Chi tiết cách hoạt động của Face ID, có bảo mật không, vì sao cần trí tuệ nhân tạo

Face ID là tính năng được nói rất nhiều nếu không muốn nói là tâm điểm mới của iPhone X. Cũng phải thôi vì hệ thống nhận diện gương mặt này sẽ thay thế cho Touch ID, cảm biến vân tay vốn đã quá quen thuộc với người dùng iPhone trong khoảng 4 năm trở lại đây. Vậy tính năng này hoạt động ra sao và nó khác như thế nào với các hệ thống nhận dạng gương mặt đã quá phổ biến trên những chiếc điện thoại Android từ tận 3-4 năm trước?

Face ID hoạt động ra sao?

Khi hệ thống nhận diện gương mặt được kích hoạt (là khi bạn nhìn vào màn hình khóa của iPhone X), các cảm biến dày đặt bố trí ở phần viền đen của iPhone X sẽ bắt đầu hoạt động. Apple gọi hệ thống cảm biến này là TrueDept Camera System. Nó sẽ chạy theo thứ tự như sau:

1. Flood illuminator khởi động chuỗi công việc bằng cách phát ra một chùm sáng không nằm trong vùng khả kiến, tức là mắt người không thấy được. Chùm sáng này có nhiệm vụ "thắp sáng" gương mặt của bạn cả khi trời sáng lẫn trong tối.
2. Cảm biến hồng ngoại (infrared camera) sau đó sẽ chiếu tia hồng ngoại ra để chụp lại hình dáng gương mặt. Luồng sáng cũng lại là ánh sáng không nằm trong vùng có thể thấy được của mắt.
3. Dot projector, một linh kiện ít gặp trên smartphone, tiếp tục chiếu ra một loạt chấm hồng ngoại nhỏ bám lên gương mặt của người dùng. Có khoảng 30.000 chấm như thế được phát ra mỗi khi Face ID hoạt động, và cảm biến hồng ngoại cũng nhận luông nhiệm vụ ghi nhận các chấm này
4. Hình ảnh từ cảm biến hồng ngoại + hình ảnh của các điểm phát ra từ dot projector sẽ được chuyển vào vi xử lý Apple A11 Bionic để chạy các thuật toán trí tuệ nhân tạo. Những thuật toán đó sẽ dựng nên một "mô hình" gương mặt của người đang unlock máy, xem xem nó có khớp với dữ liệu gương mặt đã được đăng kí trước hay không
5. Nếu khớp, máy sẽ unlock và cho bạn vào bên trong

Kiểu nhận diện gương mặt như thế này được gọi là nhận diện 3D vì nó không chỉ so sánh hình ảnh chụp lại của gương mặt mà còn so sánh cả những khóe mắt, môi, chiều sâu và các chi tiết khác của mặt người. Về lý thuyết, nó sẽ cho độ chính xác cao hơn, tức là khó bị giả hơn so với việc chỉ dùng ảnh chụp mặt như cách mà Android 4.x trở lên đang sử dụng.



Hiện tại nhiều hãng Android cũng tích hợp tính năng nhận dạng mặt cho thiết bị của họ, ví dụ như Samsung với Galaxy S8 và Note8. Tính năng nhận gương mặt của S8 và Note8 tân tiến hơn so với cái có sẵn của Android, bằng chứng lại nó chạy nhanh hơn rất nhiều. Tuy nhiên, vẫn nhưng chưa thấy hãng nào sử dụng cơ chế 3D đầy đủ như cách Apple dùng với iPhone X, hay ít nhất là họ không nói ra (uổng thế, cách hoạt động quá hay mà không nói cho người dùng biết). Cảm biến hồng ngoại trên S8 và Note8 chỉ đang được dùng cho tính năng nhận dạng mống mắt, và không máy nào có dot projector cả. Tất nhiên trải nghiệm thực tế như thế nào thì phải đợi có máy mới nói tiếp là iPhone X với tốt hơn S8 và Note8 hay không, nhưng trải nghiệm của mình với tính năng unlock gương mặt của S8 rất tuyệt vời, để xem iPhone X thế nào.

Trọng tâm của FaceID: trí tuệ nhân tạo

Nghe qua các phần cứng có vẻ ngầu lắm nhưng thực chất những cái quan trọng nhất giúp Face ID hoạt động lại chính là hệ thống thuật toán trí tuệ nhân tạo phía sau. Các thuật toán này đã được Apple huấn luyện (train) với hàng nghìn người trên thế giới (gọi là "mẫu"), cứ qua mỗi gương mặt thì thuật toán sẽ trở nên tốt hơn và có khả năng nhận diện ngon lành hơn. Kiểu này cũng giống như việc Google, Facebook huấn luyện hệ thống nhận diện gương mặt của họ với hàng nghìn, chục nghìn hay thậm chí là hàng triệu gương mặt lấy từ các tấm hình, chỉ khác tí là Apple dùng luôn với người thật.

Trí tuệ nhân tạo còn giúp Face ID nhận ra những thay đổi trên gương mặt bạn theo thời gian. Ví dụ, bạn có già đi, có đeo thêm kính, có đội nón, đội mũ len, để thêm râu, cạo râu... thì Face ID vẫn biết bạn là ai. Nếu không có các thuật toán này, cứ mỗi khi bạn làm gì đó với gương mặt của mình thì bạn lại phải đăng kí với máy rất phiền phức.

Câu hỏi bây giờ là liệu iPhone X có nhận được mặt của bạn khi đeo khẩu trang hay không vì ở Việt Nam chúng ta xài khẩu trang khá nhiều, cũng như phải làm sau khi đang đội mũ bảo hiểm full face. Mình nghĩ rằng trong các trường hợp này thì iPhone X cũng bó tay mà thôi vì quá nhiều phần của gương mặt đã bị che đi. Lúc đó bạn đành phải nhập passcode thủ công trên màn hình.

Cái gì giúp xử lý thuật toán trí tuệ nhân tạo? Neural engine trong chip A11

Lần đầu tiên, Apple tích hợp một khu vực riêng dành cho các tác vụ AI trong chip của mình và họ gọi nó là Neural engine. Thành phần này giúp chip xử lý nhanh hơn so với việc đẩy hình ảnh và thuật toán về cho CPU thực thi vì cụm AI chỉ làm mỗi việc AI và làm tốt chuyện đó, trong khi CPU đang phải đảm đương hàng tá thứ khác của hệ điều hành rồi. Huawei, Qualcomm cũng từng ra mắt những con chip Kirin và Snapdragon hỗ trợ riêng cho AI.

Nói thêm về Neural engine, nó "được xây dựng riêng để chạy những thuật toán machine learning" với 2 nhân của riêng mình, không chia sẻ với CPU. Neural engine có thể xử lý 600 tỉ phép tính mỗi giây, và tất cả đều chạy theo thời gian thực. Có như vậy thì Face ID mới chạy nhanh được, bất kì sự trì hoãn nào ở khâu unlock cũng làm ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm người dùng.

Neural engine không chỉ dùng cho Face ID, nó còn có thể dùng cho cả những ứng dụng khác của iPhone X. Vụ này mình sẽ nghiên cứu thêm rồi nói với anh em sau nhé.

​

Độ an toàn thế nào?

Nếu như hệ thống bảo mặt gương mặt của các hãng khác có thể dễ dàng dùng ảnh đánh lừa thì Apple quảng cáo rằng iPhone X đã tính đến những trường hợp này. Một tấm ảnh, một người anh em sinh đôi không thể dùng để lừa Face ID do nó còn tính toán cả những mức độ chiều sâu trong gian 3D nữa. Gương mặt của hai người sinh đôi cùng trứng cũng sẽ có những điểm khác biệt nhất định chứ không tương đồng hoàn toàn.

Apple cũng làm việc với các nhà làm phim ở Hollywood để tạo ra rất nhiều mặt nạ giống mặt người. Các kĩ sư của Apple sử dụng những mặt nạ này để huấn luyện cho AI và dạy cho nó biết khi nào thì người ta đang cố đánh lừa máy bằng cách đeo mặt giả. Apple nói rằng tỉ lệ số người có gương mặt giống bạn mà Face ID có thể bị nhầm là 1/1.000.000, trong khi tỉ lệ nhận nhầm người của Touch ID là 1/50.000. Nói cách khác, ý Apple là Face ID an toàn hơn cả Touch ID.

​

Dữ liệu gương mặt cũng không được lưu lại theo dạng hình ảnh. Nó sẽ được mã hóa thành các con số rồi lưu vào một cụm riêng (gọi là Secure Enclave) trên chip A11 Bionic, giống như cách Apple lưu dữ liệu của Touch ID từ xưa đến giờ. Tất cả các khâu xử lý và lưu trữ đều được thực hiện trên iPhone X, không gửi bất kì thứ gì về máy chủ Apple cả nên bạn cũng không lo Apple có ý đồ xấu với gương mặt của mình.

Cuối cùng, Apple cho biết họ sẽ cần bạn nhìn vào máy thì Face ID mới unlock điện thoại, chứ nếu không nhìn (hoặc bị ai đó dụ không nhìn) thì máy cũng không mở khóa nên thiết bị vẫn an toàn.

Apple demo hỏng Face ID trên sân khấu là sao?



Đây là tấm ảnh chụp lại vào lúc đó do trang The Verge đăng tải. Màn hình ghi rằng bạn phải nhập passcode để có thể dùng Face ID. Có 2 trường hợp xảy ra:

• Nhập sai nhiều lần trước đó khiến máy tạm thời vô hiệu hóa Face ID
• Mới khởi động lại máy nên đòi passcode để bật Face ID

Nếu rơi vào tình huống thứ hai thì thông báo sẽ hơi khác: "Touch / Face ID requires your passcode when iPhone restarts", nên khả năng 1 cao hơn. Nhưng lạ cái là trước đó Craig đã đụng tới cái máy đâu? Có phải do mấy bạn nhân viên khác của Apple nghịch dại khiến Face ID bị vô hiệu hóa, hoặc do các bạn bất cẩn khi setup hệ thống chuẩn bị demo đã vô tình để gương mặt của mình lọt vào và iPhone X nhận biết quá nhiều lần unlock không thành công do khác gương mặt với Craig? Hay do lỗi của máy mẫu, máy demo, firmware lỗi?

Ghi chú: việc đòi nhập passcode sau khi khởi động không mới. Đây là cơ chế bảo mật bình thường mà cả iPhone lẫn Android đều đã áp dụng từ lâu: khi bạn khởi động lại máy, bạn buộc phải nhập passcode, sau đó mới có thể quét cảm biến vân tay hay dùng nhận diện gương mặt được. Apple và Google lo sợ hacker cố tình reset máy để can thiệp vào quá trình nhận diện nên mới đặt ra bước như trên.

Tóm lại: màn trình diễn này không có thể thất bại thật hoặc có thể không, tuy nhiên Apple đáng trách là đã không chuẩn bị kĩ cho chiếc máy mà Craig cầm demo cho mọi người xem.

Một số thông tin nhỏ nhỏ khác

• Khi đăng kí gương mặt với Face ID, bạn sẽ lắc đầu 360 độ giống như khi khởi động để chuẩn bị chơi thể thao. Các cảm biến khi đó sẽ ghi nhận đầy đủ mọi góc độ của gương mặt
• Các ứng dụng đang hỗ trợ Touch ID sẽ mặc định hỗ trợ cả Face ID, các lập trình viên không cần phải chỉnh sửa gì lại
• Face ID cũng dùng được với Apple Pay, khi thanh toán bạn sẽ nhấn vào nút nguồn, nhìn vào điện thoại, vậy là xong, tiền đã được thanh toán
• Tính năng nhận diện gương mặt còn được sử dụng để mô phỏng lại cử động gương mặt và map nó vào emoji. Các emoji động (animoji) này có thể được gửi qua iMessage.

Tất cả chỉ mới là lý thuyết, hãy chờ xem Face ID chạy như thế nào trên một chiếc iPhone X thực tế nhé. Việc Face ID có tiện hơn Touch ID hay không thì mình rất nghi ngờ. Để có máy rồi nói chuyện tiếp, những thứ về trải nghiệm mà chỉ ngồi chém gió thì không hay.

​

Tham khảo: Apple​