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빛으로 만든 고유키로 반도체 해킹 막는다

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빛으로 만든 고유키로 반도체 해킹 막는다

2020.10.20 12:15
KIST 연구팀, 소프트웨어 방식 보완할 고성능·저비용 암호화 소자
콜레스테릭 필름을 결합한 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터 소자(왼쪽)와 소자를 편광현미경으로 확대한 사진(오른쪽). KIST 제공
콜레스테릭 필름을 결합한 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터 소자(왼쪽)와 소자를 편광현미경으로 확대한 사진(오른쪽). KIST 제공

사물인터넷(IoT)이 발발하면서 해커들이 침입할 통로가 많아지고 있다. 그만큼 현재 주로 쓰는 소프트웨어 기반의 키 방식을 보완할 ‘물리적 복제 방지 기능(PUF)’이 주목받고 있다. 

 

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 주현수 선임연구원은 부산대 고분자공학과 안석균 교수팀과 함께 빛을 이용해 PUF의 보안 성능을 강화하는 암호화 소자를 개발했다.

 

하드웨어 기반의 PUF 반도체 칩은 사람의 홍채나 지문처럼 고유의 키 값을 갖고 있다. 제조공정에서 만들어지는 미세구조의 편차가 키 값이기 때문에 PUF로 만들어지는 보안 키는 고유한 값이며 따라서 복제가 불가능하다. 하지만 보안성능을 높이기 위해 키가 생성되는 조합의 수를 늘리면 하드웨어의 구조를 바꿔야 하는 한계가 있었다.

 

연구팀은 회전하면서 나선형으로 나아가는 빛인 ‘원편광’을 활용했다. 먼저 들어오는 빛의 회전 방향에 따라 소자에 도달하는 빛의 양을 조절하는 ‘콜레스테릭 액정’ 필름을 근적외선을 감지하는 성능이 우수한 유기 광트랜지스터와 결합했다. 

 

이렇게 만든 광트랜지스터는 콜레스테릭 액정 속 나선 방향과 같은 방향으로 회전하는 빛은 반사시키고, 반대 방향의 빛은 투과시켜 빛의 회전 방향을 구분해서 감지할 수 있다. 연구팀은 이 장치를 이용해 소자의 물리적 크기를 바꾸지 않고 암호화 키 생성에 사용되는 조합의 수를 늘려 해킹과 도청을 원천 차단할 수 있는 PUF 소자를 만드는 데 성공했다.
 
이 소자는 근적외선을 흡수하는 고분자반도체의 높은 흡광도와 트랜지스터의 신호 증폭 그리고 콜레스테릭 액정 필름이 만든 광학적 간섭 효과를 이용해 나노패터닝을 기반으로 만든 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터보다 감도가 최소 30배 높다. 

 

또 가시광선 원편광만 감지할 수 있던 유기 광트랜지스터 소자들과 달리 광통신, 양자컴퓨팅 같은 차세대 광전소자에 쓰이는 근적외선 영역의 원편광을 감지할 수 있다.

 

연구에 참여한 임정아 KIST 광전소재연구단 책임연구원은 “원편광 감응 반도체 소자를 이용해 보안성능을 강화한 암호화 소자를 만들었다는 점에 의의가 있다”며 “복잡한 나노패터닝 공정을 거치지 않고 간단한 용액공정으로 고감도 근적외선 원편광 감응 소자를 만들 수 있고, 근적외선을 활용하기 때문에 향후 차세대 광전소자 시스템에 활용될 수 있다”고 밝혔다.

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