반도체에 빛으로 지문 만들어 해킹 막는다

[이데일리 강민구 기자] 스마트폰, 가전, 무인자동차 등에서 실시간으로 데이터를 주고받는 사물인터넷(IoT) 기술 활용이 증가하고 있다. 이용자와 자산 안전을 위한 보안 강화가 필요하던 상황에서 국내 연구진이 해킹에 노출되기 쉬운 소프트웨어 기반의 키 방식을 보완할 기술을 선보였다.

한국과학기술연구원(KIST)은 임정아·주현수 광전소재연구단 박사팀이 안석균 부산대 고분자공학과 교수팀과 함께 하드웨어 구조를 변경하지 않고, 빛의 회전 특성을 이용해 물리적 복제 방지 기능(PUF) 보안성능을 높일 수 있는 암호화 소자를 개발했다고 밝혔다. 하드웨어 기반의 PUF 반도체 칩은 사람의 홍채나 지문처럼 고유한 물리적 코드를 지닌다. 제조공정에서 생성되는 미세구조의 편차를 키 값으로 갖기 때문에 PUF로 생성되는 보안 키는 무작위로 생성돼 고유성이 있으며, 복제가 불가능하다. 하지만 안전성을 높이기 위해선 키가 생성되는 조합 수를 늘려야 하며 하드웨어 구조도 바꿔야 했다.

연구팀은 전파될 때 전후좌우 다양한 방향으로 진동하면서 나아가는 빛에 주목했다. 원을 그리며 나선형으로 나아가는 빛인 원편광을 암호화에 활용하기 위해 빛의 회전 방향에 따라 소자에 도달하는 빛의 양을 조절하는 콜레스테릭 액정을 근적외선을 감지하는 성능이 우수한 유기 광트랜지스터에 결합했다. 이렇게 만든 광트랜지스터는 액정 나선구조의 방향과 같은 방향으로 회전하는 빛은 반사시키고, 반대 방향의 빛은 투과시켜 시계방향 또는 반시계 방향으로 진행하는 빛의 회전 방향을 구분해서 감지해냈다. 또 소자의 물리적 크기를 바꾸지 않고도 암호화 키 생성에 사용되는 조합의 수를 증가시켜 해킹과 도·감청 등을 원천 차단할 수 있는 PUF 소자도 제작했다.

개발한 소자는 근적외선을 흡수하는 고분자반도체의 높은 흡광도와 트랜지스터에 의한 신호 증폭, 콜레스테릭 액정 필름의 적층으로 생긴 광학적 간섭효과로 기존 나노패터닝 기반 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터보다 최소 30배 이상 감도가 우수했다. 연구팀은 개발한 광트랜지스터가 광통신, 양자컴퓨팅 등 차세대 광전소자에 사용되는 근적외선 영역의 원편광을 감지하고, 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

임정아 박사는 “원편광 감응 반도체 소자를 이용해 보안성능이 강화된 암호화 소자를 구현했다는 점에서 의미가 있다”며 “복잡한 나노패터닝 공정 없이 간단한 용액공정으로 고감도 근적외선 원편광 감응 소자를 제작했고, 근적외선을 활용했다는 점에서 앞으로 다양한 차세대 광전소자 시스템에 활용될 수 있을 것”이라고 했다.

연구 결과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 최신호에 게재됐다.

연구진이 개발한 카이랄 액정 네트워크 필름이 결합된 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터 소자(왼쪽)와 연구진이 개발한 카이랄 액정 네트워크 필름을 갖는 물리적 복제 방지 기능(오른쪽).(사진=한국과학기술연구원)