GIST-KAIST, 자연 구조색 모사 복제 불가능 광학지문 기술 개발

준질서형 구조를 통한 구조색. [사진=GIST] 

[이뉴스투데이 백연식 기자] 광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학과 정현호 교수와 한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 송영민 교수 공동연구팀이 자연에서 영감을 받은 나노 광학 기술을 통해 복제할 수 없는 보안 인증 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

이 기술은 ID 카드나 QR 코드 등 다양한 실물 제품에 쉽게 삽입할 수 있다. 육안으로는 기존 제품과 구별되지 않기 때문에 디자인을 해치지 않으면서도 강력한 위·변조 방지 기능을 제공하는 것이 특징이다. 특히 고급 소비재, 의약품, 전자제품 등 정품 인증이 중요한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있다.

지금까지 위·변조 방지를 위해 사용되던 QR 코드, 바코드 등은 복제가 쉽고, 제품마다 고유한 정보를 부여하기 어렵다는 한계가 있었다.

이를 보완하기 위한 기술로 최근 주목받는 것이 ‘물리적 복제 불가 함수(PUF)’다. 이는 제품 제조 과정에서 자연적으로 생기는 무작위성을 이용해, 각 제품마다 고유한 물리적 특성을 소자에 부여하는 방식으로 보안성과 인증 신뢰도를 높일 수 있다. 하지만 기존 PUF 기술은 무작위성과 고유성은 확보했지만, 표면 색상 조절이 어렵고, 외부에서 쉽게 식별돼 보안성에 취약하다는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 자연계 생물에서 관찰되는 독특한 구조색 현상에 주목했다. 예를 들어 나비의 날개, 새의 깃털, 해조류의 잎 등은 나노미터 크기의 미세 구조체들이 완전한 질서도, 완전한 무질서도 아닌 ‘준질서(quasi-order)’ 형태로 배열돼 있다.

이러한 구조는 육안으로는 균일한 색상을 띠지만, 내부적으로는 미세한 무작위성이 존재해 위장, 의사소통, 포식자 회피 등 생존에 유리한 기능의 수행을 가능하게 한다.

연구팀은 이러한 자연 원리를 모사해 금속 거울 위에 유전체(HfO₂)를 얇게 증착한 뒤, 그 위에 수십 나노미터 크기의 금 나노입자를 정전기적 방식으로 자가조립시켜 준질서 구조의 플라즈모닉 메타표면을 제작했다.

이 구조는 육안으로 볼 때는 일정한 반사색을 띠지만, 고배율 광학 현미경으로 관찰하면 영역마다 서로 다른 무작위 산란 패턴, 즉 광학 지문이 나타난다. 이처럼 겉보기에는 동일하지만 내부 구조는 절대 복제할 수 없는 나노 구조 덕분에, 눈에 보이지 않는 고유 정보를 은닉하거나 선택적으로 노출할 수 있는 고차원 보안 인증 장치로 응용할 수 있다.

이처럼 나노 구조체에서 생성되는 무작위 패턴을 활용하면 소자의 PUF 성능이 기존보다 향상된다는 것도 연구팀은 확인했다.

정 교수는 “자연의 질서와 무질서가 공존하는 구조를 나노 기술로 재현함으로써, 외형은 같아 보여도 본질적으로 복제할 수 없는 광학 정보를 구현할 수 있었다”며 “이 기술은 고급 소비재부터 의약품 정품 인증이나 국가 보안 등 다양한 분야에서 강력한 위조 방지 수단으로 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.