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。本文基于專利文獻對現(xiàn)有的手機屏幕解鎖技術(shù)進行了詳細的分類，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；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對現(xiàn)有的手機屏幕解鎖技術(shù)進行分類，并對各類型的解鎖方案的優(yōu)劣進行分析。

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，可以進一步細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)絡的解鎖

此類解鎖方案主要是通過在遠程服務器上驗證用戶信息來對手機進行解鎖。這類方案出現(xiàn)比較早，主要應用在手機防盜技術(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，遠程驗證服務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）與預定內(nèi)容是否匹配來進行解鎖。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)。在觸屏時代，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設(shè)的特征是否匹配來進行解鎖，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，否則會導致誤解鎖，也不能太難解鎖，否則會增加用戶解鎖負擔。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，減少用戶解鎖負擔；缺點是容易導致非用戶意愿的解鎖。

3.2.3 基于感應環(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，當用戶完成了該任務后則解鎖，并且會顯性地或隱性地指導用戶該如何完成該任務。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)部的感應硬件裝置，如重力感應器、加速度感應器等。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的分析，對現(xiàn)有的手機解鎖技術(shù)進行了詳細的分類，并對各種類型的方案的特點和優(yōu)劣進行了分析。

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。