手機屏幕解鎖技術(shù)專利概述

周飛

摘 要：隨著手機的普及，與手機相關(guān)的軟件技術(shù)也隨之發(fā)展，為改善用戶體驗，軟件工程師們設(shè)計開發(fā)了各種功能，其中一個重要的功能就是手機的加/解鎖。作為用戶使用手機時接觸到的第一個功能，其設(shè)計的好壞直接影響著用戶對該手機的使用體驗，因此解鎖方案的設(shè)計也是各手機生產(chǎn)商和手機操作系統(tǒng)開發(fā)商較勁的焦點之一。本文基于專利文獻(xiàn)對現(xiàn)有的手機屏幕解鎖技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分類，并分析了各種類型的解鎖方案的特點和優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：手機；屏幕解鎖；專利文獻(xiàn)；分類；優(yōu)劣

0 引言

從1983年第一臺手機DynaTAC 8000X誕生，到現(xiàn)在智能手機的普及，手機歷經(jīng)了31年的發(fā)展，其功能也從一開始單純的語音通話，到現(xiàn)在的可以安裝使用各種應(yīng)用軟件。為了讓用戶更方便地使用手機，軟件工程師們設(shè)計開發(fā)了各種功能來改善用戶體驗，其中一個重要的功能就是手機的加/解鎖功能。該功能主要有兩方面的作用：一方面是防止用戶的意外操作，如防止用戶在打電話時誤碰到其他按鍵觸發(fā)不需要的功能；另一方面是對手機加密，防止他人未經(jīng)允許地使用手機，為用戶的信息安全提供保障。作為用戶使用手機時接觸到的第一個功能，其設(shè)計的好壞直接影響著用戶對該手機的使用體驗，因此解鎖方案的設(shè)計也是各手機生產(chǎn)商和手機操作系統(tǒng)開發(fā)商較勁的焦點之一。本文將基于專利文獻(xiàn)對現(xiàn)有的手機屏幕解鎖技術(shù)進(jìn)行分類，并對各類型的解鎖方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析。

1 手機屏幕解鎖技術(shù)簡介

在智能手機時代，美國的蘋果公司無疑是眾多手機開發(fā)商中的佼佼者，其主打產(chǎn)品iPhone系列手機以其超一流的用戶體驗在手機產(chǎn)品中獨具鰲頭。而蘋果公司在第一代iPhone手機中就推出了“滑動解鎖”功能。史蒂夫·喬布斯（Steve Jobs）2007年1月舉行的產(chǎn)品發(fā)布會上曾表示“要解鎖手機，我只需用手指滑過屏幕。想要再看一次？我們希望設(shè)備在你們的口袋中不會出現(xiàn)誤操作。只需滑過屏幕”。蘋果公司的滑動解鎖讓用戶能夠通過一個簡單的滑動動作來實現(xiàn)解鎖功能，具有極佳的用戶體驗，因此，時至今日幾乎每部智能手機都具有滑動解鎖功能。本文中介紹的解鎖技術(shù)主要是指手機屏幕喚醒時進(jìn)入主界面或功能界面的解鎖技術(shù)，亦稱解屏技術(shù)。

2 解鎖技術(shù)分類

實際上，早在蘋果公司的滑動解鎖之前，手機的加/解鎖技術(shù)就已經(jīng)存在了。按照其是否有鑒別合法用戶的能力，目前的手機解鎖技術(shù)方案可以分為加密解鎖技術(shù)方案和非加密解鎖技術(shù)方案。根據(jù)解鎖技術(shù)方案所使用的技術(shù)手段，可以進(jìn)一步細(xì)分為下列幾類解鎖方案。加密解鎖技術(shù)方案按照其解鎖所使用的技術(shù)手段，主要包括：①基于網(wǎng)絡(luò)的解鎖；②基于外部附件的解鎖；③基于字符密碼的解鎖；④基于生物特征的解鎖；⑤基于用戶輸入特征匹配的解鎖。非加密解鎖技術(shù)方案按照其解鎖所使用的技術(shù)手段，主要包括：①按鍵式解鎖；②其他功能觸發(fā)的自動解鎖；③基于感應(yīng)環(huán)境特征的解鎖；④完成指示的解鎖操作實現(xiàn)的解鎖；⑤基于移動終端姿態(tài)的解鎖。

3 各類解鎖技術(shù)詳細(xì)介紹

3.1 加密解鎖技術(shù)

加密解鎖技術(shù)的主要特點在于其解鎖方案具有安全性，非法用戶不能輕易的解鎖，保障了手機用戶的隱私。這類解鎖方案的技術(shù)性較強，其解鎖功能的實現(xiàn)往往需要結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)，如數(shù)據(jù)加密技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、近距離無線通訊技術(shù)、圖像處理與模式識別技術(shù)等等。下面對采用不同技術(shù)手段的加密解鎖方案一一介紹。

3.1.1 基于網(wǎng)絡(luò)的解鎖

此類解鎖方案主要是通過在遠(yuǎn)程服務(wù)器上驗證用戶信息來對手機進(jìn)行解鎖。這類方案出現(xiàn)比較早，主要應(yīng)用在手機防盜技術(shù)領(lǐng)域。早期的加/解鎖功能主要針對的是手機SIM卡的加/解鎖，限制非法用戶使用手機通話功能，遠(yuǎn)程驗證服務(wù)器由制造商或運營商提供。

3.1.2 基于外部附件的解鎖

此類解鎖方案需要依靠外部附件，外部附件的作用與鑰匙類似。通過驗證手機中的密鑰內(nèi)容和外部附件中的密鑰內(nèi)容是否匹配來進(jìn)行解鎖操作。該外部附件可以直接和手機接觸式連接傳輸信號，也可以通過近距離無線通訊技術(shù)與手機傳輸信號。此類方案的優(yōu)點在于安全性較高，較難破解；解鎖過程快捷。缺點在于實現(xiàn)成本較高，而且外部附件易丟失，導(dǎo)致無法解鎖，因此較少地用于對安全性要求不太高的手機屏幕解鎖功能上。

3.1.3 基于字符密碼的解鎖和答題式解鎖

基于字符密碼的解鎖方案是一種傳統(tǒng)的加/解鎖方式，其實現(xiàn)方式主要是通過比較字符或字符串（如數(shù)字、字母）與預(yù)定內(nèi)容是否匹配來進(jìn)行解鎖。隨著觸屏式手機的發(fā)展，字符輸入方式也由傳統(tǒng)的按鍵式輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橛|摸滑動式輸入。此類方案的優(yōu)點在于有一定的安全性，并且功能實現(xiàn)簡單；缺點在于字符密碼較難記憶，解鎖操作單調(diào)。在觸屏?xí)r代，專利申請人將發(fā)明重點轉(zhuǎn)向了字符密碼輸入方式上的創(chuàng)新。答題式解鎖方案和字符密碼解鎖方案類似，主要區(qū)別就在于答題式的解鎖密碼具有語義含義，便于用戶記憶。

3.1.4 基于生物特征的解鎖

此類方案通過識別用戶的生物特征來判斷是否為合法用戶并進(jìn)行解鎖。生物特征主要包括生理特征和行為特征。生理特征進(jìn)一步包括臉部特征、手部特征（指紋、掌紋）、眼部特征（虹膜、鞏膜）、靜脈特征、心電特征等；行為特征進(jìn)一步包括語音特征、操作行為特征等。對生理特征的識別主要基于攝像頭、圖像處理技術(shù)和傳感技術(shù)等，對行為特征的識別主要基于聲紋識別技術(shù)和行為建模技術(shù)等?；谏锾卣鞯慕怄i方案的優(yōu)點在于其安全性和智能性；缺點主要在于解鎖時的處理器計算負(fù)荷較高。

3.1.5 基于用戶輸入特征匹配的解鎖

此類方案大多基于觸摸輸入和圖形用戶界面（GUI）。通過識別用戶輸入特征與預(yù)設(shè)的特征是否匹配來進(jìn)行解鎖，輸入特征包括軌跡特征，形狀特征，點擊節(jié)奏等等。此類方案的優(yōu)點在于方便用戶記憶密碼，解鎖操作快捷；缺點在于手勢動作容易被窺竊，安全性較弱。但總體來說該類解鎖技術(shù)還是具有良好的用戶體驗的，因此也是目前手機加密解鎖技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一類解鎖方案。最為常見的“九宮格解鎖”就屬于此類方案。

3.2 非加密解鎖技術(shù)

非加密解鎖技術(shù)的主要特點在于解鎖的便捷性，主要作用是防止用戶的意外操作。這類解鎖方案更多的是專注于用戶的解鎖體驗，既不能太容易解鎖，否則會導(dǎo)致誤解鎖，也不能太難解鎖，否則會增加用戶解鎖負(fù)擔(dān)。下面對采用不同技術(shù)手段的非加密解鎖方案一一介紹。

3.2.1 按鍵式解鎖

按鍵式解鎖主要是提供了一個按鍵功能來操控手機的加/解鎖，該按鍵可以是實體按鍵，也可以是觸摸屏上顯示的虛擬按鍵。此類技術(shù)方案的優(yōu)點是功能實現(xiàn)簡單；缺點是容易誤解鎖，且缺乏趣味性。為了防止誤操作，也出現(xiàn)了將實體按鍵和虛擬按鍵結(jié)合操作觸發(fā)解鎖的技術(shù)方案。

3.2.2 其他功能觸發(fā)的自動解鎖

此類方案會監(jiān)控其他功能的使用情況來自動解鎖，例如當(dāng)通話結(jié)束時自動解鎖等等，其監(jiān)控機制主要通過軟件實現(xiàn)，不需要增加硬件。而且其自動解鎖功能主要是對應(yīng)于自動加鎖功能。此類方案的優(yōu)點是能自動判斷用戶意圖，減少用戶解鎖負(fù)擔(dān)；缺點是容易導(dǎo)致非用戶意愿的解鎖。

3.2.3 基于感應(yīng)環(huán)境特征的解鎖

此類方案會通過硬件裝置感知手機的外部環(huán)境，然后可以根據(jù)感知解鎖自動解鎖，也可以對環(huán)境特征作一定處理，實現(xiàn)非觸摸式解鎖方案。此類方案的優(yōu)點是增加了解鎖手段，避免過渡觸摸，進(jìn)而提高觸摸屏壽命；缺點是增大了硬件成本和處理器計算量，且誤解鎖風(fēng)險較大。現(xiàn)有方案中主要基于光強傳感器、距離傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等來實現(xiàn)解鎖方案。

3.2.4 完成指示的解鎖操作實現(xiàn)的解鎖

此類方案大多基于觸摸輸入和圖形用戶界面（GUI），特點是為用戶提供一個操作任務(wù)，當(dāng)用戶完成了該任務(wù)后則解鎖，并且會顯性地或隱性地指導(dǎo)用戶該如何完成該任務(wù)。此類方案的優(yōu)點是功能實現(xiàn)簡單，解鎖操作快捷且趣味性強，不需要用戶有任何記憶；缺點是無安全性。但是由于其良好的用戶體驗，因此也是目前手機非加密解鎖技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一類解鎖方案。

3.2.5 基于移動終端姿態(tài)的解鎖

此類方案通過識別手機自身的姿態(tài)來實現(xiàn)相應(yīng)的解鎖功能（如甩動解鎖），其識別功能需要基于置于手機內(nèi)部的感應(yīng)硬件裝置，如重力感應(yīng)器、加速度感應(yīng)器等。此類方案的優(yōu)點是為用戶提供了多樣化的操作手段，解鎖過程快捷；缺點是增加了硬件成本，且誤解鎖風(fēng)險較大。

4 總結(jié)

近年來，隨著手機軟件技術(shù)的快速發(fā)展，手機解鎖技術(shù)的專利申請量也隨之增加，為了對手機解鎖技術(shù)有全面的了解，本文通過對專利文獻(xiàn)的分析，對現(xiàn)有的手機解鎖技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分類，并對各種類型的方案的特點和優(yōu)劣進(jìn)行了分析。

通過技術(shù)分析，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的手機解鎖方案中，加密解鎖技術(shù)方案需要依賴的技術(shù)條件較多，更容易形成具有創(chuàng)造性的技術(shù)方案，因此其授權(quán)量是非加密解鎖技術(shù)方案的近兩倍。專利統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前最主流的解鎖方案是基于觸摸操作和圖形用戶界面（GUI）的解鎖方案。由于此類方案的技術(shù)實現(xiàn)較為容易，且解鎖操作更簡便，用戶體驗更好。但是各大IT公司也在試圖尋找更加新穎的解鎖方式，一些非觸摸式解鎖方案也層出不窮。手機的解鎖技術(shù)正在朝著更加多元化的方向發(fā)展。