iPhone 5s 只识别活指纹，断指和指纹模具没用，是何原理？
iPhone 5s 的指纹识别技术（称为 Touch ID）之所以只识别活指纹，而对断指和指纹模具无效，其核心原理在于使用了电容式指纹传感器，并结合了复杂的生物识别算法来验证指纹的真实性。
下面我们来详细解释：
1. 电容式指纹传感器：
iPhone 5s 使用的是一颗名为 APS (Authentic Private Sensor) 的电容式指纹传感器，它集成在主屏幕的 Home 键中。它的工作原理是：
指纹的微观结构： 我们的指纹并不是光滑的表面，而是由一系列的嵴（ridges）和谷（valleys）组成的凸起和凹陷。
电容效应： 传感器表面覆盖有一层极薄的绝缘层（通常是氮化硅）。当你的手指放在传感器上时，指纹的嵴会接触到绝缘层，而谷则会与空气接触。
电场形成： 传感器表面布满了非常微小的电容器阵列。当手指放在传感器上时，手指的皮肤（尤其是里面的水分）会导电，从而在传感器和手指皮肤之间形成一个个微小的电容。
指纹的嵴： 紧密接触传感器，导电性好，形成较强的电容。
指纹的谷： 与空气接触，空气的介电常数较低，形成的电容较弱。
图像生成： 传感器通过检测这些微小电容器的电容值差异，就能生成一幅反映指纹嵴和谷的二维图像。嵴的地方电容值高，谷的地方电容值低。
为什么断指和指纹模具无效？
这就是关键所在。电容式传感器主要测量的是导电性和与传感器表面的贴合度。
断指： 当手指被切断后，虽然还有指纹的纹路，但失去了一个活体生物体与传感器之间的完整接触和生理反应。断指的皮肤可能已经开始变干、收缩，或者其生理活性（如微电流、微弱的导电性）与活手指存在差异。电容式传感器能够检测到这种细微的差异。更重要的是，断指无法产生生物电信号和维持正常的皮肤水分，这是活体识别的一个关键因素。
指纹模具：
材料问题： 大多数指纹模具是用非导电材料（如硅胶、塑料、橡胶）制作的。即使模具能够完美复制指纹的纹路，它本身缺乏人体皮肤的导电性和湿润度。因此，它无法与电容式传感器形成有效的电容差异。
导电性模仿不足： 有些高级的模具可能会尝试模仿皮肤的导电性，例如加入导电材料。但是，要完美地复制人体皮肤在接触传感器时所产生的动态电容变化是非常困难的。活体手指的皮肤水分、细微的压力变化都会影响电容值，而模具很难模拟这种复杂且动态的生物过程。
2. 复杂的生物识别算法：
除了传感器本身检测到的信息，iPhone 5s 还运用了复杂的算法来确保指纹的真实性：
多维度特征分析： Touch ID 不仅仅是简单地比对指纹的纹路形状。它会分析指纹的多维度特征点，包括：
端点（ending）： 指纹嵴的终止点。
分叉点（bifurcations）： 指纹嵴的分叉点。
短嵴（islands）： 非常短的指纹嵴。
毛孔（pores）： 活体手指上的毛孔也会产生微小的电容差异，虽然不直接成像，但可能被算法作为辅助特征。
皮肤的电导率和湿度： 算法会评估传感器接收到的电信号的整体导电性以及与皮肤接触的均匀度，这能进一步区分活体皮肤和非活体材料。
动态识别： 活体手指在接触传感器时，皮肤的湿润度和生理电场会发生微小的变化。算法会尝试捕捉这些动态的、实时的生物信号。断指或模具通常无法提供这种动态变化，或者提供的变化模式与活体手指显著不同。
3D 图像重建和分析： 虽然传感器是二维的，但算法可能会尝试通过多层扫描或从不同角度推断一些三维信息，以更准确地捕捉指纹的立体结构。
防伪特征检测： 算法会不断更新和学习，以识别各种已知的或潜在的指纹伪造技术。例如，如果检测到手指表面覆盖了某种特殊的涂层，或者材料的导电性与活体皮肤不符，都会被标记为可疑。
总结来说，iPhone 5s 的 Touch ID 之所以能识别活指纹而排斥断指和指纹模具，是因为：
电容式传感器依赖于手指皮肤的导电性和水分，以及与传感器表面的精确贴合度，来生成指纹图像。
断指失去了生物体的生理活性和正常的皮肤水分，导致电容信号异常。
指纹模具通常由非导电材料制成，或者无法精确模拟活体皮肤复杂的动态电容变化。
复杂的生物识别算法进一步分析指纹的多维度特征、生理信号和动态变化，以验证指纹的真实性，并区分活体和非活体样本。
这种设计保证了安全性，因为单凭一个物理的指纹纹路是不足以绕过 Touch ID 的。它需要一个活生生的、健康的、具有正常生理反应的手指才能被识别。
下面我们来详细解释：
1. 电容式指纹传感器：
iPhone 5s 使用的是一颗名为 APS (Authentic Private Sensor) 的电容式指纹传感器，它集成在主屏幕的 Home 键中。它的工作原理是：
指纹的微观结构： 我们的指纹并不是光滑的表面，而是由一系列的嵴（ridges）和谷（valleys）组成的凸起和凹陷。
电容效应： 传感器表面覆盖有一层极薄的绝缘层（通常是氮化硅）。当你的手指放在传感器上时，指纹的嵴会接触到绝缘层，而谷则会与空气接触。
电场形成： 传感器表面布满了非常微小的电容器阵列。当手指放在传感器上时，手指的皮肤（尤其是里面的水分）会导电，从而在传感器和手指皮肤之间形成一个个微小的电容。
指纹的嵴： 紧密接触传感器，导电性好，形成较强的电容。
指纹的谷： 与空气接触，空气的介电常数较低，形成的电容较弱。
图像生成： 传感器通过检测这些微小电容器的电容值差异，就能生成一幅反映指纹嵴和谷的二维图像。嵴的地方电容值高，谷的地方电容值低。
为什么断指和指纹模具无效？
这就是关键所在。电容式传感器主要测量的是导电性和与传感器表面的贴合度。
断指： 当手指被切断后，虽然还有指纹的纹路，但失去了一个活体生物体与传感器之间的完整接触和生理反应。断指的皮肤可能已经开始变干、收缩，或者其生理活性（如微电流、微弱的导电性）与活手指存在差异。电容式传感器能够检测到这种细微的差异。更重要的是，断指无法产生生物电信号和维持正常的皮肤水分，这是活体识别的一个关键因素。
指纹模具：
材料问题： 大多数指纹模具是用非导电材料（如硅胶、塑料、橡胶）制作的。即使模具能够完美复制指纹的纹路，它本身缺乏人体皮肤的导电性和湿润度。因此，它无法与电容式传感器形成有效的电容差异。
导电性模仿不足： 有些高级的模具可能会尝试模仿皮肤的导电性，例如加入导电材料。但是，要完美地复制人体皮肤在接触传感器时所产生的动态电容变化是非常困难的。活体手指的皮肤水分、细微的压力变化都会影响电容值，而模具很难模拟这种复杂且动态的生物过程。
2. 复杂的生物识别算法：
除了传感器本身检测到的信息，iPhone 5s 还运用了复杂的算法来确保指纹的真实性：
多维度特征分析： Touch ID 不仅仅是简单地比对指纹的纹路形状。它会分析指纹的多维度特征点，包括：
端点（ending）： 指纹嵴的终止点。
分叉点（bifurcations）： 指纹嵴的分叉点。
短嵴（islands）： 非常短的指纹嵴。
毛孔（pores）： 活体手指上的毛孔也会产生微小的电容差异，虽然不直接成像，但可能被算法作为辅助特征。
皮肤的电导率和湿度： 算法会评估传感器接收到的电信号的整体导电性以及与皮肤接触的均匀度，这能进一步区分活体皮肤和非活体材料。
动态识别： 活体手指在接触传感器时，皮肤的湿润度和生理电场会发生微小的变化。算法会尝试捕捉这些动态的、实时的生物信号。断指或模具通常无法提供这种动态变化，或者提供的变化模式与活体手指显著不同。
3D 图像重建和分析： 虽然传感器是二维的，但算法可能会尝试通过多层扫描或从不同角度推断一些三维信息，以更准确地捕捉指纹的立体结构。
防伪特征检测： 算法会不断更新和学习，以识别各种已知的或潜在的指纹伪造技术。例如，如果检测到手指表面覆盖了某种特殊的涂层，或者材料的导电性与活体皮肤不符，都会被标记为可疑。
总结来说，iPhone 5s 的 Touch ID 之所以能识别活指纹而排斥断指和指纹模具，是因为：
电容式传感器依赖于手指皮肤的导电性和水分，以及与传感器表面的精确贴合度，来生成指纹图像。
断指失去了生物体的生理活性和正常的皮肤水分，导致电容信号异常。
指纹模具通常由非导电材料制成，或者无法精确模拟活体皮肤复杂的动态电容变化。
复杂的生物识别算法进一步分析指纹的多维度特征、生理信号和动态变化，以验证指纹的真实性，并区分活体和非活体样本。
这种设计保证了安全性，因为单凭一个物理的指纹纹路是不足以绕过 Touch ID 的。它需要一个活生生的、健康的、具有正常生理反应的手指才能被识别。
网友意见
苹果解释称，5s 采用的是当前世界最先进的消费者指纹识别器，感应的是皮肤下的活指纹，离开你身体的断指和复制的指纹模具都不会有用。靠谱吗？原理呢？
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