KAIST·성균관대 공동연구팀, 빛으로 진위 확인하는 ‘나노 지문’ 보안기술 개발

무작위로 형성되는 콜로이드 나노 패턴 활용… 스마트폰 손전등·레이저 포인터만으로 이중 인증, 네이처 커뮤니케이션즈 게재

빛만 비추면 진짜와 가짜가 드러나는 보안 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. KAIST는 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 성균관대학교 권석준 교수 연구팀과 공동으로, 무작위로 형성되는 ‘콜로이드 나노 패턴’을 이용해 간단한 빛만으로 진위를 확인할 수 있는 새로운 보안 원천기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 콜로이드 나노 패턴은 눈에 보이지 않을 만큼 작은 입자들이 모여 만드는 고유한 미세 무늬를 말한다.

최근 인공지능(AI)의 발전으로 사이버 공격이 더욱 정교해지고, 미래 양자컴퓨터가 기존 암호체계를 위협할 가능성이 제기되면서 소프트웨어 암호뿐 아니라 제품이나 기기가 가진 고유한 물리적 특징 자체를 보안에 이용하는 기술이 주목받고 있다. 대표적인 기술이 ‘물리적 복제 방지 기능(PUF·Physical Unclonable Function)’으로, 똑같이 복제하기 어려운 물리적 특징을 지문처럼 이용하는 방식이다.

사람의 지문이 저마다 다르듯 아주 작은 입자들이 우연히 만들어내는 배열도 매번 달라진다. 같은 재료와 같은 방법으로 만들어도 입자의 위치와 방향까지 완전히 똑같이 재현하기는 매우 어렵다. 다만 기존의 고보안 PUF는 이러한 미세한 차이를 읽기 위해 고가의 현미경이나 빛의 특성을 정밀하게 측정하는 전문 장비가 필요한 경우가 많아, 복제하기는 어렵지만 진짜인지 확인하는 것 역시 쉽지 않다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 ‘복제는 어렵게, 확인은 쉽게’ 만드는 데 주목했다. 연구팀은 수백 나노미터(nm·10억분의 1미터) 크기의 둥근 입자들을 물 위에서 스스로 모이게 했다. 이 과정에서 입자들이 모이는 위치와 방향이 매번 달라 서로 다른 무늬가 자연스럽게 만들어지며, 연구팀은 이렇게 우연히 형성된 나노 입자의 배열을 제품을 구별하는 고유한 ‘나노 지문’으로 활용했다. 작은 알갱이를 바닥에 뿌릴 때마다 서로 다른 모양으로 놓이는 것과 비슷한 원리다.

중요한 것은 이 지문을 읽는 방법이 간단하다는 점이다. 스마트폰 손전등처럼 일반적인 백색광을 비추면 나노 입자가 놓인 방식에 따라 고유한 색과 반사 무늬가 나타나고, 녹색 레이저 포인터를 비추면 빛이 미세한 입자 구조를 만나 여러 방향으로 퍼지면서 또 다른 고유한 회절 무늬가 나타난다. 연구팀은 제품마다 이 두 가지 빛의 무늬를 미리 등록해 두고, 실제 제품에서 나타나는 무늬와 비교해 진위를 확인하는 이중 인증 방식을 구현했다. 한 사람을 얼굴과 지문으로 각각 확인하는 것처럼, 하나의 나노 구조를 두 가지 방식으로 확인해 보안성을 높인 것이다. 위조하려면 나노 입자의 구조 자체는 물론 두 가지 빛에 의한 무늬까지 모두 똑같이 재현해야 해 복제가 매우 어렵다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 또 무작위성을 무조건 극대화하기보다, 충분한 무작위성과 손쉬운 판독이 가능한 구조를 함께 설계하는 것이 실용적인 PUF에 유리할 수 있음을 이번 연구를 통해 제시했다. 일반 백색 손전등과 녹색 레이저 포인터만으로 두 신호를 안정적으로 판독할 수 있음을 확인해, 고가의 전문 분석장비 없이도 손쉽게 인증할 수 있는 실용적 PUF 기술의 가능성을 보였다.

연구팀은 이 나노 구조를 유연한 고분자와 금속, 투명 전도성 소재, 하이드로겔(물을 많이 머금을 수 있는 부드러운 젤 형태의 소재) 등 다양한 표면에 옮겨 붙이는 데도 성공했다. 이에 따라 전자제품과 사물인터넷(IoT) 기기에 각각 고유한 ‘하드웨어 신분증’을 부여해 정품 여부를 인증하거나, 명품·미술품·의약품 등의 진위를 확인하는 위조 방지 라벨로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 투명 필름에도 적용할 수 있어 제품의 디자인이나 외관을 가리지 않는 보안 스티커로 발전할 가능성이 있고, 웨어러블 보안 분야로의 확장도 가능할 것으로 연구팀은 보고 있다.

김상욱 KAIST 신소재공학과 교수는 “이번 연구는 복제하기 어려운 무작위 구조를 만들면서도 손전등이나 레이저 포인터처럼 간단한 도구로 쉽게 진위를 확인할 수 있게 한 것이 핵심”이라며 “전자기기 인증과 위조 방지 라벨 등 일상에서 손쉽게 활용할 수 있는 차세대 보안 기술로 발전할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구에는 KAIST 신소재공학과 양건국 박사와 성균관대학교 화학공학과 임성균 박사과정이 공동 제1저자로 참여했으며, 김상욱 교수와 권석준 교수가 공동 교신저자를 맡았다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 7월 23일 자로 온라인 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 InnoCORE 프로그램, 삼성미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐다.

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