Авторизация через отпечатки пальцев на Android

Добрый день, в этой статье я расскажу и покажу как сделать простейший сканер отпечатков пальцев на андроиде, оформить его в соответствие с material design и с помощью него произвести авторизацию на сервере.

Давайте сразу же перейдем к ограничениям, которые накладывает ОС на этот функционал. За исключением Samsung’a данная “фича” стала появляться на устройствах только с релизом Android 6.0 (Marshmallow), в котором было добавлено API для работы с отпечатками пальцев. Поэтому если вы собираетесь сделать авторизацию только на основе отпечатков, вам нужно выставить minSdkVersion 23 в файле build.gradle.

Это довольно существенное ограничение, на текущий момент всего лишь 56% процентов всех девайсов способны запустить такое приложение. Так что, если вы разрабатываете приложение для широкого круга пользователей и собираетесь выложить его в Google Play, возможно, вам стоит задуматься о реализации дополнительных способов авторизации.

Статистика Google по распределению версий Android на устройствах (Январь 2018 г.)

Логика авторизации

Для упрощения задачи будем рассматривать только авторизацию через сканер отпечатков пальцев. Итак, что нужно для того, чтобы пользователь смог авторизоваться? В общем случае, для авторизации используется какой-то серверный запрос, в который передается логин и пароль, также, для того чтобы войти под каким-то логином, этот логин нужно предварительно создать, т. е. зарегистрироваться. В нашем простейшем случае давайте не будем реализовывать регистрацию, а договоримся, что сервер при первой попытке авторизации, запоминает переданную пару логин-пароль и использует ее для дальнейшей проверки.

Теперь мы можем написать простейшую реализацию нашего сервера, в реальном приложении делать этого, конечно, не нужно, вместо этого вам надо будет реализовать запрос на сервер, как это делать, надеюсь, вы знаете. Но в нашем случае использование такого фейкового сервера оправдано из соображений простоты.

SimpleAuthService.java — реализация простейшего сервера

Весь код я выложил на гитхаб. Для вашего удобства, код также был закоммичен частями, в удобном для его разбора порядке. Вот здесь можно посмотреть инициализацию проекта и реализацию простейшего сервера.


UI для сканирования отпечатка

Давайте теперь немного поверстаем. Для начала набросаем дизайн для активити, здесь нам нужно немного: Button для вызова диалога с предложением просканировать отпечаток и TextView для отображения статуса авторизации.

activity_main.xml — xml c версткой для активити

Верстка довольно проста, поэтому давайте сразу перейдем к самому интересному — созданию диалогового окна для сканирования отпечатков. Для начала хорошо бы создать сам диалог, для этого надо добавить новый класс, сделать его наследником класса DialogFragment и перегрузить метод onCreateDialog, где нужно произвести инициализацию диалога, подгрузить к нему кастомный layout и добавить стандартную кнопку.

FingerprintDialog.java — кастомный диалог для сканирования отпечатка

После этого создадим кастомный layout, который будет отображаться в диалоге.

dialog_fingerprint.xml — кастомный layout для диалога

Ничего сложного, правда? Давайте теперь соберем все это и заставим работать, для этого нужно повесить отображение диалога при нажатии на кнопку в активити. Я не буду показывать как это сделать, данное действие довольно тривиально, надеюсь, вы справитесь с этим сами. В любом случае, весь код для данного этапа можно посмотреть здесь. Давайте посмотрим, что у нас получилось?

Диалоговое окно для сканирования отпечатков пальцев

Подготовка сканера отпечатков

Помимо обычных телефонов, которые поддерживают апи для отпечатков “из коробки”, есть еще его величество Samsung, который начал встраивать сканер раньше, чем вышел Android 6.0. Они разработали свое апи, назвали его Pass и те устройства, что вышли до релиза Android M поддерживают только его. К их числу относится, например, довольно популярный Samsung Galaxy S5. Поэтому для того, чтобы обеспечить максимальную совместимость нашего приложения будем поддерживать обе реализации Fingerprint API. Для поддержки Samsung'ов скачайте Pass c официального сайта, распакуйте архив, jar'ы из Libs поместите в {директория проекта}/app/libs.

Для начала работы, как я уже говорил выше, нужно убедиться, что данное устройство поддерживает сканирование отпечатков, а также проверить, что блокировка экрана включена и хотя бы один отпечаток добавлен в систему. Давайте приступим к реализации этого функционала. Вместе с этим следует устанавливать правильное состояние для кнопки и статуса в MainActivity, полный код можно посмотреть здесь. А для краткости давайте сразу рассмотрим как будет происходить проверка.

FingerprintApi.java — абстракция апи для проверки отпечатков пальцев

MainActivity.java с функцией проверки доступности функционала сканирования отпечатков

Мы создали скелет для работы с API отпечатков пальцев, давайте теперь реализуем 2 конкретные реализации: для обычного апи, которое предоставляет андроид и еще одно для самсунга.

MarshmallowFingerprintApi.java — реализация стандартного апи для устройств на Android 6.0+

SamsungFingerprintApi.java — реализация апи для некоторых моделей Samsung

После этого шага, ваше приложение должно уметь определять устройства со сканером отпечатков и предлагать им пройти авторизацию, в случае, если у устройства нет сканера или отпечаток не задан, должна выводиться ошибка и блокироваться кнопка открытия диалога сканирования отпечатков.


Реализация процесса сканирования

Здесь самое время немного остановиться и подумать о том как будет устроена наша авторизация со стороны клиента. Как уже было описано, для сервера нужен логин и пароль, но где их взять если мы сканируем отпечатки?

Рассмотрим процесс сканирование отпечатков поближе. И гугл, и самсунг в своем апи не дают разработчику возможности каким-либо образом считать данные, связанные с отпечатками пальцев пользователя. Это закрывает потенциальную дыру в безопасности, ̶ф̶с̶б̶ злоумышленник не сможет снять цифровую копию вашего отпечатка, чтобы использовать ее в своих корыстных целях. Вместо этого нам предлагаются возможности асимметричного шифрования. Частью процесса авторизации является генерирование ключа шифрования, который в дальнейшем используется специальным шифровальщиком в момент авторизации. Такой ключ помещается в специальное хранилище криптографических ключей, которое защищает ключи от доступа из вне, запрещает их использование без авторизации, а также позволяет накладывать ограничения на некоторые криптографические операции с ними. Таким образом, при попытке доступа к ключу в случае успешной авторизации шифровальщик получает ключ и передает его назад в приложение, в противном случае он возвращает ошибку.

Очевидно, что данный ключ можно использовать как пароль. С логином все еще проще: в реальном приложении при авторизации он уже есть у пользователя, при регистрации пользователь его выбирает самостоятельно, в любом случае логин надо просто ввести. В нашем приложении давайте будем использовать “захардкоженную” строку: “konair@codebeavers.io”. Вообще, для логина можно было использовать IMEI или генерировать уникальную строку и хранить ее в Preferences, но для простоты делать мы этого не будем. С паролем тоже все немного сложнее, более правильно было бы использовать не публичный ключ, а некоторый отпечаток, который зашифрован этим ключом, например отпечаток обычного пароля, пин кода или чего-то похожего. Но, в принципе, использование публичного ключа тоже допустимо.

Создадим еще один класс, который возьмет на себя обязанности по генерированию и проверке ключей. Пусть это будет CryptoManager. Итак для начала нужно сгенерировать ключ, который будет передаваться при авторизации. При инициализации мы указываем в какой кейстор нужно класть сгенерированные ключи и на каком алгоритме они работают.

CryptoManager.generateKey() — метод для генерации криптографических ключей

Описанный ваше метод будет вызываться только в том случае, если AndroidKeyStore не содержит ключа для нашего приложения, давайте проверим это условие еще одним методом.

CryptoManager.isKeyReady() — метод для проверки наличия ключа приложения в кейсторе

Мы проверили, что ключ есть в системе и создали его, если ключа не было. Это все? Нет. Помимо этого мы должны проверить ключ на валидность, т. к. в некоторых случаях ключ может стать не валидным, например, если пользователь сменил отпечаток пальца в системе. Я решил это сделать путем инициализации шифровальщика для расшифровки, поскольку реализация шифровальщика для зашифровки чуть сложнее, а сам шифровальщик может вам понадобиться, если вы захотите реализовать отправку не публичного ключа, а отпечатка чего-то. Ну и просто потому, что шифровальщик надо передавать в качестве аргумента при аутентификации через стандартное апи, но об этом чуть позднее.

CryptoManager.isKeyValid() — метод для проверки валидности ключа шифрования

Все эти методы были private, а вот что мы позволим взять из нашего класса:

  1. Публичный ключ, который будет использоваться как пароль при авторизации
  2. Шифровальщик, т. к. он используется при аутентификации через стандартное апи

Публичные методы для CryptoManager.java

Полный код для всех классов из этого параграфа можно посмотреть здесь, также в этом коммите был произведен небольшой рефакторинг кода. Мы реализовали всю логику по созданию, хранению и получению криптографических ключей, теперь можно приступать к самой авторизации. Давайте для начала добавим методы для запуска и отмены авторизации в наш интерфейс.

Новые методы для интерфейса FingerprintApi.java

Эти методы как понятно из их названия будут отвечать за начало авторизации, когда сканер становится чувствительным к прикосновениям и на каждое из них считывает отпечаток пальца, сверяет его со значением, полученным при первоначальной настройке и “оглашает вердикт” подошел палец или нет. Также есть метод для отмены авторизации, в случае, если пользователь передумал авторизовываться, можно позвать этот метод и он запретит сканеру считывать отпечатки и передавать результат в приложение. Рассмотрим обе реализации апи. Начнем с апи для всех Android устройств.

Реализация методов start() и cancel() для MarshmallowFingerprintApi.java

В SamsungFingerprintApi вызовы методов для запуска и отмены авторизации передаются в SamsungFingerprintHandler, в котором происходят все необходимые действия. Поэтому, чтобы не загромождать исходный класс, хэндлер теперь вынесен отдельным классом.

SamsungFingerprintHandler.java — обработчик закрытых событий сканера отпечатков Samsung

Внимание! Вызов метода start() может привести к зависанию ui потока, особенно при генерации криптографического ключа, лучше всего этот метод вызывать из отдельного потока, желательно, при этом показать пользователю какую-нибудь крутилку, чтобы отразить ожидание в интерфейсе. Сделать это довольно просто, поэтому для упрощения кода данный функционал я не реализовывал.


Обработка результатов

Вы еще помните, что нам нужно произвести авторизацию на сервере, передав туда логин и публичный ключ? Для этого хорошо бы создать свой интерфейс-обработчик результатов сканирования отпечатков, поскольку разные имплементации реализовывают передачу результатов по-разному, а через общий интерфейс мы это все унифицируем. Реализацию этого интерфейса нужно передать в метод start() нашего апи.

FingerprintApi.Callback — новый интерфейс для обработки результатов сканирования

Внутри каждой конкретной реализации callback дальше передается в соответствующий handler. Полный код для данного этапа можно посмотреть в этом коммите. А дальше давайте посмотрим как в хэндлерах реализована передача результатов.

MarshmallowFingerprintHandler.java — обработчик результатов сканирования для дефолтного API

SamsungFingerprintHandler.java — обработчик результатов сканирования для API от Samsung

Как видим в обоих случаях внутренняя обработка результатов соотносится с методами для FingerprintApi.Callback, а также, в случае отмены пользователем сканирования, генерируемая ошибка игнорируется. На мой взгляд правильнее делать именно так, поскольку отмена сканирования в нашем случае реализована кнопкой и вызов метода для обработки ошибки в этом случае не нужен. Также хочу обратить ваше внимание, что в методе onError передается числовой статус ошибки, в соответствие с ним вы можете показывать более детальное сообщение об ошибке, ну или просто передавать код, как это сделал я. Список всех кодов находится в классах: FingerprintManager для андроидовского апи, SpassFingerprint для самсунговского апи.

Приводить реализацию callback’a в коде я не буду, опишу словами. FingerprintApi.Callback реализуется в диалоге, на каждое событие реагирует UI, изменяется иконка и текст. Из диалога передается еще один callback с одним методом, который реализуется в активити и вызывается, если отпечаток пальца успешно распознан, с передачей туда публичного ключа. Здесь же вызывается метод для авторизации на нашем простом сервере, а чтобы этот процесс был чуть сложнее в сервер уже добавлен еще один пользователь и на основе рандома логин выбирается то правильный, то нет, таким образом можно убедиться, что авторизация действительно работает.

Скриншоты приложения на разных стадиях авторизации

На этом все, спасибо за внимание.

P.S. Весь код доступен в репозитории на гитхабе. А все этапы разбиты по коммитам.