汽车指纹识别设计注意事项

指纹识别已经被广泛地应用于手机上了，它为解锁设备、验证支付和密码提供了一种方便和可信的方法。一般来说，与其他设备相比（如pin、密码或在虚拟键盘上输入的模式，这些都很容易被观察和复制），指纹传感器提供了一种更快、更安全的选择。

无论使用哪种身份验证方案，用户都可能会在某些时候遇到解锁问题。智能手机上的微型虚拟键盘会导致PIN和密码的键入错误，而生物特征识别方法也存在着一些解锁问题。

生物识别解锁失败被视为“nuisance rejects”，并被统计描述为身份验证方案的错误拒绝率（FRR）。对于移动设备，消费者可以容忍明显的FRR，并通过重新输入PIN或进行多次触摸传感器进行重新验证，然后才能接受用户的指纹。

与此同时，通常应用于手机的指纹识别系统提供的安全性至少相当于最小四位PIN（数字识别码），甚至是推荐的六位PIN的安全性。手机制造商认为这足以保护智能手机及其所含数据的风险值。

如今，指纹识别的普及和熟悉程度正在促使汽车制造商评估这项技术在乘用车上的应用。但是，车辆中指纹传感器的操作标准与移动电话中的有很大的不同。因此，汽车制造商在车辆中实现指纹识别的方式面临着一系列的选择。本文探讨了这些选择，并描述了为什么指纹传感器(FPS)系统的支持修改和优化的系统特性的设计者是重要的。

平衡安全性和便利性

生物识别技术（如指纹识别）通常被认为是安全功能，就好像它是生物密钥一样。但是在汽车环境中，生物认证在某些用例中是有问题的。实际上，目前最流行的汽车平台用例——个性化功能——更多地利用了FPS的便利性而非安全性。

要了解车辆中指纹识别的安全性限制，有必要将汽车与智能手机进行比较。在家庭或办公室之外，智能手机几乎总是放在用户的身上，安全系数较高。

主要的安全风险是保留在手机上的私人数据，如果手机丢失或放错位置，这些数据可能会被泄露。但是服务提供商和手机制造商提供了远程禁用丢失或被盗手机的方法，而且大多数手机硬件都是“静止”加密的，直到输入正确的密码。

这些特征意味着当所有者以外的其他人触摸FPS并可能具有错误的指纹匹配时，用户可以接受错误接受的风险很小，手机制造商指定的系统级远小于1：100,000。

在汽车的锁定系统或点火(或启动按钮)中进行生物认证的用例是不同的。一辆汽车被长时间地放在失主的视线之外，是存在很大的风险的，一旦一个小偷偷了一辆车，就有可能对它进行改装，以防止被执法人员发现，然后使用或出售它。

为了应对这种盗窃风险，汽车制造商继续为车辆设计难于被攻击的访问控制设计。与此同时，汽车制造商承认，无线密钥交换器等设备经常被留在车内，削弱了其安全性。另外，虽然用于对智能钥匙卡到车辆内部安全模块的无线电传输进行编码的加密技术通常是不会损坏的，但这种传输可能会受到远程和重放攻击。事实上，没有任何可靠的方法可以防止车辆被盗或进入——世界上所有的加密技术都无法防止罪犯拖走一辆汽车。

没有任何一种生物特征认证技术能够单独提供绝对的安全性。那么，为了提高安全性，可以采用多因素认证。对于车辆的访问方面，面部识别有望发挥其作用：钥匙卡+车主视觉ID+启动按钮的按钮可以结合起来，以保护车辆不被未经授权的使用。

因此，指纹识别可能会在补充现有安全设备方面发挥作用。例如，汽车可以将无线钥匙扣作为其主要的访问控制设备，但是在启动按钮中增加了一个指纹传感器来增强它的安全性。在这种情况下，较低的FAR参数设置可以提供接近零的有害拒绝率，同时添加额外的身份验证因素来提高整体安全性。

在这个用例中，所面临的问题是将便利性与安全性相结合，实现FRR为零，同时还要保持较低的FAR。对于所有生物识别技术而言，这都是困难的，因为FRR和FAR通常是反向相关的。使匹配算法不那么严格，通常具有降低安全性的不良效果。这个问题通过两方面的身份验证得以缓解:指纹和拥有有效的密钥卡。然而，对于认证过程的便利性比其安全性更重要的应用程序，FPS是理想的，智能手机已经证明了这一点，指纹识别的这一特性与另一种不同的用例完全兼容，使设计更为个性化。

配置

汽车的每个用户都有不同的使用偏好，其中一些专注于驾驶动力学，如悬架设置和速度/燃油经济性的权衡。一些关注舒适度，包括驾驶员座椅的高度和倾斜度，方向盘的位置、车厢温度等。

还有一部分人，在购买汽车时的主要考虑因素是信息娱乐控制-中心信息显示屏上显示的内容、电台或其他音频内容的选择、均衡器设置等。只需按一下“个性化设置”按钮，即可为任意数量的车辆授权用户即时调整所有这些设置。而通过按钮中的FPS，汽车将在控制车辆设置的情况下自动检测用户的身份。

当然，还有其他识别用户的方式，如面部识别或虹膜识别等，这些技术会自动识别。但是，相比指纹按钮，则代表着用户的意图和想法：用户选择通过按下FPS按钮来声明自己的偏好。

想象一下，有一位母亲在开车，十几岁的孩子在前排乘客座位上。面部识别摄像头可以自动识别母亲并将所有设置更改为她的喜好。不过，她的孩子可能对音乐和气候控制的偏好大不相同。FPS按钮使汽车的乘员可以选择在此特定行程中应用谁的偏好。

在验证车内付款（例如停车费，入场费或道路使用通行费）时，按下按钮以表示意图和同意的动作也将是有益的，因为它避免了驾驶员在未经同意的情况下，被支付的风险。

设计注意事项：快速和易于修改的需求

多种因素会影响FPS的操作以及用户的使用体验。这些包括：

嵌入按钮表面的机械设计以及可用空间
电气环境包括电磁干扰的振幅和频率
操作参数，例如所需的FRR和FAR

这些因素是相互依存的，这意味着一个因素的变化会影响其他因素的决策。因此，每个FPS按钮设计都会有所不同。这意味着系统设计人员需要更多的灵活性和工具来修改原型并在预期的工作条件下测试其功能。

反过来，这又增加了对促进迭代设计的平台的需求。汽车系统设计人员可以使用各种供应商提供的用于指纹识别的平台方法。这些平台提供了一种方法来执行指纹识别的两个基本功能：

指纹感应
指纹匹配

在指纹检测中，一个重要的参数是实际指纹检测区域的大小。感知区域越大，采集到的指纹数据越多。获取的生物特征数据越多，对于任何给定的远场设置，FRR的性能就越好。

因此，Cypress Semiconductor在其FPS模块中采用了传感器-衬底结构(图1)。在这里，传感器的尺寸与安装在其下的传感器控制器芯片的尺寸无关。这与硅传感器实现形成对比，在硅传感器实现中，传感元件被内置到模具中;增加传感器的尺寸就增加了模具的尺寸，增加了成本。

类似Cypress开发的FPS模块的特点是有一个感光基板。无论传感器面积有多大，控制器芯片的大小都是相同的。

在传感器-基片方法中，增加传感器尺寸对系统成本的影响可以忽略不计。这使得原始设备制造商可以自由地试验各种尺寸的传感器，以找到性能和机械设计之间的最佳折衷，而不是性能和成本之间的折衷。此外，涂层和覆盖可以很容易地应用到传感器的表面，以匹配表面和纹理。

基板上传感器架构的另一个优点是，控制器芯片本身就是可编程的片上系统。重要的操作参数，包括引脚分配和I / O配置，可以在软件中轻松更改，而无需更改芯片本身或电路板布局。这促进了实验和快速的设计迭代。指纹匹配模块（FPMM）参考设计支持Cypress的FPS平台。该参考设计可以作为模块使用，也可以在FPMM评估套件中使用（图2）。

支持Cypress的FPS平台的是一个指纹匹配模块(FPMM)参考设计，该参考设计包含在公司的FPMM评估套件中。

对于指纹匹配，需要身份验证软件，例如Precise Biometrics的身份验证软件。认证软件也需要灵活性，以最大程度地提高易用性，并使OEM能够将功能与其应用程序相匹配：

注册灵活性：OEM可以更改注册图像的数量，以方便用户使用或提高初始安全性；
动态模板更新：这使OEM可以选择在以后添加指纹图像，从而加快注册速度；
旋转不变性：这确保在手指或指纹传感器完整360度旋转时不会降低FRR性能；
快速处理：典型的250毫秒匹配时间，每增加一个注册手指需要50毫秒；
符合汽车标准的组件，包括传感器和匹配的MCU。

FPMM带有预先编程的软件，可以随时使用。该模块可选两个指纹匹配控制器，Cypress PSoC 6或Cypress FM4微控制器。指纹匹配软件栈很容易移植到其他基于Arm cortex的MCU上，使得原始设备制造商很容易将解决方案移植到他们选择的MCU平台上。

FPMM体系结构紧密集成：在指纹图像在与FPS相同的模块中进行本地处理和身份验证。这具有消除对指纹图像进行加密/解密的优点（该功能是在车辆主机上执行远程匹配的系统所必需的功能），以保护指纹图像在车辆网络基础结构上传输时不受篡改或入侵。

工具与测试

通过采用指纹识别按钮的模块化开发平台，汽车原始设备制造商可以从电容传感器功能的细节中抽象出来，专注于那些影响用户体验的参数的配置。例如，Cypress FPMM配置了一个直观的工具套件。指纹识别工具的入口点是该公司的评估软件（图3），该软件提供了一组22个API来完全控制生物识别子系统，演示软件可简化系统启动和集成。