Fingerprint HAL

在配有指纹传感器上的设备上,用户可以注册一个或多个指纹,并使用这些指纹来解锁设备以及执行其他任务。Android 会利用 Fingerprint 硬件抽象层 (HAL) 连接到供应商专用库和指纹硬件,例如指纹传感器。

要实现 Fingerprint HAL,您必须在某个供应商专用库中实现 /hardware/libhardware/include/hardware/fingerprint.h主要函数

指纹匹配

设备的指纹传感器通常处于闲置状态。但为了响应对 authenticateenroll 函数的调用,指纹传感器会监听触摸操作(并且屏幕可能会在用户触摸指纹传感器时被唤醒)。指纹匹配的概要流程包括以下步骤:

  1. 用户将手指放在指纹传感器上。
  2. 供应商专用库会根据当前的已注册模板集判断是否匹配。
  3. 匹配结果会传递到 Fingerprint HAL,后者会将指纹身份验证结果通知给 fingerprintd(Fingerprint 守护进程)。

该流程假设设备上已经注册了一个指纹,即供应商专用库已为该指纹注册了一个模板。(要了解详情,请参阅身份验证)。

架构

Fingerprint HAL 会与以下组件交互:

指纹身份验证的数据流程
图 1. 指纹身份验证的概要数据流程
  • FingerprintManager API:会在应用进程中与应用直接交互。每个应用都有一个 FingerprintManager 实例,是与 FingerprintService 进行通信的封装容器。
  • FingerprintService:在系统进程中运行的单例服务,可处理与 fingerprintd 之间的通信。
  • fingerprintd:FingerprintService 中 binder 界面的 C/C++ 实现。fingerprintd 守护进程在自己的进程中运行,并会封装 Fingerprint HAL 供应商专用库。
  • Fingerprint HAL 供应商专用库:硬件供应商的 Fingerprint HAL 实现。供应商专用库能够与设备专用硬件进行通信。
  • Keystore API 和 Keymaster:为可信执行环境 (TEE) 中的安全密钥存储提供硬件支持加密的组件。

供应商专用 HAL 实现必须使用 TEE 要求执行的通信协议。因此,不得将原始图片和处理后的指纹特征传递到不可信内存中。所有此类生物识别数据都需要安全地存储在传感器硬件或可信内存中。(TEE 中的内存被视为可信内存,TEE 之外的内存则被视为不可信内存。)获取 Root 权限不得损坏生物识别数据。

fingerprintd 会通过 Fingerprint HAL 调用供应商专用库,以便注册指纹以及执行其他操作:

与 fingerprintd 交互
图 2. Fingerprint 守护进程与 Fingerprint 供应商专用库之间的交互。

实现准则

以下 Fingerprint HAL 准则旨在确保指纹数据不会被泄露,并在从设备中移除用户时,一并移除指纹数据:

  1. 必须要确保在任何情况下都无法从传感器驱动程序或 TEE 以外访问原始指纹数据或衍生内容(例如模板)。如果硬件支持它,则只能将硬件访问权限授予 TEE,并且必须通过 SELinux 政策对硬件访问权限加以保护。 串行外设接口 (SPI) 通道必须只能供 TEE 访问,并且必须有针对所有设备文件的明确 SELinux 政策。
  2. 指纹采集、注册和识别必须在 TEE 内部进行。
  3. 只有加密形式的指纹数据可以存储在文件系统中(即使文件系统本身已加密)。
  4. 指纹模板必须采用设备专用私钥进行签名。 对于高级加密标准 (AES),模板必须至少通过绝对文件系统路径、群组和指纹 ID 进行签名,这样一来,相应模板文件便无法在其他设备上使用,并且无法用于在同一设备上注册的任何其他用户。例如,您将无法复制同一设备上其他用户的指纹数据,也无法从其他设备复制指纹数据。
  5. 实现必须使用 set_active_group() 函数提供的文件系统路径,或提供一种能够在移除用户时一并清空所有用户模板数据的方法。强烈建议将指纹模板文件以加密形式存储在提供的路径中。如果因 TEE 存储要求导致这种做法不可行,实现人员必须添加一些钩子,以确保在移除用户时一并移除相关数据。

Fingerprint HAL 函数

Fingerprint HAL 在 /hardware/libhardware/include/hardware/fingerprint.h 中包含以下主要函数:

  • enroll:将 HAL 状态机切换到开始收集和存储指纹模板的状态。注册完成后或超时后,HAL 状态机会立即返回到闲置状态。
  • pre_enroll:生成一个独一无二的令牌,以指明指纹注册已开始。为 enroll 函数提供令牌,以确保事先已经过身份验证(例如使用密码)。为了防止被篡改,确认设备凭据后,便会开始封装令牌并对其进行相应的处理(例如进行 HMAC 处理)。在注册期间必须检查令牌,以确认令牌仍然有效。
  • get_authenticator_id:返回与当前指纹集关联的令牌。
  • cancel:取消待处理的注册或身份验证操作。 HAL 状态机会返回到闲置状态。
  • enumerate:同步调用,用于枚举所有已知指纹模板。
  • remove:删除指纹模板。
  • set_active_group:限定只能对属于指定群组(通过群组标识符 (GID) 来标识)的指纹集执行某项 HAL 操作。
  • authenticate:验证与指纹相关的操作(通过操作 ID 来标识)。
  • set_notify:注册从 HAL 收到通知的用户函数。如果 HAL 状态机处于繁忙状态,该函数会被屏蔽,直到 HAL 不再处于繁忙状态为止。

要详细了解这些函数,请参阅 fingerprint.h 备注。