Android指紋識別API講解，一種更快更好的用戶體驗

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我發現了一個比較怪的現象。在iPhone上使用十分普遍的指紋認證功能，在Android手機上卻鮮有APP使用，我簡單觀察了一下，發現Android手機上基本上只有支付寶、微信和極少APP支持指紋認證功能，就連銀行和金融類的應用都基本不支持，甚至很多開發者都不知道Android系統是有指紋認證的官方API的。

事實上，Android從6.0系統開始就支持指紋認證功能了，但是指紋功能還需要有硬件支持才行，而Android手機的硬件都是由各廠商生產的，手機檔次也參差不齊，因此不能像iPhone那樣保證所有的手機都是支持指紋認證功能的。所以，可能很多開發者就覺得，即使做了指紋認證功能，也無法兼容所有的手機，還是要配合圖案解鎖或密碼等功能一起使用才行，那麼索性就只用圖案和密碼好了，一勞永逸。

看似這樣解釋好像也合情合理，但其實受傷的是數以億計的Android手機用戶。明明有更輕鬆更快捷的使用方式，卻因爲APP不予支持，最終只能使用更加原始和笨拙的方式。在國內，絕大多數Android手機的指紋認證功能都僅僅只侷限於用來解鎖手機而已，很少有使用到APP的功能邏輯當中。

其實將指紋認證功能使用到APP的功能邏輯當中是有很多功能場景的，比如說金融銀行類APP可以使用指紋認證來快速登錄，應用商店類APP可以使用指紋認證來下載安裝軟件，股票證券類APP可以使用指紋認證來操作和交易等等。

雖然有了應用場景，還有很多開發者可能會擔心，指紋認證功能實現起來會不會很複雜？因爲畢竟支持的設備有限，還要配合圖案和密碼來使用才行，如果實現起來非常複雜，又只能支持部分設備的話，那投入產出比就太低了，或許這也是很多APP不肯去實現指紋認證功能的原因。這裏我不得不說，Android官方提供的指紋認證Demo的確是挺複雜的，看着讓人望而卻步。但是大家不用擔心，本篇文章中我會帶着大家一起去實現一個最簡版的指紋認證Demo，直接複製粘貼本文中的代碼到大家各自的項目中，即可一步集成指紋認證功能。

那麼話不多說，首先新建一個FingerprintTest項目，並選擇添加一個Empty Activity。然後修改activity_main.xml中的代碼，如下所示：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<FrameLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="已進入App主界面"
        android:textSize="18sp"
        android:layout_gravity="center"
        />

</FrameLayout>

這裏我們修改了MainActivity中的佈局文件，在界面上添加了一個 已進入App主界面 的TextView，待會在指紋認證通過之後，就會讓APP跳轉到此界面。

接下來我們開始編寫指紋認證界面，新建fingerprint_dialog.xml，代碼如下所示：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
              android:orientation="vertical"
              android:layout_width="match_parent"
              android:layout_height="match_parent">

    <ImageView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_gravity="center_horizontal"
        android:src="@drawable/ic_fp_40px"
        />

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_gravity="center"
        android:layout_marginTop="20dp"
        android:text="請驗證指紋解鎖"
        android:textColor="#000"
        android:textSize="16sp"
        />

    <TextView
        android:id="@+id/error_msg"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_gravity="center"
        android:layout_marginTop="5dp"
        android:maxLines="1"
        android:textSize="12sp"
        android:textColor="#f45"
        />

    <View
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="0.5dp"
        android:layout_marginTop="10dp"
        android:background="#ccc"
        />

    <TextView
        android:id="@+id/cancel"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="50dp"
        android:gravity="center"
        android:text="取消"
        android:textColor="#5d7883"
        android:textSize="16sp"
        />

</LinearLayout>

這是一個非常簡易的指紋認證界面，相信沒什麼需要解釋的地方。界面大致樣式如下圖所示。

注意，通常爲了讓用戶清楚的知道現在需要進行指紋認證，Google官方建議最好使用一個通用的指紋圖標，而不應該由各APP製作自己的指紋圖標。爲此，Google也特意提供了一套指紋認證的組圖，可以點擊這裏查看和下載。

接着我們創建一個FingerprintDialogFragment類，並讓它繼承自DialogFragment，用於作爲提示用戶進行指紋認證的對話框，代碼如下所示：

@TargetApi(23)
public class FingerprintDialogFragment extends DialogFragment {

    private FingerprintManager fingerprintManager;

    private CancellationSignal mCancellationSignal;

    private Cipher mCipher;

    private LoginActivity mActivity;

    private TextView errorMsg;

    /**
     * 標識是否是用戶主動取消的認證。
     */
    private boolean isSelfCancelled;

    public void setCipher(Cipher cipher) {
        mCipher = cipher;
    }

    @Override
    public void onAttach(Context context) {
        super.onAttach(context);
        mActivity = (LoginActivity) getActivity();
    }

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        fingerprintManager = getContext().getSystemService(FingerprintManager.class);
        setStyle(DialogFragment.STYLE_NORMAL, android.R.style.Theme_Material_Light_Dialog);
    }

    @Nullable
    @Override
    public View onCreateView(LayoutInflater inflater, @Nullable ViewGroup container, Bundle savedInstanceState) {
        View v = inflater.inflate(R.layout.fingerprint_dialog, container, false);
        errorMsg = v.findViewById(R.id.error_msg);
        TextView cancel = v.findViewById(R.id.cancel);
        cancel.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                dismiss();
                stopListening();
            }
        });
        return v;
    }

    @Override
    public void onResume() {
        super.onResume();
        // 開始指紋認證監聽
        startListening(mCipher);
    }

    @Override
    public void onPause() {
        super.onPause();
        // 停止指紋認證監聽
        stopListening();
    }

    private void startListening(Cipher cipher) {
        isSelfCancelled = false;
        mCancellationSignal = new CancellationSignal();
        fingerprintManager.authenticate(new FingerprintManager.CryptoObject(cipher), mCancellationSignal, 0, new FingerprintManager.AuthenticationCallback() {
            @Override
            public void onAuthenticationError(int errorCode, CharSequence errString) {
                if (!isSelfCancelled) {
                    errorMsg.setText(errString);
                    if (errorCode == FingerprintManager.FINGERPRINT_ERROR_LOCKOUT) {
                        Toast.makeText(mActivity, errString, Toast.LENGTH_SHORT).show();
                        dismiss();
                    }
                }
            }

            @Override
            public void onAuthenticationHelp(int helpCode, CharSequence helpString) {
                errorMsg.setText(helpString);
            }

            @Override
            public void onAuthenticationSucceeded(FingerprintManager.AuthenticationResult result) {
                Toast.makeText(mActivity, "指紋認證成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                mActivity.onAuthenticated();
            }

            @Override
            public void onAuthenticationFailed() {
                errorMsg.setText("指紋認證失敗，請再試一次");
            }
        }, null);
    }

    private void stopListening() {
        if (mCancellationSignal != null) {
            mCancellationSignal.cancel();
            mCancellationSignal = null;
            isSelfCancelled = true;
        }
    }

}

說了是實現一個最簡版的指紋認證Demo，因此這裏的代碼也都是非常簡單的，基本上就是一個Fragment類的最普通實現，下面我帶大家簡單解析一下。

首先setCipher()方法用於接受一個Cipher對象，這個參數在待會進行指紋認證的時候會用到。

接下來幾個生命週期方法都很簡單，在onAttach()方法中獲取了Activity的實例，在onCreate()方法獲取了FingerprintManager的實例，在onCreateView()方法中加載了我們剛剛創建的fingerprint_dialog.xml佈局，都是一些常規操作。

緊接着重點的要來了，在onResume()方法中調用了startListening()方法開始指紋認證監聽，在onPause()方法中調用了stopListening()方法停止指紋認證監聽。爲什麼要這麼做呢？因爲指紋傳感器和攝像頭類似，是不能多個程序同時使用的，因此任何一個程序都不應該在非前臺時刻佔用着指紋傳感器的資源，所以需要在onPause()方法中及時釋放資源。

那麼，現在我們只需要把所有的目光都放在startListening()和stopListening()這兩個方法上就可以了。在startListening()方法中，調用了FingerprintManager的authenticate()方法來開啓指紋指紋監聽。authenticate()方法接收五個參數，第一個參數是CryptoObject對象，這裏我們只需要將剛纔傳入的Cipher對象包裝成CryptoObject對象就可以了。第二個參數是CancellationSignal對象，可以使用它來取消指紋認證操作。第三個參數是可選參數，官方的建議是直接傳0就可以了。第四個參數用於接收指紋認證的回調，上述代碼中我將所有的回調可能都進行了界面提示，方便大家觀察。第五個參數用於指定處理回調的Handler，這裏直接傳null表示回調到主線程即可。

而在stopListening()方法中的邏輯則簡單得多了，我們只需要調用CancellationSignal的cancel()方法將指紋認證操作取消就可以了。

這樣我們就將FingerprintDialogFragment中的代碼全部完成了，這段代碼可以直接複製到任意項目當中來作爲指紋認證提醒對話框。

最後，我們再來編寫一個簡單的登錄界面，整個指紋認證過程就完整了。創建LoginActivity，代碼如下所示：

public class LoginActivity extends AppCompatActivity {

    private static final String DEFAULT_KEY_NAME = "default_key";

    KeyStore keyStore;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_login);
        if (supportFingerprint()) {
            initKey();
            initCipher();
        }
    }

    public boolean supportFingerprint() {
        if (Build.VERSION.SDK_INT < 23) {
            Toast.makeText(this, "您的系統版本過低，不支持指紋功能", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            return false;
        } else {
            KeyguardManager keyguardManager = getSystemService(KeyguardManager.class);
            FingerprintManager fingerprintManager = getSystemService(FingerprintManager.class);
            if (!fingerprintManager.isHardwareDetected()) {
                Toast.makeText(this, "您的手機不支持指紋功能", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                return false;
            } else if (!keyguardManager.isKeyguardSecure()) {
                Toast.makeText(this, "您還未設置鎖屏，請先設置鎖屏並添加一個指紋", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                return false;
            } else if (!fingerprintManager.hasEnrolledFingerprints()) {
                Toast.makeText(this, "您至少需要在系統設置中添加一個指紋", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    @TargetApi(23)
    private void initKey() {
        try {
            keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
            keyStore.load(null);
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore");
            KeyGenParameterSpec.Builder builder = new KeyGenParameterSpec.Builder(DEFAULT_KEY_NAME,
                    KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT |
                            KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)
                    .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC)
                    .setUserAuthenticationRequired(true)
                    .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7);
            keyGenerator.init(builder.build());
            keyGenerator.generateKey();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    @TargetApi(23)
    private void initCipher() {
        try {
            SecretKey key = (SecretKey) keyStore.getKey(DEFAULT_KEY_NAME, null);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES + "/"
                    + KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC + "/"
                    + KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            showFingerPrintDialog(cipher);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    private void showFingerPrintDialog(Cipher cipher) {
        FingerprintDialogFragment fragment = new FingerprintDialogFragment();
        fragment.setCipher(cipher);
        fragment.show(getFragmentManager(), "fingerprint");
    }

    public void onAuthenticated() {
        Intent intent = new Intent(this, MainActivity.class);
        startActivity(intent);
        finish();
    }

}

首先在onCreate()方法中，調用了supportFingerprint()方法來判斷當前設備是否支持指紋認證功能。這一點是非常重要的，因爲當設備不支持指紋認證的時候，還需要及時切換到如圖案、密碼等其他的認證方式。

當設備支持指紋認證的時候，再分爲兩步，第一步生成一個對稱加密的Key，第二步生成一個Cipher對象，這都是Android指紋認證API要求的標準用法。得到了Cipher對象之後，我們創建FingerprintDialogFragment的實例，並將Cipher對象傳入，再將FingerprintDialogFragment顯示出來就可以了。

最後的最後，當指紋認證成功之後，會在FingerprintDialogFragment的回調當中調用LoginActivity的onAuthenticated()方法，然後界面會跳轉到MainActivity，整個指紋認證過程就此結束。

總共就這些代碼了，總體來說還是相當簡單的，現在我們來運行一下看看實際的效果吧。打開應用之後會立刻彈出指紋認證對話框，此時先使用錯誤的手指來進行認證：

可以看到，當指紋驗證失敗的時候，會在界面上顯示相應的錯誤提示信息。

接下來使用正確的手指來進行認證：

OK，指紋驗證成功，並自動跳轉到了MainActivity界面。

這樣一個最簡版的指紋認證Demo就此完成，大家如果想要在自己的APP中集成指紋認證功能，只需要複製粘貼本文中的代碼就可以輕鬆實現了。如果想要下載完整的Demo源碼，點擊這裏即可下載。

在文章的結尾我還想再補充幾句，雖然本文中的指紋認證Demo實現過程很簡單，但是切記它是不能單獨使用的，必須要配合着圖案或其他認證方式一起來使用，因爲一定要提供一個在設備不支持指紋情況下的其他認證方式。

另外，比較遺憾的是，雖然是剛剛寫出來的文章，但是FingerprintManager在最新的Android 9.0系統上已經被廢棄了。因爲Android 9.0系統提供了更加強大的生物識別認證功能，包括指紋識別、面部識別、甚至是虹膜識別等等，因此僅僅只能用於指紋識別的FingerprintManager已經不能滿足新系統的強大需求了。

不過大家也不用擔心，雖然被標爲廢棄，但是至少在較長一段時間內，FingerprintManager還是可以正常使用的。而我過段時間也會針對Android 9.0的生物識別功能專門再寫一篇文章，敬請期待吧。

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