연구 성과, '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 게재
포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수 연구팀이 빛의 파장과 메타표면 층간 거리만으로 작동하는 보안 홀로그램 플랫폼을 개발했다.
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| ▲ 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수. [포스텍 제공] |
이 기술은 해킹과 복제가 사실상 불가능해 보안카드·위조 방지·군사 통신 등 다양한 분야에서 활용이 기대되면서 연구 성과는 재료과학 및 나노 기술 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 게재됐다.
최근 잇따른 해킹과 정보 유출 사고로 디지털 보안의 한계가 분명해지면서 아무리 복잡한 암호라도 결국 코드로 존재하는 이상 침입 가능성을 완전히 배제하기 어렵다.
연구팀은 이러한 한계에 주목해 빛의 물리적 조건 자체를 보안 키로 활용하는 방식을 채택했다.
연구의 핵심은 '메타표면'이다. 메타표면은 종이처럼 얇은 판 위에 빛을 제어하는 미세 구조를 배열한 광학 소자로 빛을 비추면 공중에 이미지를 재구성하는 홀로그램을 구현할 수 있다. 다만, 하나의 장치에 하나의 정보만 담을 수 있다는 한계가 있었다.
연구팀은 인공지능 신경망의 개념을 광학 구조에 적용한 '모듈러 회절 심층 신경망'을 설계했다. 빛의 전파와 간섭 현상 자체가 계산을 수행해 전원이나 전자 칩 없이도 빛만으로도 정보를 처리한다.
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| ▲ 모듈러 회절 신경망 기반 광 암호화 메타홀로그램의 개략도. [포스텍 제공] |
연구팀은 메타표면 하나하나가 이러한 신경망의 레이어 역할을 맡아 각 층을 단독으로 사용할 때와 서로 조합했을 때 전혀 다른 결과가 나타나도록 학습시켰다.
예를 들어 메타표면에 특정 파장 빛을 비추면 사용자 식별자 홀로그램이 나타나고 다른 파장을 사용하면 전혀 다른 이미지가 재구성된다. 또 다른 층에서는 QR 코드 정보가 구현된다. 각 층은 단독으로도 서로 다른 정보를 담고 있는 셈이다.
이 기술의 진가는 둘 이상의 메타표면을 조합했을 때다. 두 층을 정확한 거리로 배치한 뒤 특정 파장의 빛을 비추자 비밀번호에 해당하는 암호 홀로그램이 나타났다.
파장이나 층간 거리가 조금이라도 어긋나면 정보는 드러나지 않는다. 빛의 색과 거리 자체가 '물리적 비밀번호'로 작동하는 구조다.
특히, 이론적으로는 파장의 수(m)와 메타표면 층수(N)가 늘어날수록 정보 채널 수가 기하급수적으로 증가해 하나의 장치에서 구현할 수 있는 보안 단계와 정보 조합이 무한히 확장될 수 있다.
노준석 교수는 "이번 연구는 빛의 물리적 특성 자체를 보안 키로 활용한다는 점에서 기존 디지털 보안의 패러다임을 근본적으로 바꿀 수 있다"고 밝혔다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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