AppleのTouch IDを支える技術は「iPhone 8」でどのように変化するのか

Appleが「iPhone 8」で新しいスクリーン技術に移行することについては多くの議論があるが、それがどのように機能するかについてはあまり語られていない。AppleInsiderは、噂されているエッジツーエッジスクリーンの前面にTouch IDを維持しながら、この技術を実装するためにAppleがどのような変更を加える必要があるかを解説している。

「iPhone 8」がOLEDスクリーンに移行するという噂は、バッテリー寿命だけでなく、関連技術にも大きな変化をもたらすでしょう。AppleはiPhone 5s以来、クラス最高の指紋認証技術を採用し、大きな成功を収めてきましたが、これを背面に移さない限り、基盤となるセンサー技術の変革が必要になります。

iPhone 5sからiPhone 7まで、AuthenTecが開発したTouch IDテクノロジーは、検出リングで指の存在を感知し、指を検知するとセンサーがオンになります。センサー自体は薄いサファイアクリスタルで覆われており、相補型金属酸化物半導体（MOS）静電容量式タッチセンサーを用いて、500p/インチの解像度で指紋の渦巻き模様や隆起を検出します。

取得された指紋はSecure Enclaveに渡され、携帯電話に保存されているデータと照合されます。数学モデルが一致した場合、携帯電話はロック解除されます。

Touch ID には 2 つの主要な改訂版があり、iPhone 6 および iPhone 7 ファミリーの最新バージョンでは、唯一の実際の違いは感知速度です。

それで問題はどこにあるのでしょうか?

問題はサファイアレンズとセンサーの厚さの違いにあります。センサー自体の厚さは170ミクロンですが、サファイアレンズはそれほど厚くありません。

OLEDスクリーンアセンブリは同等のLCDディスプレイよりも薄いものの、ガラスカバーの厚さは両技術でほぼ同じです。わずか1ミリメートル弱の厚さのスクリーンガラスは、iPhone 7の既存のTouch IDセンサーのサファイアレンズの5倍以上の厚さです。

Touch IDに用いられる指紋センサーでは、ユーザーが指を置く接触面と静電容量式センサーアレイとの距離が離れるにつれて、Touch IDセンサーが捉える指の電界がぼやけてしまいます。既存のTouch ID実装では、レンズが十分に薄いため、歪みや収差は最小限に抑えられています。

「iPhone 8」の場合のように、センサーが厚いレンズの後ろ、つまりスクリーンガラスの後ろに配置されると、何らかの補正を行わないと、必然的にぼやけが生じ、指紋画像の解像度が低下し、認識精度も低下する可能性がある。

ガラスを厚くすることでどの程度の歪みが生じるかは数学的に正確に計算できますが、非常に複雑で、正確な値を求めるには、サファイア製のTouch IDカバーの光学特性について、現在知られている以上のデータが必要になります。しかし、大まかに言えば、現在のTouch IDと、はるかに厚いスクリーンガラスの裏に埋め込まれた場合のTouch IDの光学特性の差は、現在予想される値の5倍から15倍に増加するでしょう。

もしAppleがソフトウェアでこれを補い、指紋の保存値と検知値の間の差異をより許容するのであれば、Touch IDのセキュリティは大幅に低下するでしょう。これは銀行業界にとって不満足な状況となり、Apple Payにも影響を与えるでしょう。

しかし、Appleは静電レンズアレイを用いたタッチセンサーの特許を保有しています。指定されたタッチエリアと厚いガラスの裏側にあるセンサーの間にレンズを配置することで、ユーザーの指に付随する電界を歪みなく、あるいは歪みを抑えてガラスに埋め込まれたセンサーに提示することができます。

Appleは、Touch IDをガラスの下に埋め込む前に、この点を完璧にする必要があります。センサーの製造においても、完璧さが求められます。

誰もこれが簡単だと言ったことはない

望遠鏡のマクロスケールの光学系とTouch IDのミクロスケールの光学系は全く同じではありません。そして、iPhoneのTouch IDの実装においては、まさにミクロスケールの話をしているのです。マイクロメートル単位の違いが、システムの精度とセキュリティを左右するだけでなく、全く機能しないシステムになってしまう可能性もあるのです。

Apple によれば、Secure Enclave に保存された指紋が登録された 1 本の指と一致する確率は 50,000 分の 1 だそうだ。この確率は維持されるべきであり、どこか別の場所に残された指紋から収集した偽の指でロック解除やなりすましを容易にするような不備があってはならない。

最近の報道によると、Touch IDが「iPhone 8」の出荷を遅らせる可能性があるものの、発表までは遅らせない可能性があるとのことです。センサーがデバイスの背面に移設されるという主張も増えていますが、サムスンGalaxy S8がそうしたことで批判されていることを考えると、それも事実ではないかもしれません。

Touch IDと、フロントスクリーンガラス下の仮想ホームボタンへの道は、iPhone 7シリーズのソリッドステートボタンによって開かれました。この技術はApple Payの重要な基盤であり、Appleのサービスにとって極めて重要です。もちろん、携帯電話に保存されているユーザーデータの暗号保護も重要です。

クック氏とチームは、開発した製品が可能な限り最高のものとなり、最も幅広いユーザー層に受け入れられ、かつ可能な限り安全であると確信できるまで、製品を出荷しません。しかし、今後数ヶ月で開発される「iPhone 8」のTouch IDは、最終出荷版でもその方向性から逸脱することはありません。おそらく、2017年には出荷されないという代償を払うことになるでしょう。