Inleiding: de doorbraak van de vingerafdruk
Het is altijd een populair gespreksonderwerp, in elk geval op feestjes waar Tweakers-redacteurs komen: is er nog veel vooruitgang in nieuwe smartphones? Natuurlijk, bezels worden kleiner, schermen worden groter, processors worden sneller en camera's maken betere foto's, maar dat is de vooruitgang die we elk jaar zijn gaan verwachten.
Een van de grootste doorbraken van de afgelopen jaren is die van de vingerafdrukscanner. Ze bestonden uiteraard al lang, maar de scanners van weleer waren een stuk minder handig dan die van nu. De capacitieve vingerafdrukscanner, beginnend bij die van de iPhone 5s uit 2013, werkt door de vinger er simpelweg op te leggen. De vingerafdrukscanner treffen we inmiddels op vrijwel alle smartphones aan. Van de vijf goedkopere smartphones uit onze budgetround-up in februari hebben er vier een vingerafdrukscanner. Een telefoon uitbrengen zonder ontgrendeling met de vingertop lijkt gekkigheid anno 2017.
De scanner heeft twee grote voordelen. Het eerste is dat het makkelijker is voor gebruikers om telefoons te ontgrendelen. Niet langer hoef je op een knop te drukken en vervolgens over het scherm te vegen, maar het indrukken van een enkele knop of de vinger leggen op de scanner is voldoende. Dat is sneller en eenvoudiger. Bovendien maakt het beveiliging van de smartphone aantrekkelijker en makkelijker, met als gevolg dat meer mensen dan ooit de gevoelige gegevens op hun mobiel hebben voorzien van beveiliging. En hoewel er trucs zijn om vingerafdrukscanners te foppen, is de biometrische authenticatie een stuk veiliger dan een code, die vaak makkelijk te raden of af te lezen is.
Iedereen wint dus. De vingerafdrukscanner komt standaard op elke telefoon en we zijn allemaal blij en veilig, toch? Nee, want er is een grote kans dat in elk geval dure smartphones in de komende jaren zullen afstappen van een vingerafdrukscanner en anders krijgt hij in elk geval bij veel merken een nieuwe plek.
/i/1380289084.jpeg?f=imagenormal)
Biometrische authenticatie
De vingerafdrukscanner is een populaire manier van biometrische authenticatie, maar zeker niet de enige. Biometrische authenticatie is ontgrendeling via kenmerken van het lichaam. De vingerafdrukscanner werkt doordat de vingerafdruk bij elk mens uniek is, maar er zijn meer elementen aan ons lichaam die ons onderscheiden van anderen en die dus gebruikt kunnen worden voor authenticatie.
Een manier van biometrische authenticatie die al een jaar of vijf in gebruik is op smartphones, is de gezichtsscan. Dat werkt vrij eenvoudig; de telefoon bekijkt via de frontcamera het gezicht van de gebruiker en slaat dat op. Als een gebruiker de telefoon wil ontgrendelen, vergelijkt de software de scan van het beeld van de frontcamera met het opslagen beeld. Als dat overeenkomt, ontgrendelt de software de telefoon. Deze functie heette in Android ooit Face Unlock en kwam beschikbaar met versie 4.0 Ice Cream Sandwich in 2011.
Het is geen ideaal systeem. Het is makkelijker te omzeilen dan een vingerafdrukscanner en werkt bovendien minder vaak goed. De frontcamera moet een acceptabele kwaliteit en liefst autofocus hebben, terwijl gebruikers altijd moeten zorgen voor een goede belichting van het gezicht.
Face Unlock heet inmiddels Trusted Face of Vertrouwd Gezicht en is onderdeel van Google Smart Lock, een verzameling manieren van ontgrendeling. Een enkele daarvan is biometrisch, zoals Vertrouwde Stem, en andere werken op basis van lichaamsdetectie of ontgrendelen op basis van locatie.
Gezichtsherkenning was een beetje vergeten als biometrische authenticatie voor smartphones, maar komt terug. Dat komt door twee van de machtigste bedrijven in de smartphone-industrie. Samsung plaatste de vingerafdrukscanner van de Galaxy S8 op een onhandige plek, rechts van de camera op de achterkant van het apparaat. Daarom legde het veel nadruk op andere manieren van biometrische authenticatie, waaronder de methode met de frontcamera.
Apple heeft nog geen alternatieve methode van biometrische authenticatie getoond, maar de iPhone-maker werkt volgens aanhoudende geruchten aan een 3d-camera op de voorkant van zijn smartphone die gebruikers kan herkennen. Dat doet een beetje denken aan Intel RealSense, een systeem met twee camera's: een reguliere camerasensor en een die werkt met infrarood om diepte te zien. De combinatie van beide camera's moet een snelle authenticatie mogelijk maken. Het systeem kan werken op allerlei apparaten, maar is tot nu toe vooral ingezet op Windows-laptops.
Microsoft heeft ook een eigen systeem voor authenticatie. Gezichtsherkenning van Windows Hello werkt met een enkele infraroodcamera. Het voordeel van bijna-infraroodlicht is dat het constant is in diverse lichtomstandigheden en bovendien geeft alleen een echt gezicht de benodigde straling af: het foppen van het systeem met een foto is onmogelijk.
Een laatste systeem waarvan Microsoft een pionier is geweest, is de irisscanner. Ook die werkt met een infraroodcamera, maar deze keer op een smartphone. De Lumia 950 en 950 XL uit eind 2015 beschikken over zo'n irisscanner. Samsung nam het systeem over voor zijn Galaxy Note 7 van vorig jaar en gebruikt het nu weer op de Galaxy S8-serie.
/i/2001469101.jpeg?f=imagenormal)
Problemen met de scanner in het scherm
Het is een publiek geheim dat Samsung de vingerafdrukscanner op de Galaxy S8 op een totaal andere locatie had willen hebben. In plaats van op die rare locatie achter op het toestel, naast de camera, had hij moeten zitten onder de homeknop op het scherm.

Het is niet moeilijk om dat af te zien aan de ontwerpkeuzes van Samsung. Van de onscreen knoppen heeft alleen de homeknop een speciale behandeling gehad; het scherm is daar drukgevoelig en wie hard drukt, voelt een dubbele reactie van de trilmotor. Het moet het gevoel nadoen van een knop indrukken en die weer loslaten.
Een vingerafdrukscanner onder een display laten functioneren is echter een hele uitdaging en naar verluidt lukte het niet om dat op tijd klaar te krijgen voor massaproductie. Immers, als het slecht werkt, zullen mensen het niet gebruiken en dan is het beter om de scanner weg te laten. Naar verluidt wil Apple later dit jaar een iPhone uitbrengen met een vingerafdrukscanner onder het scherm, maar de vraag is wat er gebeurt als het ook dan niet lukt.
Het probleem is dat het een andere techniek van scannen vereist. Bij huidige scanners maakt de vingertop rechtstreeks contact met de scanner op een capacitief oppervlak. De condensatorcircuits veranderen van lading als de vingertop op die plek het oppervlak raakt. Elke vingerafdruk heeft een uniek patroon van lijnen en die lijnen zijn groeven in de huid. Omdat de huid daar iets lager zit, raken die de condensatorcircuits niet.

Het is makkelijk te zien waarom die techniek onmogelijk kan werken met een vingerafdrukscanner onder het scherm. Er is geen enkele plek waar de vinger de scanner kan aanraken om de lading van condensatorcircuits te veranderen en dus is een andere techniek nodig.
Die andere techniek is er. Ze werkt met ultrasoon geluid. De scanner stuurt een ultrasone puls uit en de groeven in de huid zullen die absorberen, terwijl de rest van de huid de puls terugkaatst. Daardoor kan de scanner een gedetailleerd beeld van de vingerafdruk maken. Onder meer Qualcomm Sense ID werkt daarmee, maar ook toeleveranciers Synaptis en CrucialTec werken eraan. De Xiaomi Mi 5s van vorig jaar heeft een ultrasone vingerafdrukscanner, maar die zit niet onder het scherm, alleen onder het glas dat de hele voorkant bedekt.
Eraan werken is niet hetzelfde als het klaar hebben voor massaproductie. Het is onbekend waarom het Samsung en Synaptics niet is gelukt om de vingerafdrukscanner onder het scherm klaar te hebben. Het glas dat de voorkant bedekt, is duidelijk niet de reden, want toestellen als de Mi 5s bewijzen dat het in elk geval kan. Dat betekent dat het moet liggen aan het werkend krijgen van de techniek door de displaylaag heen, door de pixels dus.
/i/2001469103.jpeg?f=imagenormal)
Waarom de scanner weg moet
Fabrikanten als Apple en Samsung steken dus veel tijd, moeite en geld in het ontwikkelen van alternatieven voor een techniek die in de afgelopen jaren prima bleek te werken: de capacitieve vingerafdrukscanner. Waarom zou je die in vredesnaam weg willen hebben, zeker nu laptopfabrikanten, waaronder Apple zelf, net zijn begonnen met het produceren van laptops met zulke vingerafdrukscanners?
/i/2001329021.jpeg?f=imagenormal)
De reden is dat de scanner te veel ruimte inneemt. Veel fabrikanten willen hem om praktische redenen op de voorkant van het apparaat. De scanner kan ook op andere plekken en sommige gebruikers hebben daar een voorkeur voor, maar Samsung en Apple hebben getoond de scanner het liefst op de voorkant te hebben. Daar zijn goede argumenten voor. Zo werkt hij ook als de telefoon op tafel ligt. Het is bovendien praktischer als het toestel in de auto in een houder zit. Een derde optie is een scanner aan de zijkant. Het voorkomt de praktische problemen van de scanners aan de achterkant, maar heeft wel een ander probleem; de zijkant moet dik genoeg zijn om de scanner te herbergen. Dat is vaak niet het geval, waardoor het voor veel fabrikanten geen goede optie is.
/i/2000904613.jpeg?f=imagenormal)
Een scanner aan de voorkant vereist ruimte. Neem bijvoorbeeld de Galaxy S7; de scanner alleen al is ongeveer 7,5mm hoog. Aangezien je hem niet tegen het scherm of de onderkant kunt aanplakken, heb je al snel 11 of 12 millimeter nodig onder het scherm. Om een telefoon enigszins symmetrisch te laten ogen, zou je ook zoiets aan de bovenkant moeten overlaten. Door die scanner heb je dus minimaal tussen de 20 en 25 millimeter nodig. De Galaxy S8 heeft bijvoorbeeld in totaal maar 16,5mm boven en onder het scherm; de scanner past simpelweg niet. Een dunnere scanner behoort wellicht tot de mogelijkheden, maar het capacitieve oppervlak is dan kleiner en dus zal hij minder goed werken.
De kleinere bezels aan de boven- en onderkant maken grotere displays in kleinere behuizingen mogelijk, iets waarin fabrikanten als Samsung en LG gezien hun recente productintroducties veel in zien en waar zelfs Apple mee bezig is. Apple is in de afgelopen jaren de fabrikant geweest die smartphones heeft gemaakt met de meeste ruimte rondom het scherm. Kleine bezels geven een telefoon meteen een moderner uiterlijk. Omdat het ontwerp een element is dat in de verkoop uitermate belangrijk is, vinden fabrikanten het belangrijker dan de plaatsing van de vingerafdrukscanner.
Wie wil zien wat voor trucs je allemaal moet uithalen bij kleine bezels, kan kijken naar de Xiaomi Mi Mix van vorig jaar. Dat toestel heeft aan drie kanten vrijwel geen bezels en de nabijheidssensor, die normaal op telefoons naast de frontcamera te vinden is, is nu ultrasoon en zit in het scherm bij de Mi Mix. De speaker is een systeem om het metalen frame geluid te laten geleiden. De frontcamera zit onder het scherm in plaats van erboven.
/i/2001462039.jpeg?f=imagenormal)
Tot slot
De marketingboodschap van Samsung rondom de Galaxy S8 is veelzeggend. De fabrikant zegt uiteraard niet dat hij liever een vingerafdrukscanner in de display had willen hebben, maar de nadruk op drie soorten biometrische authenticatie - vingerafdrukscanner op de achterkant, irisscanner en gezichtsherkenning - moet uitstralen dat het ontgrendelen van de telefoon makkelijk en snel gaat, ondanks de curieuze plaatsing van de capacitieve scanner voor de vingertop. Veel waarschijnlijker is dat Samsung weet dat de vingerafdrukscanner op een rare plek zit en daarom legio alternatieven aandraagt. Het is best geestig dat deze ontwikkeling leidt tot een wederopstanding van aandacht voor gezichtsherkenning als methode van authenticatie op Android-telefoons.
De Zuid-Koreaanse fabrikant heeft dus voor de keuze gestaan voor zijn belangrijkste toestel van het jaar: wat krijgt de voorkeur, een vingerafdrukscanner aan de voorkant of een vrijwel randloos scherm? Die keuze was voor de fabrikant vermoedelijk een eitje. Het is duidelijk dat de prioriteit lag bij een nieuw scherm en een nieuw uiterlijk voor de telefoon.
Meer fabrikanten zullen waarschijnlijk Samsung en later dit jaar vermoedelijk Apple volgen in die keuze. Voor die beslissing maakt het niet uit of de vingerafdrukscanner snel onder het scherm kan komen of niet. Als het Samsung lukt van de S8 een succes te maken, ondanks de onhandige plaatsing van de vingerafdrukscanner, toont het de andere fabrikanten dat je ermee weg kunt komen. Dat is ook logisch; er zijn genoeg manieren van biometrische authenticatie die nog wel aan de voorkant passen, zoals irisscanners en 3d-camera's. In geval van nood kan de vingerafdrukscanner altijd nog aan de achterkant, waar veel fabrikanten als Google en LG ze toch al plaatsten.
/i/2001122193.jpeg?f=imagenormal)