Ultraschallscanner 06.07.2015, 08:51 Uhr

Fälschungssicher: Smartphone mit 3D-Fingerabdruck sichern

Sicherheit hat bei digitalen mobilen Geräten wie Smartphones oder Laptops oberste Priorität. Deshalb sind viele dieser Geräte nicht mehr mit einem Passwort vor Fremdzugriffen geschützt, sondern mit einem Fingerabdruckscanner. Doch selbst diese lassen sich mit etwas Aufwand austricksen. Forscher haben jetzt einen Ultraschall-Chip entwickelt, der ein dreidimensionales Bild der Fingerkuppe aufnimmt. Das soll fälschungssicher sein.

Fingerabdruckscanner des iPhone 5s: Das Apple-Smartphone wird seit 2013 per Fingerabdruck entsperrt.

Fingerabdruckscanner des iPhone 5s: Das Apple-Smartphone wird seit 2013 per Fingerabdruck entsperrt.

Foto: Kay Nietfeld/dpa

Wer sein Smartphone oder seinen Laptop mit dem Fingerabdruck sperrt, wähnt sich zumeist auf der sicheren Seite. Denn der Fingerabdruck eines Menschen ist individuell und als Identifikationsmerkmal einzigartig. Soweit die Märchenstunde. Schon das ausgedruckte Foto eines Fingerabdrucks von einem Glas, angereichert mit etwas hautfarbener Latexmilch oder weißem Holzleim, reicht in der Regel, um Fingerabdruck-Scanner zu täuschen. Genauso entsperrten Hacker des Hamburger Chaos Computer Clubs das Apple iPhone 5s keine zwei Tage nach der pompösen Markteinführung am 20. September 2013.

Ultraschallbild des Fingerabdrucks einschließlich darunterliegenden Gewebes

Forscher um David Horsley, Professor für Maschinenbau und Luftfahrttechnik am Berkeley Sensor and Actuator Center der University of California in Berkeley und Davis, haben jetzt im Fachjournal „Applied Physics Letters“ einen neuartigen filigranen Fingerabdruck-Scanner vorgestellt, der das Hacker-Leben erschweren dürfte.

Ihr Scanner zeichnet ein Ultraschallbild des Fingerabdrucks auf, einschließlich des darunterliegenden Gewebes. Die Aufnahmen ähneln denen von Ultraschallscans, mit denen schwangere Frauen untersucht werden. Das Bild ist nur wesentlich kleiner, es soll ja auch keinen Embryo, sondern einen Fingerabdruck ablichten.

„Echos von Erhebungen und Tälern auf der Oberfläche“

„Die Ultraschallbilder werden auf dieselbe Art aufgenommen wie bei medizinischen Untersuchungen“, erläutert Professor Horsley. „Umwandler auf dem Chip senden einen kurzen Ultraschallpuls aus, und dieselben Umwandler empfangen Echos von Erhebungen und Tälern auf der Oberfläche des Fingerabdrucks.“ Durch diese Aufzeichnungstechnik entsteht weit mehr als nur ein Bild des Fingers. „Unsere Ultraschall-Fingerabdrucksensoren können ein dreidimensionales, volumetrisches Abbild der Fingeroberfläche und des Gewebes unter der Obefläche vermessen“, betont Horsley. „Das macht Fingerabdrucksensoren zuverlässiger und sicherer.“

Chip passt in ein Smartphone

Der von Horsleys Team entwickelte Ultraschallchip ist klein genug, um ihn in ein Smartphone integrieren zu können. 196 winzige Ultraschallwandler setzten die Forscher auf ein Areal mit einer Kantenlänge von etwa einem Zentimeter. Der Abstand der Wandler beträgt jeweils 100 Mikrometer (µm). Jeder dieser Wandler sendet Ultraschallwellen aus, welche die filigrane Rillenoberfläche einer Fingerkuppe reflektiert.

Kalifornische Ingenieure haben einen Ultraschallscanners, der Fingerabdrücke dreidimensional aufzuzeichnen kann.

Kalifornische Ingenieure haben einen Ultraschallscanners, der Fingerabdrücke dreidimensional aufzuzeichnen kann.

Quelle: Horsley/University of California

Unterhalb der Wandler sitzen Transistoren, die die reflektierten Ultraschallsignale verarbeiten können. Diese Daten bilden die Basis für ein dreidimensionales Abbild eines Fingerabdrucks mit einer Auflösung von etwa 200 µm. Diese Auflösung reicht aus, um die Hautstruktur mit all ihren Erhebungen dreidimensional zu erfassen.

Massentaugliches Fertigungs­verfahren benutzt

Besonders stolz sind die Forscher, dass es ihnen gelungen ist, den Fingerabdruckscanner in einem massentauglichen Fertigungs­verfahren herzustellen. Die sogenannten Mikroeletromechanischen Systeme (MEMS) verwenden Smartphones bereits in ihren winzigen Mikrophonen, Beschleunigungssensoren und Gyroskopen. Die Forscher stapelten mehrere Elektroden aus Silizium und Molybdän in Schichten übereinander. Dazwischen steckten die Wissenschaftler eine 800 Nanometer (nm) dünne Lage aus Aluminiumnitrid. Dieses piezoelektrische Material erzeugt Ultaschallwellen, die einen Schalldruck von etwa 14 Kilopascal erreichen.

Auch schnelle Analysen von Materialoberflächen denkbar

David Horsley ist überzeugt davon, dass diese Technologie für eine preisgünstige Massenproduktion von Ultraschallchips geeignet ist. Dafür arbeiten die Forscher nun eng mit dem Unternehmen InvenSense in San José zusammen. Mit diesen Ultraschallchips können in Zukunft nicht nur Smartphones und Laptop besser vor illegalen Zugriffen geschützt werden. Auch günstige und schnelle Analysen von Materialoberflächen sind mit diesen Chips denkbar.

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