CN104035688A - 移动终端单点触控压力感知安全解锁方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动终端单点触控压力感知安全解锁方法及装置，在用户设置安全解锁方案时，移动终端记录安全解锁设置时每次触控触摸屏体对应内容及其输入压力作为安全解锁秘钥。本发明还提供了相应的硬件解决方案，基于移动终端现有的电容触摸屏和MEMS三轴加速度计，并在触摸屏体下方放置二个薄膜压力传感器及压力传感器接口电路，测量安全解锁过程中用户单点触摸屏体产生的压力，实现低功耗的单点触控压力感知装置。该方法及装置实现了对解锁过程中输入PIN数字、密码字符或者绘制解锁图案时的手指按压触摸屏力度测量和感知，以输入内容及其输入时的屏体按压力度为解锁秘钥进行移动终端的安全解锁，提升了移动终端的安全性和隐私保护能力。

Description

移动终端单点触控压力感知安全解锁方法及装置

技术领域

本发明涉及一种移动终端安全解锁方案，尤其是一种在集成了单点触控压力感知装置的移动终端中实现安全解锁的方法及装置。

背景技术

随着移动终端如智能手机、平板电脑乃至笔记本电脑的功能和处理能力的提升，移动终端上安装了安全保护等级要求比较高的应用如在线银行和移动支付宝，并存储了大量隐私和高敏感数据如信用卡号、联系人电话、银行账号等，在便利了人们生活便利的同时，也使移动终端成为黑客和盗贼的热点目标。

为了保证移动终端的隐私性和安全性，现有的移动终端普遍集成了安全解锁方案。例如Andriod移动操作系统内置了PIN解锁、密码解锁、图案解锁，甚至某些型号的移动终端内置了生物特征解锁，如苹果iPhone5、三星Galaxy S5内置了指纹识别解锁、索尼Xperia M35C内置了人脸识别解锁。这些安全解锁方案在提高移动终端安全性的同时，也存在易被破解或者增加成本较高的问题。密码解锁、图案解锁等安全机制基于可视化人机交互实现解锁，由于在公共场合下解锁次数可能较为频繁，面临被其他人通过偷窥方式或者分析手指遗留在屏幕上的污迹进行破解。指纹识别与人脸识别解锁一方面成本高，一方面也可以通过拍摄或伪造指纹/人脸图片的方式破解。

触摸屏因具有易操作性、直观性和灵活性等优点，目前已成为移动终端主流人机交互技术，PIN解锁、密码解锁、图案解锁特别是图案解锁方案通常依赖于触摸屏，同时这些解锁方案只支持单个手指操作。

发明内容

本发明的目的是针对移动终端现有安全解锁方案面临的成本高或者易被破解等问题，基于移动终端广泛采用的触摸屏，通过集成低成本的单点输入压力感知装置，实现解锁过程中输入PIN数字、密码字符或者绘制解锁图案时的手指按压触摸屏力度测量和感知，基于输入内容和输入时的触控压力，进行移动终端的安全解锁，提升移动终端的安全性和隐私保护能力。

按照本发明提供的技术方案，所述的移动终端单点触控压力感知安全解锁方法为：在用户设置安全解锁方案时，移动终端记录安全解锁设置时每次触控触摸屏体对应内容及其输入压力作为安全解锁秘钥；设置完成安全解锁秘钥后，每次用户执行安全解锁动作时，记录安全解锁过程中每次输入的内容，并测量其对应的屏体触控压力，在安全解锁动作执行完毕后，将安全解锁过程中记录的输入内容及其对应触控压力与存储的安全解锁秘钥进行比对，如果完全一致，则执行解锁指令，否则提示用户进行重试，重试超过设定次数后，在设定时间内禁止用户继续尝试解锁。

具体的，所述安全解锁秘钥包括：PIN安全解锁秘钥为<<PIN数字1、对应压力等级>，<PIN数字2、对应压力等级>,<PIN数字3、对应压力等级>,<PIN数字4、对应压力等级>>；密码安全解锁秘钥为<<密码字符1、对应压力等级>，<密码字符2、对应压力等级>,…,<密码字符N、对应压力等级>>，其中N表示密码的位数；图案安全解锁秘钥为<<图案第1点、对应压力等级>，<图案第2点、对应压力等级>,…,<图案第P点、对应压力等级>>，其中P为图案包含的点数。

具体的，在用户输入秘钥内容时，为用户提示当前输入压力，并由用户实时的增加或者降低对屏体的按压力。

据此，本发明提出了一种移动终端单点触控压力感知装置，其包括移动终端内置的：主控芯片、电容触摸屏体、电容触摸屏控制芯片、MEMS三轴加速度传感器，还包括设置在电容触摸屏体背面的二个薄膜压力传感器及压力传感器接口电路，所述电容触摸屏体连接电容触摸屏控制芯片以检测触摸点位置，MEMS三轴加速度传感器用于获取垂直于电容触摸屏体表面的加速度值，薄膜压力传感器连接至压力传感器接口电路以检测作用于电容触摸屏体的触控压力；电容触摸屏控制芯片、MEMS三轴加速度传感器和压力传感器接口电路分别与主控芯片连接，并分别将触摸点位置、垂直于电容触摸屏体表面的加速度测量值、每个薄膜压力传感器检测的压力值传输给主控芯片，主控芯片依据各薄膜压力传感器的压力测量值和垂直于电容触摸屏体表面的加速度测量值计算获得各薄膜压力传感器的校正后压力测量值，再结合触摸点位置计算获得该点的触控压力。

具体的，所述薄膜压力传感器布设在电容触摸屏体的对角处，位于触摸屏可视显示区域外。

具体的，所述薄膜压力传感器采用半径2～3mm的圆形压阻式柔性力敏材料。

具体的，在电容触摸屏体背面还设有厚度和受压变形程度与薄膜压力传感器一致的薄膜垫片，起到对电容触摸屏体的支撑作用。所述薄膜垫片有两个，与薄膜压力传感器相对布设在电容触摸屏体的另一对角处。

具体的，所述MEMS三轴加速度计的x,y,z轴是以移动终端为基准的相对坐标系，设电容触摸屏体的质量为M，垂直于电容触摸屏体表面的z轴加速度为Z_a，则由于电容触摸屏体自身质量所产生的垂直于屏体的压力为M*Z_a，每个压力传感器的偏差为0.5*M*Z_a，主控芯片计算获得校正后的压力测量值即为薄膜压力传感器的压力测量值减去偏差值。

具体的，以一个薄膜压力传感器的布设位置为原点，电容触摸屏体长度为L的方向建立X轴，长度为B的方向建立Y轴，设二个薄膜压力传感器的布设位置坐标分别为(0,0)、(L,B)，对应校正后的压力测量值分别为P1、P2，对应触摸点位置为(x1,y1)，对应触摸压力p则为：

$p=\frac{(P1+P2)\&times;(\sqrt{{x1}^2+{y1}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{y1}^2}+\sqrt{{x1}^2+{(B-y1)}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{(B-y1)}^2})}{\sqrt{{x1}^2+{y1}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{(B-y1)}^2}}.$

本发明的优点：通过在触摸屏体背面放置二个低成本、低功耗的薄膜压力传感器，并结合移动终端内置的电容触摸屏和MEMS三轴加速度传感器，实现移动终端对单点触控动作的压力感知。在兼容移动终端现有的PIN、密码、图案安全解锁方案基础上，通过集成低成本的单点触控压力感知装置，扩展移动终端操作系统自有的安全解锁程序，支持输入压力和输入内容的采集和记录，提高安全解锁的安全性。

附图说明

图1为本发明的系统工作流程图。

图2为本发明在图案解锁中的一种应用图例。

图3为本发明的单点触控压力感知装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

按照本发明所述的方法，在用户设置安全解锁方案时，移动终端记录安全解锁设置时每次触控触摸屏体对应内容及其输入压力作为安全解锁秘钥；设置完成安全解锁秘钥后，每次用户执行安全解锁动作时，记录安全解锁过程中每次输入的内容，并测量其对应的屏体触控压力，在安全解锁动作执行完毕后，将安全解锁过程中记录的输入内容及其对应触控压力与存储的安全解锁秘钥进行比对，如果完全一致，则执行解锁指令，否则提示用户进行重试，重试超过设定次数后，在设定时间内禁止用户继续尝试解锁。

如图1所示，为本发明的安全解锁方案的系统工作流程图，具体步骤如下：

步骤1)、移动终端启动。

移动终端启动后，电容触摸屏处于值守状态，接收用户的触摸输入。为了降低设备功耗，单点触控压力感知装置处于休眠或掉电状态。

步骤2)、安全解锁秘钥设置。

当用户决定启用移动终端的安全解锁机制时，用户通过移动终端操作系统自有的“设置”软件中安全类分项，启动安全解锁秘钥的设置程序，同时唤醒移动终端内部的单点触控压力感知装置。设置安全解锁秘钥时，记录用户每次触控触摸屏体对应的内容及其输入压力，并储存在本地。具体来说：

PIN安全解锁秘钥从原有的<PIN数字1,PIN数字2,PIN数字3,PIN数字4>，修改为<<PIN数字1、对应压力等级>，<PIN数字2、对应压力等级>,<PIN数字3、对应压力等级>,<PIN数字4、对应压力等级>>；密码安全解锁秘钥由原来的<密码字符1,密码字符2,…,密码字符N>，修改为<<密码字符1、对应压力等级>，<密码字符2、对应压力等级>,…,<密码字符N、对应压力等级>>；图案安全解锁秘钥由原来的<图案第1点,图案第2点,…,图案第N点>，修改为<<图案第1点、对应压力等级>，<图案第2点、对应压力等级>,…,<图案第P点、对应压力等级>>。

完成安全解锁秘钥设置后，单点触控压力感知装置重新进入休眠状态。

步骤3)、安全解锁过程。

安全解锁方案启用后，用户每次进入移动终端时，均需执行安全解锁动作。在安全解锁过程中，移动终端的安全解锁程序首先唤醒处于休眠状态的单点触控压力感知装置，同时记录用户输入安全解锁秘钥的内容以及对应的输入压力。安全解锁秘钥输入完成后，安全解锁程序将本次解锁过程中记录的用户输入内容、压力与存储的安全解锁秘钥进行比对。

如果一致，则为移动终端解锁，并将解锁尝试次数清零，单点触控压力感知装置重新切换至休眠状态。如果不一致，则判断安全解锁的尝试次数是否大于5次，如果没有大于5次，则将尝试次数加1，提示用户重新执行安全解锁过程；如果超过5次，则提示用户等待一段时间重试，等待时间一般为30秒，同时将解锁尝试次数清零，压力感知装置重新切换至休眠状态。等待时间过去后，用户可以重新尝试进行安全解锁。

在安全解锁过程中，操作系统自有的安全解锁程序具有一定的用户反馈和提示信息，为了帮助用户确认输入的压力，需要在用户输入相关秘钥内容时，为用户适当提示当前输入压力，并由用户根据当前压力测量值适当增加或者降低屏体的按压力。如图2所示，给出了一种面向图案安全解锁方式的用户提示示例，实际应用中提示和反馈用户的内容和形式并不限于图2。

图2左边为传统的基于图案的安全解锁人机界面，用户在设置和执行图案安全解锁时，通过顺序连接界面上九个点的任意P个点，形成一个<图案第1点,图案第2点,……,图案第P点>的序列作为秘钥，通过比对实时输入的秘钥序列和存储的解锁秘钥序列进行是否允许用户解锁移动终端的判断。

图2右边是本发明基于图案的安全解锁人机界面，用户在设置和执行图案安全解锁时，通过顺序连接界面上九个点的任意P个点，同时移动终端通过内置的压力感知装置，测量每个点的触摸压力，并形成一个<<图案第1点、对应压力等级>，<图案第2点、对应压力等级>,……,<图案第P点、对应压力等级>>的序列作为秘钥。在用户触摸或按压每个点时，界面上被按压点的附近出现当前压力的压力等级，便于用户根据需要调整按压力大小。当用户按压屏体的压力与解锁秘钥序列中对应点的压力等级一致时，用户可以移动到下一个点，同时该点最后的触控压力被记录下来，用于进行解锁判断。

如图3所示，本发明一个单点触控压力感知装置实施例的组成，包括：移动终端自有的电容触摸屏体1、电容触摸屏控制芯片4、主控芯片5、MEMS三轴加速度传感器7，以及新增的设置在电容触摸屏体1背面的二个低功耗薄膜压力传感器2、压力传感器接口电路6和薄膜垫片8。

所述电容触摸屏体1连接电容触摸屏控制芯片4，所述薄膜压力传感器2连接压力传感器接口电路6；电容触摸屏控制芯片4、压力传感器接口电路6和MEMS三轴加速度传感器7分别与主控芯片5连接。所述薄膜压力传感器2用于检测作用于电容触摸屏体1的触控压力，压力传感器接口电路6将每个薄膜压力传感器2检测的压力测量值转换为模拟电压信号传输给主控芯片5；所述电容触摸屏体1检测触摸点位置，电容触摸屏控制芯片4将检测出的电容屏触摸点数和各触摸点位置传输给主控芯片5；所述MEMS三轴加速度传感器7用于测量垂直于电容触摸屏体1表面的加速度值并传输给主控芯片5。所述主控芯片5是移动终端的CPU，依据各薄膜压力传感器2的压力测量值和垂直于电容触摸屏体1表面的加速度值计算获得各薄膜压力传感器2的校正后压力测量值，并结合电容屏触摸点数和各触摸点位置计算获得各触摸点的触控压力。

所述薄膜压力传感器2是无源器件，布设在电容触摸屏体1的下表面和设备主机之间，即在电容触摸屏体1背面，具有较高的压力探测精度，用于感知用户触摸电容触摸屏体1产生的触控压力。薄膜压力传感器2多采用面积很小(半径2-3mm)的圆形压阻式柔性力敏材料，厚度一般在0.1mm左右，布设在电容触摸屏体1的对角处(位于触摸屏可视显示区域3外)，不会显著增加触摸屏的总体厚度和边缘宽度。

所述薄膜垫片8是一个机械件，其厚度和受压变形程度与薄膜压力传感器2一致，起到对电容触摸屏体1的支撑作用。图3中薄膜垫片8有两个，与薄膜压力传感器2相对布设在电容触摸屏体1的另一对角处。

所述压力传感器接口电路6通过导线与所述二个压阻式薄膜压力传感器2相连，完成二个薄膜压力传感器2的电阻变化值到电压值的转换，内置双路运放电路，并将双路运放的电压输出接入到所述主控芯片5内部的双通道模数转换ADC接口。所述主控芯片5根据压敏材料的阻值和压力映射曲线，得到每个薄膜压力传感器2的压力值。同时，所述主控芯片5通过内部的GPIO接口控制是否为压力传感器接口电路6提供电源，实现压力感知装置的休眠与工作两种状态之间的切换。

所述MEMS三轴加速度计7是移动终端内置的运动传感器，用于测量垂直于电容触摸屏体1表面的加速度，并通过数字接口与主控芯片5相连。该MEMS三轴加速度传感器7的z轴设置成垂直于电容触摸屏体1表面的方向。

由于触摸屏本身具有一定的质量，压力传感器布设在电容触摸屏体1下方，用于感知垂直于电容触摸屏体1表面的压力，即使没有按压动作，压力传感器的测量值也可能大于0。当设备倾斜角度不同或者处于加速运动时，屏体自身质量所产生的压力有所不同。根据垂直于电容触摸屏体1表面的加速度值以及电容触摸屏体1质量，主控芯片5可以计算出没有按压动作时压力传感器的初始测量值，并用之于压力传感器压力测量值的校正。

所述MEMS三轴加速度计7的x,y,z轴是以设备为基准的相对坐标系，设电容触摸屏体1的质量为M，垂直于电容触摸屏体1表面(也是设备表面)的z轴加速度为Z_a，则由于电容触摸屏体1自身质量所产生的垂直于屏体的压力为M*Z_a。当采用如图3所示的压力传感器部署方式时，每个压力传感器的偏差为0.5*M*Z_a。主控芯片5计算获得校正后的压力测量值，即为薄膜压力传感器2的压力测量值减去偏差值。

主控芯片5根据二个薄膜压力传感器2的校正后压力测量值、电容触摸屏控制芯片4获得的单点触摸位置，进行触控压力的计算。具体计算方式如下：

设二个薄膜压力传感器2的布设位置分别为(0,0)、(L,B)，对应校正后的压力测量值分别为P1、P2，对应触摸点位置为(x1,y1)，所述参数坐标为以电容触摸屏体1的X轴、Y轴坐标系得到的坐标值。根据压力触控技术中的压力与位置的关系，对应触摸压力p则为：

$p=\frac{(P1+P2)\&times;(\sqrt{{x1}^2+{y1}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{y1}^2}+\sqrt{{x1}^2+{(B-y1)}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{(B-y1)}^2})}{\sqrt{{x1}^2+{y1}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{(B-y1)}^2}}.$

在本发明的实施例中，通过在触摸屏体背面放置二个处于对角位置的低功耗薄膜压力传感器，并结合移动终端内置的电容触摸屏和MEMS三轴加速度传感器，实现了移动终端对单点触控动作的压力感知。

Claims (10)

1.移动终端单点触控压力感知安全解锁方法，其特征是，在用户设置安全解锁方案时，移动终端记录安全解锁设置时每次触控触摸屏体对应内容及其输入压力作为安全解锁秘钥；设置完成安全解锁秘钥后，每次用户执行安全解锁动作时，记录安全解锁过程中每次输入的内容，并测量其对应的屏体触控压力，在安全解锁动作执行完毕后，将安全解锁过程中记录的输入内容及其对应触控压力与存储的安全解锁秘钥进行比对，如果完全一致，则执行解锁指令，否则提示用户进行重试，重试超过设定次数后，在设定时间内禁止用户继续尝试解锁。

2.如权利要求1所述移动终端单点触控压力感知安全解锁方法，其特征是，所述安全解锁秘钥包括：PIN安全解锁秘钥为<<PIN数字1、对应压力等级>，<PIN数字2、对应压力等级>,<PIN数字3、对应压力等级>,<PIN数字4、对应压力等级>>；密码安全解锁秘钥为<<密码字符1、对应压力等级>，<密码字符2、对应压力等级>,…,<密码字符N、对应压力等级>>，其中N表示密码的位数；图案安全解锁秘钥为<<图案第1点、对应压力等级>，<图案第2点、对应压力等级>,…,<图案第P点、对应压力等级>>，其中P为图案包含的点数。

3.如权利要求1所述移动终端单点触控压力感知安全解锁方法，其特征是，在用户输入秘钥内容时，为用户提示当前输入压力，并由用户实时的增加或者降低对屏体的按压力。

4.移动终端单点触控压力感知装置，包括移动终端内置的：主控芯片(5)、电容触摸屏体(1)、电容触摸屏控制芯片(4)、MEMS三轴加速度传感器(7)，其特征是，还包括设置在电容触摸屏体(1)背面的二个薄膜压力传感器(2)及压力传感器接口电路(6)，所述电容触摸屏体(1)连接电容触摸屏控制芯片(4)以检测触摸点位置，MEMS三轴加速度传感器(7)用于获取垂直于电容触摸屏体(1)表面的加速度值，薄膜压力传感器(2)连接至压力传感器接口电路(6)以检测作用于电容触摸屏体(1)的触控压力；电容触摸屏控制芯片(4)、MEMS三轴加速度传感器(7)和压力传感器接口电路(6)分别与主控芯片(5)连接，并分别将触摸点位置、垂直于电容触摸屏体(1)表面的加速度测量值、每个薄膜压力传感器(2)检测的压力值传输给主控芯片(5)，主控芯片(5)依据各薄膜压力传感器(2)的压力测量值和垂直于电容触摸屏体(1)表面的加速度测量值计算获得各薄膜压力传感器(2)的校正后压力测量值，再结合触摸点位置计算获得该点的触控压力。

5.如权利要求4所述移动终端单点触控压力感知装置，其特征是，所述薄膜压力传感器(2)布设在电容触摸屏体(1)的对角处，位于触摸屏可视显示区域(3)外。

6.如权利要求4，5所述移动终端单点触控压力感知装置，其特征是，所述薄膜压力传感器(2)采用半径2～3mm的圆形压阻式柔性力敏材料。

7.如权利要求5所述移动终端单点触控压力感知装置，其特征是，在电容触摸屏体(1)背面还设有厚度与薄膜压力传感器(2)一致的薄膜垫片(8)。

8.如权利要求7所述移动终端单点触控压力感知装置，其特征是，所述薄膜垫片(8)有两个，与薄膜压力传感器(2)相对布设在电容触摸屏体(1)的另一对角处。

9.如权利要求5所述移动终端单点触控压力感知装置，其特征是，所述MEMS三轴加速度计(7)的x,y,z轴是以移动终端为基准的相对坐标系，设电容触摸屏体(1)的质量为M，垂直于电容触摸屏体(1)表面的z轴加速度为Z_a，则由于电容触摸屏体(1)自身质量所产生的垂直于屏体的压力为M*Z_a，每个压力传感器的偏差为0.5*M*Z_a，主控芯片(5)计算获得校正后的压力测量值即为薄膜压力传感器(2)的压力测量值减去偏差值。

10.如权利要求5所述移动终端单点触控压力感知装置，其特征是，以一个薄膜压力传感器(2)的布设位置为原点，电容触摸屏体(1)长度为L的方向建立X轴，长度为B的方向建立Y轴，设二个薄膜压力传感器(2)的布设位置坐标分别为(0,0)、(L,B)，对应校正后的压力测量值分别为P1、P2，对应触摸点位置为(x1,y1)，对应触摸压力p则为：

$p=\frac{(P1+P2)\&times;(\sqrt{{x1}^2+{y1}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{y1}^2}+\sqrt{{x1}^2+{(B-y1)}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{(B-y1)}^2})}{\sqrt{{x1}^2+{y1}^2}+\sqrt{{(L-x1)}^2+{(B-y1)}^2}}.$