CN105556527A - 使用者身份验证系统装置及有关方法的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用者身份证验证方法和系统，其中，同一个传感器表面用于扫描指纹和输入特定使用者密码。特定使用者密码包括由边框引导的手势。

Description

使用者身份验证系统装置及有关方法的改进
技术领域
本发明公开了一种涉及使用者身份验证系统装置的改进，尤其是对于利用指纹和特定使用者密码对使用者进行二元验证的新的方法和装置。
技术背景
我们看到对于个人身份安全验证的需求的增加，例如作为入口控制的一部分和使用者身份验证。随着预期的使用智能手机进行财务往来和作为“电子钱包”的增长，用一种可靠的方法对使用者进行身份验证的需求是必须的。本文中，不同的生物计量原理已经被试用或运用进行身份验证和认证。例如，指纹、掌纹、耳型、脸型、语音、虹膜特征等等。到目前为止，指纹验证是最为流行身份验证方法，各种各样的电子扫描原理(光电子的、电容的、热的)被现在被广泛使用，来获取并存储生物计量指纹信息。
单独使用指纹有着与生俱来的的弱点，即，有可能通过准备属于个人主体的指纹或指部复制品进行模仿，例如，与诈骗有关。这样的复制品可能拥有真的指纹或指部相同或类似的特征，并且，这样可能被用来提供一份将被传感器系统接受的指纹模型。
现代的智能手机和平板电脑，都是利用触摸屏输入信息并且操作程序和应用。使用触摸屏作为用户/程序界面的一个后果就是，屏幕会含有大量的来自合法使用者的指纹残留，其中“可读取的”指纹可能轻易的从屏幕上“提取”，例如，在设备丢失或被盗窃之后。这样，指纹可能被用来哄骗系统，通过打印一张简单图片或者通过更加复杂的技术，如使用激光3-D打印机准备一份可以附着于指尖的“皮肤类似物”构造。
由于这个原因，单独指纹登记经常是不充足的，并且不得不增加输入一套特定使用者密码，假定这套密码是秘密的，并且只有经授权的使用者知道。
目前使用的一些系统结合了指纹验证和通过数字或字母键盘输入个人通行密码验证。在一些情况下，使用分离的键盘输入特定使用者密码是不方便的，因为，这需要额外的设备，也意味着在身份验证和认证两个不同的输入实体的过程中步骤的分离。一个通常是长期的安置的、分离的键盘可能会允许应用工具，例如击键记录器，在输入期间放任非法“读取”密码。很多人也认为记忆数字或字母密码比较困难，尤其是使用者需要去记忆一整系列这样的密码。
一些专利文献中公开了几个关于指纹传感器、特定使用者密码模式和与特定传感器类型有关的特殊要求。
第EP2584485A1号专利公开了一种基于触摸来输入数据的系统，其包括，至少一个数位在传感器表面。
第EP2575084A1号专利公开了一种以验证密码防止对密码的存储式再现为目的，使用嵌入式触觉传感界面向安全令牌输入密码的技术。安全令牌具有微控制硬件匹配功能。
第EP2509019A1号专利公开了一种用于向一个设备提供通行许可的安排方法，所述方法包括通过触摸屏接收一个图画密码，所述密码至少包括两部分，其中，第一部分与触摸屏上的第一物理值有关，第二部分与所述触摸屏上的第二物理值有关，一起生成一套基于所述第一和第二物理值的图画密码，所述图画密码至少有一部分与触摸屏表面的平面扩展不同。
第US20120042378A1号专利公开了一种图画用户界面登陆系统，其中，用户设定图画设计，并且使用它登陆资源。设计图画可以包括线条和线条的距离、方向和位置。不同的输入的部分需要重叠，设计图画可以要求用户选择颜色并且可以包括颜色和数量。
第WO2009/008686号专利公开了一种数据输入装置以及一种利用数据输入装置的输入转换方法。所述数据输入装置包括一个具有预定输入区域的探测单元，探测单元进行第一个方向性的输入，由一个手指放置在输入区域中涉及的位置，通过探测预定径向中的横压生成第一个方向性输入信号；由手指放置在涉及的位置，通过探测预定方向中的竖压，第二个方向性输入生成第二个方向性输入信号；由手指放置在涉及的位置，通过探测倾斜压，第三个方向性输入生成第三个方向性输入信号；并且，由手指放置在涉及的位置，通过探测倾斜输入，第四个方向性输入生成第四个方向性输入信号。一个控制单元，所述控制单元设置为判定横压方向、竖压方向、倾斜压方向和手指倾斜方向的输入位置，并且，从记忆中提取相关数据，并输入提取的数据。
第US20090313693A1号专利公开了一种用于电子安全登录的方法和系统，所述方法利用在触摸式敏感表面上触摸和移动来判定在一定程度上与密码近似的图画密码。图画密码包括由使用者定义的在触摸屏表面上进行滑动、轻击或者拖动各种各样的组合。使用者选择的图画密码被存储在存储器内，用于通过后续的图画密码输入来验证使用者身份。
第WO2009095263A1号专利公开了一种手提式电子装置，所述装置包括用于指纹使用者身份验证的方式，具有一个指纹传感器和用于输入第一数据的工具，其中，所述用于输入第一数据的工具与指纹传感器连接，所述第一数据是通过指纹传感器感知一个物体的存在被输入，所述第一数据是不依赖所述物体的生物计量特征的。
第WO2003007220A1号专利公开了一种无键盘指纹验证仪器和方法，使用者能够通过一个指纹采集窗口输入他/她的身份证号码以及指纹。指纹采集窗口被分为诸多部分，并且不同部分分配不同的数码。系统包括一个手指“位置-到-数字”转换部分用于确定手指正在触摸的指纹采集窗口的某一部分的位置，并且用于查找手指放置的位置上所分配给相应部分的数字。
第EP1113405A2号专利公开了一种作为命令界面使用的指纹测读系统，其中，识别使用者的指纹模型并与之前存储的模型进行比较。如果指纹模型与之前存储的模型匹配匹配，使用者被允许通过界面系统输入命令。就以一部汽车来说，使用者可以通过他们的指纹来验证他们自己，然后执行，例如，车门解锁、将座椅设定为一个选好的位置，或者在他们进入汽车之前预启动汽车。
第WO2002028067A1号专利公开了通过用手指连续接触手机单一信号生成器生成复杂文本输入的方法和系统。所述手机包括显示器和信号发生器。所述信号发生器包括手指触摸敏感传感器适应于感知至少一维的移动。所述系统包括分析工具和翻译工具，在二维中测量手指在传感器对面全方向的移动。分析工具是用来根据预定的成套手指连续移动，包括手指方向的连续移动和触摸/非触摸连续移动，将在信号发生器对面的手指的全方向移动归类。翻译工具包括用命令表，所述命令表用于将已归类的手指移动翻译成信号控制显示屏，作为手指在传感器上的移动的结果。
第US8111136B2号专利公开了一种指纹扫描设备，所述设备包括控制模块用于探测并控制信号的传送。指纹扫描模块与控制模块连接，探测指纹和感知触摸，并且发送指纹信号和触摸信号至控制模块。指纹扫描模块包括触摸感应器用于感知不同的触摸体现不同的命令信号。
第US6373967B2号专利公开了一种进入装置，所述装置识别使用者连续输入的指纹，不同的手指的指纹必须用固有顺序输入以便被系统识别并被接受。
第US6509847B1号专利公开了一种方法，所述方法用于通过施加到触摸表面上的压力的临时变量输入通行密码。
第CA2340501号专利公开了一种指纹或者手掌扫描，其中，当一段时间间隔，主体运用压力、扭转力和/或翻转，指纹或手掌纹是连续的压印图像。
第US20070122013A1号专利公开了一种手指传感器，所述传感器包括，具有手指感应区域的手指传感集成电路(IC)，具有接收手指感应IC腔体的IC载体，并且至少具有一个上斜边缘和边框包围至少IC载体的上边界的一部分。
第US8378508B2号专利公开了一种生物计量传感装置，例如，指纹传感器，包括一个安装了模具的底层，上面形成一个传感阵列和至少一个传导性外圈。模具和外圈被包装成一个整体封闭结构用来防止这些元件遭受机械的、电子的和环境的损伤，但是，有一部分传感阵列和外圈裸露或者被包装最薄的覆盖或被其它涂层材料结构覆盖。
这个发明人之前公开了一种利用指纹传感器鉴别和认证个人身份的系统(WO2005043451)，所述传感器表面分成不同的部分(物理上或虚拟的)，允许使用者通过从一个部分到另一个部分或横向、竖向或斜向移动手指，或短暂的轻拍或施加短暂的压力到传感器表面的方式，注册一个特定使用者密码。特定使用者密码有几何图案形状、字符顺序或者压力(点/线)顺序等形式。
这个系统有几个缺陷，尺寸的要求很可能是最重要的。为了允许使用者以一些可靠程度和可再现性绘制和/或敲击出一个使用者图案模型，传感器全部区域应具备至少20x20毫米的尺寸。这个尺寸应允许传感器的分区足够的明显，允许使用者以一些精确程度在传感器表面不同的部分放置指尖，作为绘制使用者图案模型的部分。尽管如此，相比之下这个理想状态，用于实际目的的指纹传感器是相当小的，通常在13x13毫米左右或者更小。
根据第WO2005043451号专利描述，这个系统另外一个重要的缺陷是使用者图案是利用整个指尖在传感器表面上接触进行绘制的，但是点和/或终止信号的输入是通过在传感器表面进行按压输入的。这个程序很遗憾地将会使合法使用者的大量指纹残余遗留在传感器表面，使得非法使用者能够“提取”指纹，制作复制品，从而能够未经授权或者犯罪用途利用指纹保护装置。
发明概述
根据本发明公开的第一方面，本发明提供一种验证使用者的方法，所述方法包括：
接收，在传感器表面，所述使用者手指；
用所述传感器扫描指纹；
接收，在同一传感器表面，特定使用者密码；
其中，输入特定使用者密码包括：绘制由边框引导的包含有一种或多种手势的特定使用者图案。
指纹和特定使用者密码被用来同已经存储的记录进行对比，来验证使用者的输入是否与使用者存储的记录匹配。
可选择的，手势包括线条手势。
可选择的，线条手势是通过手指在沿着传感器表面一部分邻近边框边缘滑动输入的。
可选择的，线条手势包括从边框的一个角落滑动到另一个角落的移动。
可选择的，手势包括点手势。
可选择的，点手势包括来回移动，所述移动在边框角落有一个终点。
可选择的，特定使用者密码开始和/或结束在边框的一个角落。
可选择的，手势包括一个表明特定使用者密码输入的开始和/或结束的滑动手势。
可选择的，在绘制特定使用者图案时，指尖只有一部分与传感器表面接触。
根据本发明公开的第二方面，本发明提供一种验证使用者的系统，所述系统包括：
一个传感器，所述传感器包括一个表面适于接收手指用于指纹扫描，并且用于接收由特定使用者图案组成的特定使用者密码；和
一个边框，当在传感器表面上绘制特定使用者图案时，用来引导使用者放置手指。
可选择的，边框是围绕在传感器表面边界或其一部分的周围。
可选择的，边框是可通过触摸被感知的。
可选择的，边框包括一个或多个角落。
可选择的，边框包括从传感器表面和/或主机设备表面凸出的边缘。
可选择的，边框包括嵌入传感器表面和/或主机设备表面的边缘。
可选择的，边框或其一部分是粗糙不平的用来提供触觉反馈。
可选择的，边框包括一个边界，限制了或者至少部分的限制了边界或者传感器表面，在视觉上可以从主机设备包围的表面和传感器表面区分开来。
可选择的，边框包括一个或多个发光部分。
可选择的，边框包括一个或多个当触摸时可发出声音信号的部分。
可选择的，边框或其一部分包括一个传导性元件。
可选择的，在使用中，传感器是装载在一部主机设备之上，并且边框是装载在单独的主体之上接受主机设备之上。
可选择的，主机设备包括一个手提的计算机装置或者智能手机，并且，单独的主体包括一个套，在使用中，用来接收手提计算机装置或者智能手机。
或者，主机设备包括一张事务处理卡，并且单独的主体包括一个扁口，在使用中，用来接收事务处理卡。
可选择的，所述系统包括：
记忆工具储存与至少一位使用者有关的指纹模型数据和特定使用者密码数据；和
一个处理器与所述传感器连接，用于接收指纹模型数据和特定使用者密码数据；并且与所述记忆工具连接，用于比较所述接收到的数据和所述存储数据；并且返回一个基于所述比较基础之上的验证结果。
倘若成功验证使用者身份，验证结果通过由一部主机设备允许具体行动或活动来被利用的，或者，倘若验证使用者身份不成功，则由主机设备拒绝具体行动或活动。
根据本发明公开的第三方面，本发明提供一种主机设备，所述主机设备包括一种使用者验证系统，所述系统包括：
指一个传感器，所述传感器包括一个表面适于接收手指用于指纹扫描，并且用于接收由特定使用者图案组成的特定使用者密码；和
一个边框，用于在传感器表面绘制特定使用者图画时，引导使用者放置手指。
使用者验证系统可包括第一方面中或者此中另有说明的任何特征，并且，主机设备可用于执行第二方面或此中另有说明的方法。
可选择的，主机设备可以是一部移动计算机装置、一部移动电话、一张金融事务处理卡，或者一张身份证明卡。
根据本发明公开的第四方面，本发明提供一种计算机程序，所述计算机程序把命令编成码，当在计算机装置上运行时，使它能够：
接收指纹数据和特定使用者密码数据，比较与特定使用者图案有关的手势数据；
比较接收到的数据和已储存的数据；和
返回一个基于所述比较所做的验证结果。
附图说明
本发明将，仅通过举例的方式，结合附图进行阐述，其中：
图1系列展示了一个传感器表面被提高的边框包围的指纹传感器。
图2系列展示了一个传感器表面被较低或下沉边框包围的指纹传感器。
图3系列展示了一个指纹传感器，其中，包围边框上部与传感器表面相比是粗糙和不平的。
图4系列展示了在传感器表面对指纹进行扫描。
图5系列展示了手指感触包围在传感器表面的边框。
图6系列展示了指尖放置在包围传感器表面的边框的角落。
图7系列展示了自一个角落起始至另一个角落结束，绘制一个由两条连接的线组成的简单线条图案。
图8系列展示了利用一个角落作为转折点用于手指绘制使用者图案。
图9系列展示了边框和传感器区域相关的边缘区域的位置，以及在边缘区域内绘制一幅线条图案。
图10系列展示了在一个角落通过来回移动指尖输入一个单一的点的例子。
图11系列展示了绘制由线条和点组成的组合图案。
图12系列展示了自边框的一个边缘至相对边缘绘制线条，表示起始和/或结束使用者图案。
图13系列展示了一个指纹传感器，其中，部分包围边框由电导体组成。
图14系列总结了使用者验证方法的许多方面。
图15系列展示了用于绘制传感器表面角落的原理和用于给使用者图案做参考的图画符号。
图16展示了一部背面具有一个指纹传感器的智能手机
图17系列展示了由指纹传感器组成的事务处理卡及使用。
图18系列展示了一个传感器系统，其中，利用其它方法而不是物理结构来定位传感器边框。
图19系列展示了根据图18所展示的传感器包括在展示区域内的智能手机。
图20系列展示了智能手机展示区域具有传感器边框图像。
图21系列展示了一个对小区域传感器有用的边框安置。
图22系列展示了利用套子保护智能手机，所述套子由一个正方形孔作为传感器边框组成。
图23系列展示了使用连接了指纹传感器的事务处理卡，接收事务处理卡的实体配备有一个凸出元件，所述凸出元件由一个正方形孔作为传感器边框组成。
发明详细说明
本发明提供了一种方法用于验证电子指纹传感器使用者，所述电子指纹传感器是以光学的、光电子的、超声波的、压力的、射频的、热的、电容性的和其它的物理原理为基础用来扫描指纹。所述方法涉及输入个人的、使用者定义的和特定使用者组合的指纹，借助于一套并且是同一套传感器系统验证使用者。
传感器是与一套系统连接使用，所述系统适于评估由一个特定的使用者以组合形式输入的指纹的特征，并且与同存储的指纹和使用者图案信息进行对比，利用这个经过比较的结果进行验证(证明)所述使用者的身份。
本发明提供了一种边框，所述边框包围传感器表面或者至少传感器表面一部分，在输入特定使用者密码时，所述边框能够使用者察觉或者感知。输入特定使用者密码可包括绘制特定使用者图案，与其它元素随意组合，例如，使用者手指选择性的适用压力。特定使用者密码将会在下文讨论更多细节。
当绘制图案(作为输入密码的一部分)时，为了保持完全控制，使用者需要始终注意他们的手指相对于传感器表面的位置–一些实施例中，甚至与手指没有目光接触。由于这个原因，根据优选的操作模式，为了输入特定使用者密码，使用者将会持续维持他们的指尖与边框接触。如下文所描述的，为了输入线条手势和点手势，手指和边框之间持续的接触可以保持。
更进一步，为了登记指纹，在密码输入(绘制)过程中，指尖只有一部分需要触摸传感器表面，并且，一大部分可覆盖甚至越过边框边界。
边框包括当输入特定使用者密码时可被使用者察觉或感知的边缘和角落，在输入使用者密码或者密码的一部分时，引导使用者的手指。在优选的实施例中，提供一个正方形和长方形边框，因此，包括四个边缘和四个角落。
当由边框引导时，在输入特定使用者密码时图案绘制是限于边框内的传感器表面区域。
当输入密码时，边框的角落也发挥着关键作用。使用者图案被限制起始于并结束在角落，也为执行其它手势提供了一个参考点，例如，下文描述的“点”手势。
尽管手指可以放置在传感器表面随意一个点作为绘制使用者图案的开始，指尖第一次移动将会朝向四个角落中的一个。这第一个角落意味着特定使用者图案的起始点。
角落是传感器布置最容易识别的特征，因此，作为输入特定使用者密码的起始点是理想的。角落也提供一个自然地结束点用于密码输入。
使用边框也容许导电元件安装靠近传感器表面，这对使用电容式指纹传感器系统是有优势的。对于这样的传感器来说，边框构成或者包括一个导电元件，因此，适于在传感器电容器平板阵列和手指之间建立一个电势差(电压)，当使用这种指纹传感器时，可以扫描指纹和绘制使用者图案。
传导元件构成仅仅边框的一部分，在扫描指纹和绘制特定使用者图案时，只要它是确实地暴露于手指表面。
传导元件包括一个合适的外圈，边沿或垫带由导电材料制成，构成在边框之上，或者构成边框一部分，或者构成全部边框。
在一些实施例中，这个边框包括边缘(以及角落)凸出于传感器表面和/或凸出于具有指纹传感器的主机设备的表面，形成能够被手指感知的凸出物。
或者，边缘(以及角落)被嵌入传感器表面和/或嵌入具有指纹传感器的主机设备的表面，形成能够被手指感知的嵌入式渠道或下凹。
在输入特定使用者密码时，使用凸出的或嵌入式边缘引导手指移动，因此，这个允许适度的使用小面积传感器(例如，13x13毫米或者更小)，并且在输入图案密码时，能够使高度精确和可再现性成为可能。
进一步的实施例中，边框可以被使用者通过其它方式察觉，包括可视地(边框压印或图画展示、发出灯光，等等)、可听地(当触摸时发出声音)、构造上地(波纹的、齿形的或者沟槽的表面)或者通过触感方式(当触摸时引起振动或者刺感)。这样的结果可以是永久的或者视情况而定的(例如，由触摸边框引起的或者生成一个特别的手指位置的结果)，并且，随着手指相对于边框边缘和角落的位置而定，在质量和强度上会有变化。术语“触摸边框”、“手指覆盖边框”及类似表述的使用贯穿这一实施例及后续实施例，只是表述手指是位于边框上方或接边框。
这些“其它方式”(包括视觉的、听觉的、构造的或者感触的方式)也可以与凸出式边缘或嵌入式边缘结合使用，和/或可能的时候各自使用。例如，一个凸出式边缘边框可以进一步用齿形、明亮色彩和触觉反馈增强。
如上所述，本发明涉及输入特定使用者密码。输入密码包括绘制特定使用者图案。这是通过使用者放置指纹并且使用一种过更多手势“绘制”图案(“使用者图案”)来完成的。
这些手势包括不同类型的手势，这里称之为“线条手势”和“点手势”。线条手势包括一个在传感器表面滑过的动作，而点手势包括一个在传感器表面短暂的来回动作。这样的图画图案比字母和数字密码更容易记忆。
轻敲或压力增加显示放置在传感器表面上的“点”和“破折号”，从表面判断它意味着通过指纹传感器的方法输入特定使用者密码最容易的方式。尽管如此，这个方法有几个缺点。第一，在传感器表面轻敲使用者密码，可能被附近的人听见，并且可能被非法使用者轻易的拿走和复制。第二，连续的点和破折号提供了有限数量的密码选择，除非密码是非常广泛的以致非常的长(并且难以记忆)。
另外一种敲击点和破折号的方式是将指尖紧靠着传感器表面，并且在一个短暂的时间施加一个增加的压力(“压力回合”)，模拟敲击的点和破折号。这个运动施加了一定程度的压力到手指，尽管如此，区分通过这种方式放置的个体的点和破折号也会比较困难。
这个发明人已经发现输入特定使用者线条图案所采取的方法，当使用点作为使用者定义的图案的时候具有适用性。这里再一次，边框的角落发挥着一个重要作用。在指尖停留在一个角落或者停留在角落上的期间，使用者执行一个沿着邻近的边缘并且返回角落的短暂的手指移动。这个短暂的来回移动容易执行并且容易被传感器捕捉。这种放置点的方式很容易与绘制线条图案结合起来(从一个角落至另一个角落移动手指)并且显著的增加在本发明提供的方法的框架内使用者的可用图案数量。
或者，尽管其缺点已在上文概述，点手势可用通过在传感器表面按压指尖来提供。
使用者图案包括一系列定义了的线条(“线条图案”)、一系列定义了的点(“点图案”)、或者一系列定义了的线条和点的组合(“组合图案”)。
使用者图案可自四个角落中的一个开始绘制，并且结束在一个角落，此外，在绘制线条图案和组合图案期间，角落可为手指充当转折点。使用者图案优选地包括至少两条连接的线条，并且，可选地，包括在边框角落输入的点图案。在传感器表面输入的线条，全部或部分在边缘区域外，意味着指示起始和/或结束使用者图案输入的信号。
更准确地说，当输入线条图案时，一种用于验证电子指纹传感器使用者身份的方法，涉及使用者在传感器表面随意的点放置指尖并且移动到边框的一个特定角落内(或上)，或者，直接将指尖放置在角落位置。之后，手指沿着两个邻接的边缘中的一个移动至另一个角落，线条图案在此完成，或者，手指沿着两个邻接的边缘中的一个朝向另一个角落移动，或者移动到之前角落。线条图案在这个角落完成，或者，一般的图案包括沿着边缘移动手指从一个角落到另一个角落重复着所需要的次数，直到线条图案完成。为了获得完整的使用者图案，输入完成的系列、连续的线条图案(包括相连接的线条)可能会被执行一次或者数次。
或者，当输入组合图案时，一种用于验证电子指纹传感器使用者身份的方法包括，使用者将指尖放置在传感器表面随意一点，并且移动到边框一个特定角落内(或上)，或者，直接将指尖放置在角落位置。这里，在指尖停留在这个角落期间，使用者输入一套包括一个或多个点的点图案在这个角落，或者，手指立即进一步沿着两个邻接的边缘中的一个移动至另一个角落。这里，使用者完成组合图案，在手指停留在角落期间，或者输入一套包括一个或多个点的点图案，或者，沿着两个邻接的边缘中的一个向前移动手指进入另一个角落或者进入之前一个角落。这里，组合图案是完成的，或者一般绘制图案包括线条和点，用手指沿着边缘从一个角落到另一个角落移动，重复着所需要的次数，直到组合图案完成。输入序列完成的组合图案(包括连接的线条)可执行一次或数次，以获得完整的使用者图案。
单独的点作为组合图案的一部分可被使用者快速移动手指到角落之外并且返回同一角落进行输入(反复运动)。一个“点”可以被认作具有一种反复运动，其中，运动的一个腿低于一定的阈值。一个合适的阈值的例子是一段距离短于邻接边缘的最短长度的50％。在绘制图案期间，反复运动优选的实施是沿着边缘指向同一方向。多种多样的点可以通过重复上述反复运动输入。
单独的点作为组合图案的一部分，在指尖停留在角落期间，可以由使用者增加压力一次或者数次，进行输入。
方法也包括一种过程，使用者绘制一条或者多条线横过传感器表面，从一个边缘到相对的边缘来显示开始和/或完成使用者图案。这个运动也可擦干净已经遗留到传感器表面的任何指纹图案。
实施本发明所述的方法的一个重要的前提条件是使用指纹传感器的要求(1；图1a)，传感器的表面(2)是被一个可察觉的边框(3)包围的。在一些实施例中，边框本身构成设备主体(4)的一部分，或者被构造成当使用者移动手指横过边框边缘时会感知传感器表面的外部边界。图1b展示了一个实施例，边框(3)是一个相对于传感器表面(2)被提高了的，并且构成一个正方形或者长方形孔在设备主体(4)附在设备上。边框包括如图1b中所显示的直的边缘(3)，或者如图1c中所显示的轻微的弧形边缘(5)。作为使用完全的直角角落边框的替换(在此处使用的简单的绘图)，角落也轻微弧形的或者“切割的”以便提高工效，并且看起来并不背离本发明的基本原理。这个文件中展示的指纹传感器本身(1)，为方便起见，是个方盘的外形。尽管如此，它被认为，现代传感器是超薄的并且包括一个复杂的内部结构以及没有被展示出来的外部边沿接触点，因为，传感器的形式和结构对根据本发明所述方法的实施没有影响。
一种可替代的边框结构也符合使用可感知边框用于实施图2中展示的方法的要求。这里，边框(7)比照传感器表面(2)而言是下沉的，并且具有沟槽外形，允许传感器表面(2)与装置外壳(8)平面一致。
当用事务处理卡、通行卡等运用所述方法时，使用体积大的传感器/边框结构是不被许可的。对于这样的应用，与通常是光滑的或抛光的卡片使用表面剩余部分相比，通过改变边框结构或质地，边框的表面或者一部分通过被制成粗糙的做成可被感知的。这个原理展示在图3中，与卡身(11)平坦的外表表面相比，传感器表面(2)是被具有波状的、有隆凸线条的、有沟槽的或者有小的隆起物的结构的边框(10)围绕的。
尽管使用一个正方形或长方形边框环绕正方形或长方形的传感器表面说得通，如果出于特定目的需要，使用三角形或者多边形(>4边)边框也是可能的。
图4系列展示了在传感器表面(2)扫描指纹。利用具有提高的边缘的边框(3)促进手指定位，保证快速的可重复的指纹扫描。指纹(13)包括显示在图4c中的脊线(14)和细节特征点(15)。
图5系列显示了根据两个不同的构造原理，显著的边框边缘怎样使得使用者感知到传感器表面(3)的轮廓，根据图5b所示首先显示指尖(12)桥跨于提高的边框(3)里面和外面，以及根据图5c，降低的或下沉式边框(7)如何被手指感知。图5d所显示的有关传感器表面(2)和边框(3)有关的一个概念上的指尖压印(13)，在绘制使用者图案期间，指尖表面的最大部分，可能落于传感器区域外面。
如图6a所展示的，当绘制使用者图案时，指尖比放置一个指纹时提的更高。这里，当绘制一个图案时，指尖(16)是相对于传感器表面(2)倾向大约60°的角度。典型的提升的角度是50-70°。手指静止在边框(3)四个角落中的一个内或上方，如图6b中所显示的椭圆形接触表面(20)。(为简单起见，术语“在一个角落内”或者“在角落内”在本文中会贯穿使用，尽管指尖可能实际上停留在角落或停留在角落上方)。只有指尖(17)的一部分会实际上触摸传感器表面。根据此中使用的术语，一个四个边的、正方形或者长方形边框包括四个边缘(18)和四个角落(19)。当绘制使用者图案时，指尖将会沿着边缘(18)移动并且进入(或者之上)角落(19)覆盖接触表面(20)并且很大程度上移动到边框(3)轮廓之外。
图7系列展示了绘制一幅简单的、两条腿的使用者图案(线条图案)。绘制从使用者把指尖放置在左上方角落(20；图7a)开始，代表着使用者图案的起始点。或者，使用者可以通过将手指放置在传感器表面(2)上任何地方开始绘制过程，随后移动指尖至所述角落(20)。图案的起始点由符号“S”(21；图7b)表示。此后，指尖沿着左手边缘(22)移动至左下角落(23)并且进一步沿着邻接的下端边缘(24；图7c)移动至右下角落(25)，于是，L形状的使用者图案完成。
边框的角落代表着执行根据本发明所述的方法的不可或缺的关键位置。它们代表着用于绘制使用者图案的起始点和结束点，并且此外代表着在图案内移动时指尖的转折点。这展示在图8系列中，指尖停留在位于右下角落(26；图8a)中的一点。依照所述方法的一个基本原理(在输入图案期间，持续触摸边框边缘)，使用者有两个选择(除了在这个角落结束图案)，或者移动指尖至右上角(27；图8b)或者指尖返回左下角(28；图8c)。当使用物理上明显的边框时，两个案例中任一案例，角落都是作为指尖的转折点，容易辨识，即使没有视觉接触。这个与之前所述的方法(包括第WO2005043451号专利中公开的原理)相比，即，图案是在传感器特定表面部分或者指定的/编号的区域绘制或者敲击完成，在传感器角落基本是独立的。
图9系列展示了在绘制图案期间，指尖沿着传感器边框(3)的后果，接触区域(20)部分实际上在绘制过程中触摸传感器表面(2)非常的小。手指和传感器之间的接触实际上限值在外围区域(29)画阴影作为表面范围(2)的外部。这个外围区域(29)的尺寸不是绝对的，并且将取决于不同使用者的绘制实践。尽管如此，由于不同的使用者可能要求不同的外围区域尺寸，这个象征着一个可识别的特征将一个(合法的)使用者从另一个(合法的)使用者区分。图9系列展示了完全限值在外围区域(29)，一个使用者怎样绘制特定使用者图案，自左上角(20)起始图案，向下移动至左下角(30)并且在右下角(31)结束。
使用者图案由沿着边框边缘绘制的线条组成，显然是最简单的、最容易记忆，并且最可重现的可供替代的，尤其当使用具有有限表面区域的传感器的时候。与绘制纯线条图案有关的一个弱点是，可能的使用者密码的数量是有限的。可获得的密码数量是被有小数量角落边框的事实限制的，从中起始线条图案并且移动指尖到给定角落之外并且进入下一个，提供仅仅两个选择。考虑沿着四角传感器边框绘制图案的例子：
角落1(0条线):4个可能的位置
角落2(1条线):8个线条图案
角落3(2条线):16个线条图案
角落4(3条线):32个线条图案
角落n(n-1条线):2n+2个线条图案
注意线条图案是被线条起始点和结束点以及移动的方向规定的；并且在一个图案中相同的边框角落可能被多次使用–例子中用于角落基本的标签涉及它们在图案中的顺序，而不是它们在边框中的位置。
另一方面，有人可能争论当这样的使用者图案被用于在本身就很难复制的指纹上提供更多的安全，在这个头等的安全措施上使用错综复杂的使用者密码可能是多余的。一个四条线的使用者图案(64个选择)被认为足够用于大多数案例，即使如此，图案可以被轻易扩展，不会使图案变的太复杂以致无法执行和记忆。
与单独的、连续的线条图案相比，作为线条数量的一个功能，将使用者图案分成两个单独的线条图案将会加倍可选择的密码数量。一般情况下，作为单独的线条图案(N)的一个功能，密码的数量(M)和全部的线条数量(n)如下：
M＝Nx2n+2
当绘制使用者图案时，除了线条，密码的灵活性和多样性能够通过引入《点》进行扩展。当定位在某一点时，点可以通过使用指尖进行小的边侧移动输入。按照使绘制图案的方法可重复的、简单的、方便使用(避免手指不必要的压力)的基本原理，当定位在边框一个角落时，“点”可以通过手指轻微的运动生成。
原理展示在图10系列中。这里，指尖起初定位在边框(图10a)的左下角(32)。移动指尖一个短的距离向上沿着边框左手边缘至一个新的位置(33；图10b)，然后再次返回角落(34；图10c)等于输入一个“点”。指尖或者可以沿着边框下端边缘反复的移动，或者反复的斜横过传感器表面(2)生成同样的结果。尽管如此，从工效学和操作方便角度看，最好在手指指向的方向执行这个简短的输入动作(图10b和图10c中箭头所示)。根据本发明的一个优选的实施例，当指尖定位在两个下端的角落中的一个的时候，点因此是被输入简短的、向上反复动作，当指尖定位在两个上端角落中的一个的时候，点是被输入简短的、向下反复动作。反复动作的一段路程的长度通常限制在边框边缘长度的20-40％以内，并且如图10b中的M1和M2所显示，最大为边缘长度的50％。
图11系列显示了输入组合(线条加点)图案，其中，与“点运动”或者“点绘制”关联的图画符号是短的、双头箭头。图案起始于指尖停留在边框(3；图画11a)的左上角(20)。指尖然后沿着左手边缘移动至左下端角落(35；图11b)，在这里执行一个单独的反复运动(36)。最终，指尖沿着下端边缘移动至右下角(37；图11c)，在这里输入两个点(38)完成使用者图案。
在角落内输入的点的数量限制于一个特殊的阈值。在一个限制为三个点的例子中(提供四个选择，0,1,2和3个点)，一个公式显示了为线条数量(n)的一个功能，使用者图案(M)的最大数量作如下：
M＝22n+4
因此，对于一个简单的组合图案包括仅仅三条线条，可选择的图案数量为210＝1024。对于组合图案包括N个单独的部分，可选择的图案数量是：
M＝Nx22n+4
因此，除了线条，通过引入点作为使用者图案，可选择的密码图案的数量可以显著增加。
之前已经说明，使用指纹传感器的一大劣势为合法使用者“可读取的”指纹残余沉积能够被具有欺诈意图使用的人从传感器表面“提取”的风险。除了使用传感器表面仅仅外围区域用于输入图案密码，本发明也提供了一种擦传感器表面清除可读指纹残留的方式，如图12系列中所展示。
图12a中，指尖(39)起始位于边框(3)左手边缘上方，并且随后，以一个单独的擦拭动作(40)，移动横跨传感器表面(2)，至右手边缘。这种动作可以被用来作为表示输入使用者图案已经完成的一个标记。或者，它可以被用来表示使用者图案的开始，两次擦拭快速接连发生表示图案输入的完成。图12b中所展示的运动，指尖(41)从右手边缘向相对的左手边缘(42)移动可被作为一个修正记号使用；例如，图案顺序绘制错误，并且应该被忽略，一个新的、改正的图案将跟进。图12c中指尖(43)的垂直运动(44)，或者一个类似的向上运动可以被用于与使用指纹传感器(1)有关的其他信号目的。
一些基于电容原理的传感器要求在传感器平板阵列和指尖之间建立一个电势差(电压)。出于这个原因，这样的传感器是配备一个在扫描指纹期间需要与手指接触的电导体。利用一个显著的边框执行根据本发明所述的验证程序，与利用导体作为电容式传感器(45)的一部分结合是有优势的，如图13系列中所显示。这里，一个电容器平板阵列安装在传感器表面(2)之下，被边框(3)包围，图13b中包括一个传导边圈(46)，图13c中传导边沿(47)和图13d中一个传导带(48)。此文中公开的用于绘制特定使用者图案的方法将保护手指持续接触导体，因此保证传感器正常工作。(与图案输入开始、结束和修正有关的信号可能稍微调整，尽管如此，例如，通过用一个平的手指与边框下端边缘接触擦拭传感器表面)。
图14系列概括了一个指纹传感器各种各样的部分，显示了一个稍微竖直的指尖(16；图14a)停留在一个围绕着一个传感器表面(2)的提高了的边框(3)的一个角落内，并且准备好绘制一个使用者图案。图14b展示了指尖一大部分停留在边框(3)上以及设备壳外面，只有一小部分(17)实际上与传感器表面(2)接触。图14c展示了所述方法使用的更进一步的部分，包括一个指尖接触区域(20)和一个边框(3)包括边缘(18)和角落(19)。图14d展示了输入一个U型线条图案(49)和一个从C横跨传感器表面来标记使用者图案完成的线条(50)。
图15系列展示了用于绘制传感器表面角落的原理以及用于制作使用者图案参考的图画记号。图15a中，大写字母(51)从A到D顺时针组织安排代表边框的四个角落。图15b中，数字(52)从1到4以类似的方式使用。图15c展示了一个相当复杂的组合图案，自左上角一个单独的点(53)开始，移动到右上角并且输入一个双点(54)，返回左上角并且此后返回右上角，并且进一步向下移动至右下角到输入双点(55)的地方，然后继续移动至左下角并且向上移动至左上角输入一个单独的点(56)，并且然后向下移动至左下角到输入单独点(57)的地方，在完成图案之前移动到右下角。当通过纯文本或数字书写密码图案时，可以使用更简单的符号，点可以由“v”代表，“o”或者“0”和线条由AB，BCD，12，32来代表等等。因此，图15c中的绘制使用者图案可由如下代表：
AvBvvABCvvDAvDvC,1o2oo123oo41o4o3,或者由“数字”代表1020012300410403
简单的使用者图案(例如：BCBA)，对大多数目的是足够的，更复杂的密码，如图15c中所展示的，可用于特别重要的验证目的，或者，在使用短的密码进行了一系列的失败的尝试之后，用于同样的方式如PUK密码去解锁系统。
图16展示了一部智能手机(58)包括一个指纹传感器(59)附于手机背面。传感器配备有边框(这里是提高了的边缘)，因此，适合容易扫描指纹和输入特定使用者图案。使用者身份证明(通过指纹方式)和验证(通过使用者图案方式)都无需使用者实际上看见指纹传感器即可进行，例如，当保持智能手机正常的“正面朝上”位置的时候或者手机放在口袋中或手提包中。这个大幅度地增强了使用这种设备的安全性并且很好的适用于作为“电子钱包”使用以及用于有类似安全需求的其它用途。
图17系列展示了结合指纹传感器(61；图17a)作为事务处理卡(60)的一部分。图3的传感器布置尤其适合这个应用。在使用者将卡片推入读卡器(未显示)中时，手指(62)在传感器表面(61)被扫描指纹。卡片停留在读卡器中，使用者可轻易的在传感器表面输入使用者图案。
在输入使用者图案时，提高了的或下沉式传感器边框尤其适合用于精确引导指尖，因此适合用于无视觉接触操作，其它实施例可使用通过其它方式感知的边框，允许传感器被安装在平的且光滑的表面，例如，在智能手机显示屏区域内或靠近显示屏。
在这样的案例中，传感器边框是通过其它方式被做成可感知的，例如，通过做出印记(永久地)、通过利用显示系统(暂时地或者有条件地)图画表示、通过发出光(暂时地或者有条件地)、或者通过触觉反馈，例如通过振动。
图18系列中展示了一个传感器被与安装区域区分不明显但通过其它方式可被感知的边框包围的例子。图18a展示了一个传感器(63)包括一块传感器区域(64)被一个边框(65)包围。图18b中展示了边框(65)的概念上的构造和位置，边框本身可以发光或者振动。传感器布置位于一块薄玻璃板或者高分子膜(66)之下。电子显示器(LED阵列，等等)可选择性地替代概念上的边框布置(65)，保证设备无需额外的信号系统辅助可视觉化边框的位置和尺寸。图18c显示了指尖(67)平压传感器表面而且不会感知边框(65)。术语“接触边框”、“手指覆盖边框”和本文通篇使用的类似表述，用于一些实施例只意味着手指定位在边框虚拟图像之上或者接近边框虚拟图像。
图19a展示了一部具有一个大屏幕(69)的智能手机(68)，其中，一个指纹传感器(63)被安装在屏幕区域，例如，在LED阵列上部。当需要输入一个指纹或者特定使用者密码时(例如，在启动期间，作为事务处理的一部分或者由其它功能或程序所要求)，传感器边框可以根据要求被做成可视的。图19b展示了一个类似的实施例，其中，一部具有一个大屏幕(76)的智能手机(75)，一个指纹传感器(63)位于屏幕区域下方。
当使用小面积传感器时，如果边框同周围的事物区分不明显，精确输入使用者图案可能是困难的。在这样的事例中，图20a中提供的解决方案可以证明特别有用。这里，一个放大的传感器边框图像(80)展示在智能手机屏幕(78)之上。当使用者把一个手指(81)放置在实际的指纹传感器边框(79)之上，这将通过图画表现(82)显示在屏幕上。这保证了在输入使用者图案时，手指更加精确巧妙地移动，这里通过一个简单的、两条腿的线的符号(83)进行展示。
如进一步图20b中所示，当使用带有触摸屏(78)(智能手机、笔记本电脑、平板电脑，等等)的装置(77)时，输入特定使用者图案(83)，事实上可以由一个手指(81)利用展示的边框(80)作为引导，直接在屏幕上进行。
边框无需放置的接近传感器表面，如图21系列所示。这里，边框(73)放置的与传感器表面(71)有一些距离，这可能是当使用小面积的传感器(例如6x6毫米)的时候的优势。这样留下了空白定位区域(72)构成设备壳(70；图21b)的一部分，使指尖(74)在输入线条和点作为特定使用者密码的一部分时能够按压边框边缘并且利用它们作为引导。这样的构造使得所述方法也适用于小面积传感器。
边框本身并不必须构成组成指纹传感器的设备的一部分，但是可以从后者分离开来，如图22系列所展示。图22a展示了一部配备了指纹传感器(85)的智能手机(84)，准备滑入保护袋(86)，后者包括一个“口袋”(87)在其前面较低的底端。这个口袋切割出了一个正方形“窗口”(88)，稍微大于传感器(85)。当智能手机完全进入套中，窗口(88)与传感器(85)对齐，如图22b所展示。在这个结构中，口袋窗口(88)作为边框并且引导手指进行指纹登记和记录特定使用者密码。一个类似的窗口安排能够放置在保护性套子之上任何地方(例如，背面)用于替代传感器定位。当使用这样额外的工具辅助确定指纹传感器的位置和尺寸的时候，传感器本身可以完全不必可视。
一个分离的或单独的边框也可以和事务处理卡(93)一起使用，如图23系列所显示。图23a展示了，从前面看，一张读卡器(89)，包括接收卡片实体(90)以及一个卡槽(91)。图23b展示了，从上面看，读卡器(89)的一部分，突出卡片接收实体(90)具有一个正方形口(92)。一张事务处理卡(93)和指纹传感器(94)准备输入读卡器(89)。图23c展示了当卡片完全输入后，传感器表面通过所述口充分暴露，当输入指纹和使用者密码时，所述口作为边框和引导。这个工具和相似的工具可以避免使传感器在卡片本身上被感知的需要。
本发明具备很多优势。本发明公开的方法是非常简单并且容易实施的，同时，表现为一种人体工程学和无应变模式操作。
当边框出现时，能够被手指感知，扫描指纹和输入特定使用者密码无需使用者和指纹传感器之间的视觉接触即可实现。这意味着，传感器可以安全并且重复操作即使放置在所安装的设备的背面(移动电话、智能手机、个人电脑、平板电脑等等)，并且，无需使用者目光接触操作。无需附近的人察觉，利用安置在使用者口袋或手提包里的设备，一个人甚至可以执行全部的指纹验证和使用者图案验证程序。
使用传感器表面输入特定使用者密码图案，提供了次要的和非常重要的擦除传感器表面任何指纹残留的功能，指纹残留理论上可以用来获取非法副本或经验证的使用者的指纹复制品，因为，寻找合适的指纹版本，传感器表面是一个明显的地方。
这个实施例另一个优势是涉及到被年纪较大的人使用，那些经常有记忆困难和因为手指发抖而在键盘上输入数字密码造成操作小的数字键操作不准确的人。由凸出的传感器边框提供支撑和引导，在很大程度上消除了这些问题，由于发抖和不准确已经不再重要，并且，简单的使用者图案比数字序列更容易记忆。
本发明可以作为一个综合部分被利用，或者与各种各样的设备同时起作用，包括，移动电话、智能手机、计算机、平板电脑、信用卡、事务处理卡和其它利用指纹进行验证和/或控制进入的设备，使用本发明所述验证方法，利用指纹传感器与这样的设备连接。
基于利用本发明所述方法，所述指纹传感器利用一套系统用来翻译、存储和比较数据，所述系统包括一个或多个微处理器、集成电路/专用集成电路、电子储存介质和/或数据程序适用于将涉及手指位置、接触区域、接触持续时间和在传感器表面移动的模拟信息转换成数字化的使用者图案，可以电子形式存储，并且，连同数字化的指纹数据一起，用于决定与存储指纹和使用者图案组合有关的相等或不相等，从而，用于验证(确定)在传感器表面放置指纹的人的身份。
上述可以进行多种多样改进和改良而不脱离本发明范围。例如，自始至终提及的“手指”或使用者及相应“指纹”，应理解为这个术语将包括所有足趾，换句话说，它明确的包括使用者的拇指和/或脚趾。

Claims (27)

1.一种使用者身份验证方法，所述方法包括：
接收，在传感器表面，所述使用者手指；
用所述传感器扫描指纹；
接收，在同一传感器表面，特定使用者密码；
其中，输入特定者使用密码包括绘制包括一个或者多个由边框引导的手势的特定使用者图案。
2.根据权利要求1所述方法，其中，手势包括线条手势。
3.根据权利要求2所述方法，其中，线条手势是手指通过沿着传感器表面的一部分擦动至边框边缘。
4.根据权利要求2或权利要求3所述方法，线条手势包括从边框一个角落至另一个角落的擦拭动作。
5.根据之前任一权利要求所述方法，其中，手势包括点手势。
6.根据权利要求5所述方法，其中，点手势包括一个在边框角落有终点的反复动作。
7.根据之前任一权利要求所述方法，其中，特定使用者密码起始和/或结束在边框的一个角落。
8.根据之前任一权利要求所述方法，其中，手势包括擦拭的手势表明输入特定使用者密码的起始和/或结束。
9.根据之前任一权利要求所述方法，其中，在绘制特定使用者图案时，指尖只有一部分与传感器表面接触。
10.一种使用者身份验证系统包括：
一个传感器包括一个适于接收手指用于指纹扫描和适于接收包括特定使用者图案的特定使用者密码的表面；和
一个边框用于在传感器表面绘制特定使用者图案时引导使用者放置他们的手指。
11.根据权利要求10所述系统，其中，边框是围绕传感器表面边界或者是其一部分。
12.根据权利要求10或11所述系统，其中，边框通过触摸可感知的。
13.根据权利要求10至12中任一权利要求所述系统，其中，边框包括一个或者多个角落。
14.根据权利要求10至13中任一权利要求所述系统，其中，边框包括从传感器表面和/或主机设备表面凸出的边缘。
15.根据权利要求10至13中任一权利要求所述系统，其中，边框包括嵌入传感器表面和/或主机设备表面的边缘。
16.根据权利要求10至15中任一权利要求所述系统，其中，边框或其一部分是粗糙的以提供触觉反馈。
17.根据权利要求10至16中任一权利要求所述系统，其中，边框包括边界包围或者至少部分包围周边或传感器表面，其与主机设备周围表面和传感器表面视觉上区分开来。
18.根据权利要求10至17中任一权利要求所述系统，其中，边框包括一个或者多个发光部分。
19.根据权利要求10至18中任一权利要求所述系统，其中，边框包括一个或多个当触摸时发出声音信号的部分。
20.根据权利要求10至19中任一权利要求所述系统，其中，边框或其一部分包括一个传导元件。
21.根据权利要求10至20中任一权利要求所述系统，其中，传感器是装载于一部主机设备上，并且，在使用中，边框是装载于一个单独的主体上接收主机设备。
22.根据权利要求21所述系统，其中，主机设备包括一部便携式计算机设备或者智能手机和单独的主体包括一个套子，在使用中，用于接收便携式计算机设备或者智能手机。
23.根据权利要求21所述系统，其中，主机设备包括一张事务处理卡，并且，在使用中，单独的主体包括一个用于接收事务处理卡的扁口。
24.根据权利要求10-23中任一权利要求所述系统，包括：
记忆工具存储至少与一位使用者关联的指纹图案数据和特定使用者密码数据；和
一部处理器与所述传感器连接用于接收指纹图案数据并用于接收特定使用者密码数据；与所述记忆工具连接，用于将所述接收到的数据与所述存储的数据进行对比；返回一个基于所述对比的验证结果。
25.一部主机设备包括一种使用者身份验证系统包括：
一个传感器包括一个表面，适于接收手指用于扫描指纹和适于接收包括特定使用者图案的特定使用者密码；和
一个边框用于在传感器表面绘制特定使用者图案时引导使用者放置他们的手指。
26.根据权利要求25所述主机设备，可以是一部移动计算机装置、一部移动电话、一张财务事务处理卡、或者一张身份证明卡。
27.一套编码指令的计算机程序产品，当在一部计算机设备上运行时能够：
接收指纹数据和包括与特定使用者图案有关的手势数据的特定使用者密码数据；
将接收到的数据与存储数据进行对比；并且返回一个基于所述对比的验证结果。
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