아주대학교는 김장환 첨단신소재공학과 교수팀이 충남대학교 진형민 교수팀과 공동으로 해킹이나 복제를 시도하면 스스로 보안키를 바꿔 무력화하는 '침해 반응형 물리적 복제방지'(PUF) 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
물리적 복제방지 기술(PUF)은 반도체나 나노 소자 제조 과정에서 발생하는 무작위 미세 구조를 활용해 고유한 보안키를 생성하는 하드웨어 보안 기술이다. 지문처럼 소자마다 구조가 달라 복제가 불가능한 것으로 알려졌다. 하지만 최근 나노 가공 기술 발전으로 소자를 뜯어 내부 구조를 정밀 분석해 복제하는 해킹 기법이 등장했다. 공격자가 소자를 분해해도 보안키가 그대로 유지되는 기존 PUF의 취약점을 노린다.
연구팀은 강철보다 강하지만 층과 층 사이 결합이 약해 쉽게 벗겨지는 신소재 '그래핀'의 단점을 보안 기능으로 역발상해 적용했다. 스스로 규칙적인 모양을 만드는 '블록공중합체' 나노 패턴 사이에 5나노미터(nm·머리카락 굵기의 2만분의 1) 수준의 초박막 환원 산화그래핀(rGO) 반응층을 삽입해 다층 나노구조를 구현했다.
평소 이 그래핀 층은 나노구조를 연결하는 다리 역할을 하며 고유 암호키를 형성한다. 그러나 해킹을 위해 소자에 물리적 자극을 가하는 순간 그래핀 층의 상태가 변형되며 보안키가 영구적으로 파괴된다. 복제 시도 행위 자체가 암호를 못 쓰게 만들어 해킹을 무의미하게 만드는 원리다.
연구팀은 물리적 표면 절삭, 틀 복제 등 실제 해킹 방식을 재현한 실험에서 보안키가 즉각 바뀌는 것을 확인했다. 반면 고온·고습, 방사선 등 극한 환경에서는 보안키가 안정적으로 유지됐다. 연구팀은 지폐와 반도체 칩에 해당 기술을 적용해 상용화 가능성도 검증했다.
김 교수는 "기존 연구들이 복제를 어렵게 만드는 데 집중했다면, 이번 연구는 복제 시도 자체를 무의미하게 만들었다는 데 차별성이 있다"며 "반도체 칩 인증, 위조방지 라벨, 사물인터넷(IoT) 기기 및 우주항공 등 높은 보안성이 요구되는 산업에 폭넓게 활용될 것"이라고 설명했다.
해당 연구 성과는 재료과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼스'에 게재됐다. 과학기술정보통신부 미래유망융합기술파이오니어 사업, 교육부 G-램프(LAMP) 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
