 周 围 都 会 有 一 圈 金 属 圈 ， 为 的 就 是 把 电 荷 导 向 手 指 ） ， 这 时 硅 传 感 器 成 为 电 容 的 一 个 极 板 ， 手 指 则 是 另 一 极 板 ， 每 一 个 像 素 的 电 容 感 测 器 会 根 据 指 纹 波 峰 与 波 谷 距 传 感 器 距 离 的 不 同 而 产 生 相 应 的 电 荷 差 ， 最 终 所 有 像 素 的 感 测 器 形 成   8 b i t   的 灰 度 图 像 ， 原 理 图 如 图 7   所 示 。 图 7   电 容 指 纹 识 别 模 块 原 理   图 8   F P C   1 0 2 0   电 容 指 纹 传 感 模 块 （ 传 感 器 + 主 控 ）   这 里 以 国 内 常 见 的 F P C   1 0 2 0   电 容 指 纹 传 感 器 为 例 ， 给 大 家 介 绍 下 结 构 。   我 们 可 以 发 现 ， 采 集 部 分 结 构 比 较 简 单 ， 由 一 个 比 5   角 硬 币 还 小 的 传 感 器 便 完 成 了 采 集 任 务 ， 相 比 于 光 学 传 感 器 体 积 小 、 集 成 度 高 。 所 以 这 种 传 感 器 广 泛 应 用 于 手 机 、 便 携 设 备 等 地 方 。 （ 例 如 早 期 指 纹 手 机 H   厂 商 的 M   系 列 就 是 直 接 采 用 的 这 片 F P C 1 0 2 0   传 感 器 ， 国 内 很 多 高 级 门 锁 、 保 险 箱 也 是 采 用 的 这 款 ）   图 9   是 这 款 电 容 指 纹 识 别 模 块 采 集 到 的 图 像 ： 图 9   电 容 指 纹 传 感 器 采 集 到 的 指 纹 图 像 从 图 像 中 我 们 可 以 明 显 感 觉 到 采 集 精 度 、 抗 干 扰 等 相 比 光 学 指 纹 传 感 器 都 有 了 明 显 提 高 ， 同 时 采 集 速 度 也 快 了 很 多 。   这 些 指 纹 模 块 一 般 都 支 持 二 次 开 发 （ 传 感 器 + 主 控 芯 片 ） ， 具 有 指 纹 图 像 采 集 、 指 纹 比 对 的 功 能 ， 既 可 以 使 用 内 置 算 法 对 获 取 图 像 进 行
特 征 匹 配 给 出 结 果 ， 又 可 以 支 持 图 片 下 载 到 用 户 端 进 行 其 他 算 法 的 匹 配 、 公 民 指 纹 图 像 采 集 等 。 我 们 主 要 是 用 了 其 中 的 图 片 下 载 功 能 对 指 纹 进 行 复 制 、 研 究 。 而 手 机 中 、 我 们 平 常 见 到 的 指 纹 锁 等 ， 不 会 存 储 用 户 的 指 纹 图 像 ， 仅 会 存 储 几 组 指 纹 的 特 征 数 。 2     指 纹 识 别 匹 配 算 法 指 纹 识 别 匹 配 算 法 最 基 础 的 指 纹 图 像 已 经 获 取 到 ， 有 的 同 学 可 能 会 认 为 指 纹 的 匹 配 就 是 用 传 感 器 现 在 获 取 到 的 指 纹 图 像 与 最 初 存 储 的 图 像 做 比 对 。 实 际 上 考 虑 传 输 以 及 存 储 成 本 、 效 率 等 问 题 ， 指 纹 的 识 别 匹 配 算 法 是 通 过 对 传 感 器 获 取 到 的 指 纹 图 像 进 行 迅 速 提 取 特 征 ， 对 特 征 进 行 比 对 实 现 的 。   整 体 的 特 征 提 取 需 要 如 下 步 骤 ： 图 像 预 处 理 、 指 纹 图 像 增 强 、 二 值 化 、 细 化 、 提 取 特 征 点 等 。 其 中 指 纹 图 像 增 强 方 面 最 为 重 要 ， 众 多 学 者 做 了 大 量 研 究 工 作 。 图 1 0   指 纹 识 别 匹 配 算 法 流 程   由 于 网 上 关 于 指 纹 识 别 算 法 信 息 很 少 ， 没 有 较 为 完 整 的 实 现 ， 部 分 实 现 方 法 也 千 奇 百 怪 （ 甚 至 有 通 过 图 片 相 似 度 实 现 ， 效 果 大 打 折 扣 ） 。 我 们 通 过 分 析 实 际 使 用 的 指 纹 系 统 并 查 阅 大 量 论 文 ， 给 大 家 整 理 下 一 般 的 指 纹 识 别 算 法 流 程 ， 并 通 过 代 码 实 现 ， 希 望 通 过 这 些 具 体 的 步 骤 ， 让 大 家 更 直 观 的 理 解 指 纹 识 别 软 件 层 面 的 处 理 、 识 别 方 法 。 2 . 1   预 处 理 我 们 以 上 面 通 过 电 容 传 感 器 得 到 的 指 纹 为 例 ， 这 张 图 片 的 主 要 问 题 有 ： 图 1 1   电 容 传 感 器 采 集 到 的 指 纹 图 像 以 及 存 在 的 问 题   首 先 进 行 图 像 预 处 理 ， 主 要 是 规 格 化 和 图 像 分 割 。 规 格 化 是 把 不 同 原 图 像 的 平 均 灰 度 和 对 比 度 调 整 到 一 个 固 定 的 级 别 ， 为 后 续 处 理 提 供 一 个 较 为 统 一 的 图 像 规 格 ， 以 减 少 不 同 指 纹 图 像 之 间 的 差 异 。 图 像 分 割 是 把 指 纹 前 景 区 与 背 景 区 分 开 。 指 纹 图 像 的 前 景 区 是 由 脊 线
和 谷 线 交 替 组 成 的 ， 其 灰 度 统 计 特 性 中 局 部 灰 度 方 差 比 较 大 ， 而 指 纹 图 像 的 背 景 区 ， 这 一 值 是 很 小 的 。 基 于 这 一 特 性 ， 可 以 利 用 图 像 的 局 部 方 差 对 指 纹 图 像 进 行 分 割 ， 去 除 无 用 图 像 部 分 。   图 1 2   是 通 过 局 部 方 差 获 取 到 的 图 像 分 割 边 界 ， 后 续 处 理 都 是 在 这 个 边 界 里 进 行 ： 图   1 2   边 界 计 算 后 的 图 像 蒙 版 图   1 3   指 纹 的 方 向 场   2 . 2   图 像 增 强 这 里 首 先 介 绍 下 指 纹 的 图 像 增 强 处 理 。 我 们 通 过 图 6   以 及 图 9   可 以 知 道 ， 通 过 传 感 器 采 集 到 的 指 纹 纹 理 并 不 是 十 分 清 晰 ， 而 且 经 常 会 伴 有 中 断 、 粗 细 不 均 等 现 象 。 为 了 “ 修 复 ” 这 些 瑕 疵 ， 让 指 纹 特 征 更 好 的 体 现 出 来 （ 例 如 让 纹 理 看 起 来 更 平 滑 、 统 一 ） ， 引 入 了 这 种 处 理 方 法 ， 利 用 相 关 的 算 法 完 成 修 复 增 强 效 果 。   首 先 我 们 来 求 一 下 方 向 场 和 频 率 。 方 向 图 是 指 纹 图 像 中 脊 的 走 向 所 构 成 的 点 阵 ， 是 指 纹 图 像 的 一 种 变 换 表 示 方 法 ， 它 包 含 了 指 纹 形 状 和 特 征 点 的 重 要 信 息 。 这 些 信 息 为 后 续 的 去 除 指 纹 干 扰 以 及 噪 点 滤 波 ， 提 供 了 每 个 块 的 重 要 的 方 向 、 频 率 信 息 ， 作 为 一 个 重 要 的 参 数 传 递 给 下 一 步 的 方 向 滤 波 。   L i n   H o n g   等 人 提 出 了 一 种 利 用 梯 度 算 子 求 取 方 向 图 的 方 法 。 通 过 这 种 算 法 ， 得 到 上 面 指 纹 的 方 向 场 图 像 ， 同 时 存 储 方 向 场 数 组 （ 大 家 仔 细 观 察 ， 每 个 块 的 方 向 跟 对 应 位 置 的 指 纹 纹 理 走 向 是 一 致 的 ） ， 如 图 1 3   所 示 。   下 面 我 们 来 引 入 对 指 纹 纹 路 的 滤 波 优 化 。 一 般 一 幅 指 纹 图 像 是 脊 线 和 谷 线 组 成 的 线 条 状 图 像   , 因 此 其 灰 度 直 方 图 应 表 现 明 显 的 双 峰 性 质 ,   但 是 由 于 指 纹 采 集 时 受 到 各 种 噪 声 的 影 响 （ 采 集 设 备 污 染 、 手 指 干 燥 、 脱 皮 等 ） ， 使 得 实 际 得 到 的 灰 度 直 方 图 往 往 并 不 呈 现 双 峰 性 质 ， 并 且 伴 有 中 断 、 纹 路 深 浅 、 粗 细 不 均 等 （ 可 参 见 图 6   的 情 况 ） 。 因 此 一 般 的 基 于 灰 度 像 素 处 理 的 图 像 增 强 方 法 如 色 阶 调 整 、 直 方 图 校 正 、 对 比 度 增 强 、 锐 化 等 很 难 取 得 明 显 的 效 果 （ 大 家 可 以 把 这 些 图 像 放 到 P S   里 各 种 处 理 ， 发 现 不 管 怎 么 处 理 ， 不 均 匀 的 粗 细 、 中 断 等 都 无 法 解 决 ） 。   为 了 解 决 这 些 问 题 ， 我 们 尝 试 使 用 G a b o r   滤 波 对 指 纹 图 像 进 行 处 理 。 对 于 指 纹 图 像 ,   局 部 区 域 的 纹 线 分 布 具 有 较 稳 定 的 方 向 和 频 率 ， 根 据 这 些 方 向 和 频 率 数 值 ， 如 果 尝 试 设 计 出 相 应 的 带 通 滤 波 器 就 能 有 效 地 在 局 部 区 域 对 指 纹 进 行 修 正 和 滤 波 。 由 于 G a b o r   滤 波 器 可 以 同 时 在 时 域 和 频 域 上 获 得 最 佳 的 分 辨 率 ， 具 有 良 好 的 带 通 性 和 方 向 选 择 性 ， 可 以 采 用 G a b o r   滤 波 器 来 实 现 指 纹 图 像 的 增 强 。 经 过 滤 波 器 的 增 强 ， 指 纹 图 像 会 变 得 粗 细 均 匀 、 平 滑 、 修 补 间 断 点 等 。
图 1 5   G a b o r   滤 波 器 的 一 般 形 式   图 1 5   即 为 G a b o r   滤 波 器 的 一 般 形 式 ， 其 中 Φ   表 示 滤 波 器 的 方 向 ， f     表 示 脊 线 形 成 的 正 弦 波 频 率 ， δ x   和 δ y   为 沿   X   轴 和   Y   轴 的 空 间 常 量 ， x 、 y   为 每 个 像 素 的 位 置 。 结 合 之 前 得 到 的 每 个 块 的 方 向 场 数 组 ， 同 时 这 里 设 定 频 率 为 常 数 （ 很 多 研 究 表 明 ， 指 纹 频 率 在 一 定 范 围 内 不 影 响 整 体 滤 波 效 果 ） ， 带 入 处 理 结 果 如 下 ： 图 1 6   使 用   G a b o r   滤 波 器 处 理 后 的 指 纹 图 1 7   细 化 处 理 后 的 指 纹 图 像   通 过 结 果 可 以 看 到 ， 指 纹 图 像 经 过 G a b o r   滤 波 后 变 得 十 分 平 滑 均 匀 ， 这 为 后 续 的 特 征 点 确 定 打 下 基 础 。 2 . 3   二 值 化 及 细 化 指 纹 图 像 二 值 化 的 目 的 是 把 灰 度 指 纹 图 像 变 成   0 、 1   的 二 值 图 像   ,   使 指 纹 的 纹 线 信 息 更 加 清 晰 简 洁 。 二 值 化 方 法 较 为 简 单 ， 主 要 是 根 据 一 个 阈 值 进 行 像 素 去 留 判 断 ， 这 里 就 省 略 。 由 于 指 纹 图 像 二 值 化 以 后   ,   纹 线 仍 具 有 一 定 的 宽 度   ,   为 了 进 一 步 压 缩 数 据   ,   简 化 、 统 一 特 征 提 取 的 计 算 ,   需 对 指 纹 图 像 进 行 细 化 处 理 。 这 里 使 用 基 于 领 域 的 判 断 算 法 ， 决 定 某 个 象 素 该 移 去 还 是 保 留 。 如 图 1 7   既 是 细 化 后 的 指 纹 图 像 。 2 . 4   特 征 点 提 取 最 后 就 是 对 细 化 后 的 指 纹 图 像 取 特 征 点 了 。 提 取 原 则 是 根 据 细 化 后 的 图 像 ， 提 取 分 叉 、 交 汇 、 末 端 、 单 独 点 作 为 特 征 点 ， 同 时 在 一 定 距 离 范 围 内 减 少 过 多 特 征 点 、 删 去 边 界 特 征 点 。 我 们 来 看 下 最 终 提 取 结 果 ：
  图 1 8   指 纹 图 像 的 特 征 点 提 取 结 果 可 见 红 框 中 既 为 指 纹 的 特 征 点 ， 其 中 标 注 出 的 关 键 点 均 是 指 纹 纹 路 的 末 端 、 交 汇 等 。 最 终 把 特 征 点 存 储 在 只 有 指 纹 模 块 才 能 访 问 的 存 储 器 中 。 当 下 一 次 指 纹 进 行 比 对 时 ， 用 同 样 方 式 提 取 特 征 点 ， 并 把 特 征 点 数 组 进 行 逐 个 对 比 。 结 合 手 指 的 一 些 蠕 变 变 形 误 差 、 传 感 器 误 差 等 ， 当 匹 配 误 差 小 于 一 定 阈 值 （ 例 如 使 用 排 序 算 法 ， 逐 个 匹 配 特 征 点 ， 存 在 一 个 点 与 邻 点 的 关 系 和 原 始 特 征 相 比 ， 距 离 误 差 小 于 5 % ， 位 置 角 度 误 差 小 于 1 0   度 ） ， 可 认 为 是 同 一 个 手 指 ， 比 对 通 过 。   我 们 来 总 结 下 传 统 的 指 纹 比 对 识 别 过 程 。 指 纹 纹 路 对 于 每 个 人 来 说 都 是 唯 一 不 变 的 ， 利 用 这 个 特 征 我 们 可 以 用 来 进 行 身 份 验 证 。 但 是 由 于 指 纹 图 像 受 传 感 器 污 染 、 按 压 力 度 大 小 、 脱 皮 、 干 燥 等 影 响 ， 初 始 图 像 并 没 有 很 直 观 、 统 一 的 特 征 ， 同 时 存 在 很 多 噪 点 、 干 扰 ， 需 要 对 其 进 行 进 一 步 归 一 化 、 滤 波 处 理 。 处 理 后 便 可 进 行 指 纹 特 征 的 提 取 ， 以 便 特 征 存 储 或 比 对 。   但 是 由 于 小 型 化 、 易 用 性 的 需 求 ， 现 在 的 指 纹 识 别 传 感 器 在 手 机 上 已 经 做 的 非 常 小 了 ， 需 要 在 更 小 的 空 间 上 对 指 纹 特 征 进 行 识 别 提 取 ， 相 应 的 传 感 器 单 位 面 积 分 辨 率 也 会 大 大 提 高 ， 软 件 识 别 算 法 也 有 些 变 化 。 篇 幅 原 因 ， 这 里 不 做 展 开 。 3     假 指 纹 的 攻 击 实 现 假 指 纹 的 攻 击 实 现 通 过 上 面 对 原 理 的 介 绍 ， 我 们 可 以 了 解 到 ， 手 机 等 设 备 通 过 指 纹 特 征 进 行 特 征 提 取 、 身 份 验 证 。 这 里 面 就 会 存 在 一 个 真 假 指 纹 的 问 题 ， 而 我 们 的 攻 击 目 标 便 是 ： 如 何 制 作 出 一 个 假 指 纹 并 像 真 指 纹 一 样 通 过 验 证 。   通 过 大 量 分 析 研 究 ， 我 们 提 出 了 如 下 两 个 攻 击 思 路 ： 1 .   通 过 指 纹 采 集 的 方 式 获 取 原 始 指 纹 图 像 ， 进 而 制 造 一 个 假 体 指 纹 ， 可 以 通 过 认 证 2 .   通 过 文 件 读 取 等 获 取 到 指 纹 特 征 文 件 ， 根 据 指 纹 特 征 制 造 一 个 假 体 指 纹 ， 可 以 通 过 认 证   由 于 指 纹 特 征 一 般 情 况 下 都 采 用 了 安 全 存 储 ， 平 常 较 难 获 取 到 ， 我 们 这 篇 文 章 主 要 研 究 下 思 路 1 ， 具 体 概 括 如 下 ：   我 们 首 先 通 过 指 纹 膜 的 制 作 ， 证 明 假 指 纹 制 作 的 可 行 性 以 及 活 体 检 测 的 普 遍 缺 失 。 然 后 寻 找 出 获 取 到 一 个 人 的 指 纹 纹 路 图 像 的 有 效 方 法 。 最 后 通 过 指 纹 膜 中 一 些 原 理 的 启 发 ， 结 合 刚 刚 得 到 的 指 纹 纹 路 图 像 ， 制 作 出 可 以 骗 过 传 感 器 的 假 指 纹 。   我 们 希 望 通 过 这 些 探 究 和 实 际 测 试 ， 可 以 给 大 家 直 观 的 展 示 指 纹 识 别 所 存 在 的 安 全 风 险 ， 展 示 一 些 简 单 又 有 效 的 指 纹 采 集 方 式 ， 让 模 块 生 产 商 、 厂 商 、 用 户 对 这 些 攻 击 方 法 予 以 重 视 ， 并 加 以 防 范 改 进 。
3 . 1   重 现   0 0 7   中 的 指 纹 膜 通 过 一 些 影 视 剧 作 品 ， 我 们 可 以 发 现 假 体 指 纹 的 制 造 在 很 多 年 以 前 就 已 经 存 在 了 （ 1 9 7 1   年 的 0 0 7   电 影 首 次 出 现 指 纹 膜 ） ， 现 在 主 要 在 考 勤 机 代 打 卡 、 驾 校 代 签 到 等 场 景 中 有 使 用 。 通 过 万 能 的 X   宝 （ 由 老 司 机 指 点 ， 较 为 隐 蔽 ） ， 我 们 购 买 到 了 指 纹 膜 制 作 套 件 。 套 件 根 据 卖 家 询 问 ： 按 手 指 时 机 器 是 否 发 光 ， 会 推 荐 光 学 或 者 电 容 型 。 我 们 两 种 都 购 买 了 ， 来 研 究 其 制 作 过 程 。   制 作 说 明 （ 参 见 图 1 9 ） ： 1 .   滴 几 滴 蜡 烛 到 纸 上 ， 没 干 透 的 时 候 把 指 纹 印 按 上 ； 2 .   另 取 1   毫 升 胶 ， 3   滴 左 右 固 化 剂 ， 搅 拌 均 匀 ， 将 搅 拌 好 的 胶 转 移 到 刚 才 印 的 指 纹 印 中 间 ， 该 上 个 塑 料 袋 ， 从 中 间 往 两 边 抹 平 ； 3 .   等 一 个 小 时 候 ， 揭 下 指 纹 印 ， 大 功 告 成 。 图 1 9   电 容 版 指 纹 膜 制 作 套 件 及 说 明   图 2 0   手 指 和 指 纹 膜 都 具 有 导 电 性   跟 着 步 骤 做 了 个 模 型 ， 兴 冲 冲 的 测 试 了 多 个 手 机 （ 包 括 几 款 最 新 型 号 ） 、 模 块 （ 包 括 光 学 模 块 ） ， 发 现 均 可 以 顺 利 解 锁 。 同 时 经 过 仪 器 测 试 ， 材 料 中 包 含 导 电 硅 粉 ， 具 有 导 电 性 （ 参 见 图 2 0 ） ， 结 合 之 前 的 成 像 原 理 ， 我 们 可 以 总 结 出 如 下 结 论 ：             不 论 是 光 学 或 者 电 容 传 感 器 ， 根 据 前 面 提 到 的 成 像 原 理 ， 成 像 都 需 要 制 造 出 指 纹 的 凹 凸
各 个 系 统 所 谓 的 活 体 识 别 （ 稍 后 介 绍 各 产 品 在 这 方 面 的 描 述 ） 貌 似 并 没 有 奏 效 的 ， 所 测 试 十 余 款 设 备 均 可 解 锁 如 果 可 以 做 出 具 有 凹 凸 、 任 意 成 型 纹 路 的 假 指 纹 ， 便 可 直 接 骗 过 光 学 传 感 器 如 果 在 这 个 基 础 上 再 实 现 导 电 特 性 ， 便 会 直 接 骗 过 电 容 传 感 器   总 结 一 下 就 是 ： 通 过 测 试 发 现 ， 现 阶 段 设 备 对 假 指 纹 的 鉴 别 非 常 有 限 ， 只 要 复 制 出 指 纹 的 纹 路 并 且 具 有 导 电 特 性 即 可 。   同 时 ， 通 过 制 作 自 己 的 假 指 纹 我 们 已 经 成 功 实 现 了 解 锁 手 机 等 通 过 验 证 。 但 是 这 种 制 作 实 际 上 是 没 有 安 全 风 险 / 攻 击 场 景 的 ！ 我 们 在 制 作 的 过 程 中 ， 需 要 把 手 指 放 到 蜡 烛 等 上 面 去 定 型 制 作 指 纹 模 具 ， 然 后 再 用 其 他 成 型 材 料 去 倒 模 ， 最 终 得 到 指 纹 假 体 。 试 想 ： 谁 会 让 你 去 拿 着 你 的 手 指 去 按 压 、 定 型 呢 ？ 这 只 能 是 一 种 自 己 制 作 自 己 假 指 纹 的 行 为 ， 以 此 来 指 纹 打 卡 签 到 等 。   所 以 ， 我 们 把 攻 击 目 标 确 定 为 ： 获 取 并 仿 制 出 别 人 的 指 纹 纹 路 ， 以 此 来 骗 过 传 感 器 通 过 验 证 。 不 过 首 先 需 要 解 决 第 一 个 问 题 ： 如 何 不 过 首 先 需 要 解 决 第 一 个 问 题 ： 如 何 获 取 到 别 人 的 指 纹 纹 路 信 息 ？ 获 取 到 别 人 的 指 纹 纹 路 信 息 ？ 3 . 2   第 一 步 ： 指 纹 图 像 获 取 经 大 量 测 试 ， 有 以 下 几 种 有 效 途 径 均 可 顺 利 取 到 有 效 指 纹 （ 这 些 方 法 都 可 以 通 过 简 单 的 手 机 相 机 实 现 ， 不 需 要 电 影 里 那 些 玄 乎 的 技 术 ） ：   直 接 获 取 ： 带 有 指 纹 的 高 清 晰 照 片 （ 例 如 领 导 人 挥 手 示 意 时 ） 合 同 、 按 手 印 活 动 等 上 面 的 指 纹 图 像 通 过 模 具 成 型 获 取 到 的 指 纹 （ 例 如 明 星 在 星 光 大 道 留 下 的 掌 印 ， 有 时 精 度 较 低 ） 间 接 获 取 ： 获 取 手 机 、 玻 璃 杯 、 指 纹 模 块 等 上 面 留 下 的 指 纹 痕 迹 用 电 容 指 纹 传 感 器 经 过 伪 装 成 按 钮 、 特 制 的 门 把 手 等 得 到 的 指 纹 下 面 举 例 说 明 。 1 .   合 同 中 指 纹 获 取 ： 使 用 手 机 拍 带 有 指 纹 印 的 合 同 等 ， 即 可 提 取 可 用 的 指 纹 纹 路 信 息 ， 便 于 后 续 假 指 纹 制 作 等 。
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