摘 要：随着手机的普及，与手机相关的软件技术也随之发展，为改善用户体验，软件工程师们设计开发了各种功能，其中一个重要的功能就是手机的加/解锁。作为用户使用手机时接触到的第一个功能，其设计的好坏直接影响着用户对该手机的使用体验，因此解锁方案的设计也是各手机生产商和手机操作系统开发商较劲的焦点之一。本文基于专利文献对现有的手机屏幕解锁技术进行了详细的分类，并分析了各种类型的解锁方案的特点和优劣。
关键词：手机；屏幕解锁；专利文献；分类；优劣
0 引言
从1983年第一台手机DynaTAC 8000X诞生，到现在智能手机的普及，手机历经了31年的发展，其功能也从一开始单纯的语音通话，到现在的可以安装使用各种应用软件。为了让用户更方便地使用手机，软件工程师们设计开发了各种功能来改善用户体验，其中一个重要的功能就是手机的加/解锁功能。该功能主要有两方面的作用：一方面是防止用户的意外操作，如防止用户在打电话时误碰到其他按键触发不需要的功能；另一方面是对手机加密，防止他人未经允许地使用手机，为用户的信息安全提供保障。作为用户使用手机时接触到的第一个功能，其设计的好坏直接影响着用户对该手机的使用体验，因此解锁方案的设计也是各手机生产商和手机操作系统开发商较劲的焦点之一。本文将基于专利文献对现有的手机屏幕解锁技术进行分类，并对各类型的解锁方案的优劣进行分析。
1 手机屏幕解锁技术简介
在智能手机时代，美国的苹果公司无疑是众多手机开发商中的佼佼者，其主打产品iPhone系列手机以其超一流的用户体验在手机产品中独具鳌头。而苹果公司在第一代iPhone手机中就推出了“滑动解锁”功能。史蒂夫・乔布斯（Steve Jobs）2007年1月举行的产品发布会上曾表示“要解锁手机，我只需用手指滑过屏幕。想要再看一次？我们希望设备在你们的口袋中不会出现误操作。只需滑过屏幕”。苹果公司的滑动解锁让用户能够通过一个简单的滑动动作来实现解锁功能，具有极佳的用户体验，因此，时至今日几乎每部智能手机都具有滑动解锁功能。本文中介绍的解锁技术主要是指手机屏幕唤醒时进入主界面或功能界面的解锁技术，亦称解屏技术。
2 解锁技术分类
实际上，早在苹果公司的滑动解锁之前，手机的加/解锁技术就已经存在了。按照其是否有鉴别合法用户的能力，目前的手机解锁技术方案可以分为加密解锁技术方案和非加密解锁技术方案。根据解锁技术方案所使用的技术手段，可以进一步细分为下列几类解锁方案。加密解锁技术方案按照其解锁所使用的技术手段，主要包括：①基于网络的解锁；②基于外部附件的解锁；③基于字符密码的解锁；④基于生物特征的解锁；⑤基于用户输入特征匹配的解锁。非加密解锁技术方案按照其解锁所使用的技术手段，主要包括：①按键式解锁；②其他功能触发的自动解锁；③基于感应环境特征的解锁；④完成指示的解锁操作实现的解锁；⑤基于移动终端姿态的解锁。
3 各类解锁技术详细介绍
3.1 加密解锁技术
加密解锁技术的主要特点在于其解锁方案具有安全性，非法用户不能轻易的解锁，保障了手机用户的隐私。这类解锁方案的技术性较强，其解锁功能的实现往往需要结合其他相关技术，如数据加密技术、无线网络通讯技术、近距离无线通讯技术、图像处理与模式识别技术等等。下面对采用不同技术手段的加密解锁方案一一介绍。
3.1.1 基于网络的解锁
此类解锁方案主要是通过在远程服务器上验证用户信息来对手机进行解锁。这类方案出现比较早，主要应用在手机防盗技术领域。早期的加/解锁功能主要针对的是手机SIM卡的加/解锁，限制非法用户使用手机通话功能，远程验证服务器由制造商或运营商提供。
此类解锁方案需要依靠外部附件，外部附件的作用与钥匙类似。通过验证手机中的密钥内容和外部附件中的密钥内容是否匹配来进行解锁操作。该外部附件可以直接和手机接触式连接传输信号，也可以通过近距离无线通讯技术与手机传输信号。此类方案的优点在于安全性较高，较难破解；解锁过程快捷。缺点在于实现成本较高，而且外部附件易丢失，导致无法解锁，因此较少地用于对安全性要求不太高的手机屏幕解锁功能上。
3.1.3 基于字符密码的解锁和答题式解锁
基于字符密码的解锁方案是一种传统的加/解锁方式，其实现方式主要是通过比较字符或字符串（如数字、字母）与预定内容是否匹配来进行解锁。随着触屏式手机的发展，字符输入方式也由传统的按键式输入转变为触摸滑动式输入。此类方案的优点在于有一定的安全性，并且功能实现简单；缺点在于字符密码较难记忆，解锁操作单调。在触屏时代，专利申请人将发明重点转向了字符密码输入方式上的创新。答题式解锁方案和字符密码解锁方案类似，主要区别就在于答题式的解锁密码具有语义含义，便于用户记忆。
3.1.4 基于生物特征的解锁
此类方案通过识别用户的生物特征来判断是否为合法用户并进行解锁。生物特征主要包括生理特征和行为特征。生理特征进一步包括脸部特征、手部特征（指纹、掌纹）、眼部特征（虹膜、巩膜）、静脉特征、心电特征等；行为特征进一步包括语音特征、操作行为特征等。对生理特征的识别主要基于摄像头、图像处理技术和传感技术等，对行为特征的识别主要基于声纹识别技术和行为建模技术等。基于生物特征的解锁方案的优点在于其安全性和智能性；缺点主要在于解锁时的处理器计算负荷较高。
3.1.5 基于用户输入特征匹配的解锁
此类方案大多基于触摸输入和图形用户界面（GUI）。通过识别用户输入特征与预设的特征是否匹配来进行解锁，输入特征包括轨迹特征，形状特征，点击节奏等等。此类方案的优点在于方便用户记忆密码，解锁操作快捷；缺点在于手势动作容易被窥窃，安全性较弱。但总体来说该类解锁技术还是具有良好的用户体验的，因此也是目前手机加密解锁技术中应用最广泛的一类解锁方案。最为常见的“九宫格解锁”就属于此类方案。 3.2 非加密解锁技术
非加密解锁技术的主要特点在于解锁的便捷性，主要作用是防止用户的意外操作。这类解锁方案更多的是专注于用户的解锁体验，既不能太容易解锁，否则会导致误解锁，也不能太难解锁，否则会增加用户解锁负担。下面对采用不同技术手段的非加密解锁方案一一介绍。
3.2.1 按键式解锁
按键式解锁主要是提供了一个按键功能来操控手机的加/解锁，该按键可以是实体按键，也可以是触摸屏上显示的虚拟按键。此类技术方案的优点是功能实现简单；缺点是容易误解锁，且缺乏趣味性。为了防止误操作，也出现了将实体按键和虚拟按键结合操作触发解锁的技术方案。
3.2.2 其他功能触发的自动解锁
此类方案会监控其他功能的使用情况来自动解锁，例如当通话结束时自动解锁等等，其监控机制主要通过软件实现，不需要增加硬件。而且其自动解锁功能主要是对应于自动加锁功能。此类方案的优点是能自动判断用户意图，减少用户解锁负担；缺点是容易导致非用户意愿的解锁。
3.2.3 基于感应环境特征的解锁
此类方案会通过硬件装置感知手机的外部环境，然后可以根据感知解锁自动解锁，也可以对环境特征作一定处理，实现非触摸式解锁方案。此类方案的优点是增加了解锁手段，避免过渡触摸，进而提高触摸屏寿命；缺点是增大了硬件成本和处理器计算量，且误解锁风险较大。现有方案中主要基于光强传感器、距离传感器、压力传感器、温度传感器等来实现解锁方案。
3.2.4 完成指示的解锁操作实现的解锁
此类方案大多基于触摸输入和图形用户界面（GUI），特点是为用户提供一个操作任务，当用户完成了该任务后则解锁，并且会显性地或隐性地指导用户该如何完成该任务。此类方案的优点是功能实现简单，解锁操作快捷且趣味性强，不需要用户有任何记忆；缺点是无安全性。但是由于其良好的用户体验，因此也是目前手机非加密解锁技术中应用最广泛的一类解锁方案。
3.2.5 基于移动终端姿态的解锁
此类方案通过识别手机自身的姿态来实现相应的解锁功能（如甩动解锁），其识别功能需要基于置于手机内部的感应硬件装置，如重力感应器、加速度感应器等。此类方案的优点是为用户提供了多样化的操作手段，解锁过程快捷；缺点是增加了硬件成本，且误解锁风险较大。
4 总结
近年来，随着手机软件技术的快速发展，手机解锁技术的专利申请量也随之增加，为了对手机解锁技术有全面的了解，本文通过对专利文献的分析，对现有的手机解锁技术进行了详细的分类，并对各种类型的方案的特点和优劣进行了分析。
通过技术分析，我们发现现有的手机解锁方案中，加密解锁技术方案需要依赖的技术条件较多，更容易形成具有创造性的技术方案，因此其授权量是非加密解锁技术方案的近两倍。专利统计数据显示，目前最主流的解锁方案是基于触摸操作和图形用户界面（GUI）的解锁方案。由于此类方案的技术实现较为容易，且解锁操作更简便，用户体验更好。但是各大IT公司也在试图寻找更加新颖的解锁方式，一些非触摸式解锁方案也层出不穷。手机的解锁技术正在朝着更加多元化的方向发展。
