行動網路頻寬隨3G、HSDPA至WiMAX大幅提升的時代，即時多媒體影音存取、行動商務交易，已成為消費者在私人手持裝置上極為頻繁的使用行為。有鑑於手持裝置易曝置於公共場所的特性，消費者對於多媒體影音的檔案存取權限及寬頻行動網路交易的安全性需求乃日益提升。
行動網路頻寬隨3G、HSDPA至WiMAX大幅提升的時代，即時多媒體影音存取、行動商務交易，已成為消費者在私人手持裝置上極為頻繁的使用行為。有鑑於手持裝置易曝置於公共場所的特性，消費者對於多媒體影音的檔案存取權限及寬頻行動網路交易的安全性需求乃日益提升。
傳統的保密與認證方式如個人密碼，除在手機上有鍵盤輸入不便的限制外，仍難確保認證的安全性，使用者除須記憶多組帳號密碼外，單純密碼認證更有可能被盜用或入侵的危險，因此，利用個人獨特的生物特徵所構成的「生理密碼」，如人臉、指紋、聲紋與虹膜辨識等，由於具難以複製及遭竊的特性，可真正有效解決安全認證問題。
據International Biometric Group統計，全球生物辨識產業預期在2010年可達近60億美元的市場總值，由於相較於其他生物認證，指紋辨識在技術上已趨成熟並且被大量的市場應用驗證，預估將占有所有生物辨識4成以上的市場比例(圖1)。
寬頻手機保密安全需求增加
隨半導體和軟體技術的發展，手機將逐漸成為一種可隨時隨地獲取個人和公司資料的移動終端，因此須要確保用戶訪問的安全性，以防止未授權訪問，原執法機構使用的指紋識別方式為僅存儲指紋上某些特定點的資料而非整個影像，相較之下，生物指紋掃描系統更為有效、可靠，這類檢測的處理過程可分為幾個步驟(圖2)，首先是採集階段，感測器採集手指生物樣本；其次利用預先建立的數學公式或演算法從樣本中提取其獨有的資料，並將其轉換成一個範本；再登記認證程式從指紋的 30~40個特徵點中至少提取7個特徵匹配點進行驗證，包括構成某一指紋細節的紋路分叉點和終止點，並被定義成特徵點間的距離。
進行註冊時，資訊代碼被儲存下來，作為今後用戶認證的參考範本，當用戶進入系統時，將手指畫過感測器區域，所獲取的現場掃描範本與參考範本進行比較，且整個過程可在1或2秒內完成。透過比較，系統會確定這一現場掃描範本是否包含與參考範本相符的足夠生物資料，並判斷兩者是否相配，如果不相配，則認證失敗，等待下次識別。此種指紋檢測系統性能很高，對有效指紋作出錯誤判斷的概率小於1%，而將無效指紋錯判為有效指紋的可能性則幾乎不存在，概率低於 0.01%。
新型指紋識別感測器耐用/壽命長
單觸型與畫擦型感測器是兩種新型固態指紋感測器，皆透過在觸摸過程中電容的變化來進行資訊採集，本文對兩類感測器的工作原理和特點將進行詳細分析，並介紹網路安全認證、汽車無鑰匙進入系統等應用。
目前市場上有兩種固態指紋感測器，第一種是單次觸摸型感測器，要求手指在指紋採集區進行可靠的觸摸；第二種則須要用手指在感測器表面擦過，感測器會採集一套特定的資料，然後進行快速分析和認證。上述兩類感測器工作原理為，當指紋中的凸起部分置於傳感電容圖元電極上時，電容會有所增加，通過檢測增加的電容來進行資料獲取，感測器中的圖元點為45平方微米，間隔為50微米，電容圖元陣列的解析度略高於500dpi。這類感測器基於一種標準的單-多晶矽3層金屬 CMOS製程，並採用0.5微米製程進行設計。金屬互連的第三層構成電容圖元層，由氮化鈦製成並覆蓋著一層氮化矽，厚度為7,000埃米，此硬金屬電極與抗磨塗敷層組合形成的感測器十分堅實耐用，使用壽命可延續多年。
單觸/畫擦型採樣方式不同
人類的指紋由緊密相鄰的凹凸紋路構成，通過對每個圖元點上利用標準參考放電電流，便可檢測到指紋的紋路狀況，每個圖元先預充電到某一參考電壓，然後由參考電流放電，電容陽極上電壓的改變率與其上的電容成下段所述的比例關係。
處於電容量高的指紋凸起下圖元放電較慢，而處於電容量低的指紋凹處下圖元放電較快，不同的放電率可通過採樣保持(S/H)電路檢測並轉換成8位元輸出，此檢測方法對指紋凸起和低凹具有較高的敏感性，並可形成非常好的原始指紋圖像，透過圖3所示的過程，採用複雜的軟體演算法可進行指紋識別，此軟體採集原始的指紋圖像，將圖像資訊數位化並提取其中的細節範本，然後進行測試，確定提取的細節範本是否與參考範本吻合。
單觸型與畫擦型感測器的尺寸和成本都不一樣，單觸式感測器較大，有效接觸面為15.0毫米×12.8毫米，可迅速採集最大的指紋或拇指指紋，且易於使用，可將整個指紋圖像以自動指紋識別標準500dpi的精度進行快速傳輸，目前此類感測器已完成設計，並用於美國政府機構及警察局進行指紋識別，未來還將逐漸用於汽車接觸式無鑰匙進入系統及新興的國家安全應用中。
上述感測器由256列×300行(50微米接腳)微型金屬電極組成，每一列連接到一對S/H電路上，指紋圖像依次進行逐行採集，每個金屬電極均作為電容的一極，與之接觸的手指則是電容的另一極，器件表面有一層鈍化層，作為兩個電容極間的電介質層，將手指置於感測器上時，指紋上的凸起和低凹會在陣列上產生不同的電容值，並構成用於認證的一整幅圖像。
畫擦型感測器為新型指紋採集器件，要求用戶將手指在器件上畫過，其優點為尺寸小、低成本和低功率，其尺寸為16.10毫米×6.50毫米×0.95毫米，畫素陣列為256 ×8，指紋圖象解晰度可達500dpi，並具有自動指紋檢測特性，可喚醒感測器，在運行模式，電流消耗小於12毫安培，並可切換至待機模式以節省系統的電流消耗，此器件主要用於移動設備的嵌入式安全識別應用，如手機和PDA，而其精密的圖像重建軟體以接近每秒2,900個架構速度快速從感測器上採集多個圖像，並將每個架構的資料細節組織到一起。
指紋辨識應用廣泛
可攜式低成本指紋識別技術對生活可謂意義深遠，如員警可在一個犯罪高發區攔截一名嫌疑犯，要求其提供指紋而不是身分證或汽車駕照，此人則將其右手的第一、二或第三個手指置於一個與無線PDA相連的感測器上，可迅速將嫌疑人與以前的犯罪記錄進行對比確認；對於被竊的手機用戶也有好處，手機開機時要求用戶通過一個快速的認證過程，用戶將其手指畫過感測器，如通過認證則授權使用手機的各項功能，如非授權用戶，手機便繼續保持鎖住，連續幾次認證無法通過，則手機會刪除記憶體中的關鍵資訊並關機，語音郵件的應用中，當撥出一個語音郵件號碼後，用戶只須將手指畫過感測器便可令系統識別，便毋須使用郵件密碼或個人識別號碼。
汽車應用中，用戶可輸入家庭成員指紋樣本，經鑑權才能駕駛，且註冊過程十分簡單，每個授權駕駛的成員將其手指置於感測器上，並將汽車的各種參數按個人愛好進行設置，然後將這些設置存入車載的電腦記憶體中。當駕駛者進入汽車時，將手指置於感測器上，啟動識別過程，不需1秒鐘，電腦將檢測到的指紋範本與存儲的範本進行比較，並建立一個與駕駛者相符的相關設置，指紋範本和比對軟體保存在汽車內的一個嵌入式模組中，當指紋比對成功時，汽車便按已編程設定的內部參數來控制後視鏡、汽車座椅、無線基地台及車內空氣環境。此外，還可控制駕駛速度，如駕駛者僅為10幾歲的孩子，則將速度限制在每小時55公里。
筆記型電腦商用市場突顯指紋加密應用
由於近年來資安的議題愈發為企業資訊技術(IT)部門注重，討論的範圍也由軟體的防護延伸到硬體的資料保護，由於指紋辨識技術成熟，並兼具便利及安全特性，自然成為筆記型電腦業者在加強產品資訊安全性時，優先採用的生物辨識技術。有鑑於此，富士通推出支援USB2.0的指紋感測器具 TrustedCore預檢驗證(PBA)功能，採用指紋比對演算法和工勤系統(Cogent Systems)的生物(Biometric)軟體，並具有USB2.0高速介面，這種結合為筆記型電腦和個人電腦更添一重保險，感測器採用鳳凰科技 (Phoenix Technologies)的BioTrust ID技術，提供登錄指紋對Windows分享驗證資訊的應用，該應用提供預檢驗證和BIOS級別的兩次驗證，並在作業系統進行3次驗證。
富士通發表的兩款分別針對可攜式產品應用及筆記型電腦的CMOS製程高性能電容畫擦型指紋感測器，延續低功耗、低價格及小尺寸優勢外，更整合USB2.0以便利筆記型電腦製造商的整合開發，其運作時工作電壓為3.3伏特，而功耗則可小於50毫瓦。
在兩款指紋感測器模組中，整合8位元微處理器及SPI兩種連接介面，提供工程師容易的設計應用，以將指紋模組在最小的更改設計下整合至原系統，在手機、PDA等手持裝置的應用上(圖4)，在高度整合的匯流排並列介面、PLL及ADC設計下，使得系統整體所需的外部元件降至最低，只需幾個必須的電阻和電容，如此，裨使系統整合開發用戶在最短的時間內以較低物料清單(BOM)成本來完成指紋辨識功能的系統整合。
台灣NB及手機ODM為兵家必爭之地
從指紋辨識的發展來看，雖然在2003年左右手機便出現相關需求，系統廠導入的速度也十分迅速，不過在行動商務、數位內容還沒發展到位及手機低價化的趨勢下，目前市場上僅部分高階機種具備此功能，相反的，在價格較高及對產品尺寸、電源消耗較手機寬鬆的筆記型電腦產業，由於導入指紋辨識功能，成本增加比重不高，價格敏感度相對較低，從2004年開始普及率快速提升，市場前景看好。
由於台灣筆記型電腦原始設計製造廠商(ODM)占全球筆記型電腦生產量極大市場比例，智慧型商務手機如HTC等廠商在近幾年來亦有好表現，因此成為指紋辨識解決方案供應商兵家必爭之地。一般而言，在筆記型電腦及手持裝置的應用上，供應商至少必須整合指紋影像感測器與驅動程式、高效能的生物演算法 (Bioalgorithms)與可供執行該演算法的嵌入式運算晶片整合能力及應用程式軟體，以提供各種基於指紋辨識的加值應用。唯有具備這些能力的廠商，才有能力在指紋辨識市場占有一席之地。