"나노패턴을 지문처럼…진위 판별은 폰 손전등으로"

KAIST-성대 보안 원천기술 개발…경우의 수 10의 184승, 거의 무한대

나노패턴을 이용한 복제 방지 원천기술이 개발됐다. 물 위에 나노 입자 무늬를 만들어 '지문'처럼 이용하는 보안 기술이다. 핸드폰 손전등 만으로도 진위여부를 확인할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다.

KAIST는 김상욱 신소재공학과 교수 연구팀이 권석준 성균관대학교 교수 연구팀과 공동으로, 무작위로 만들어지는 ‘콜로이드 나노 패턴'(눈에 보이지 않을 만큼 작은 입자들이 모여 만든 고유한 미세 무늬)’을 이용해 간단한 빛만으로 진위를 확인할 수 있는 새로운 보안 원천기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

KAIST와 성균관대 연구팀. 왼쪽부터 KAIST 김상욱 교수와 양건국 박사. 위 동그라미 사진은 왼쪽부터 성균관대학교 권석준 교수와 임성균 박사과정생.(사진=KAIST)

연구팀은 머리카락 굵기의 수만~수십만분의 1 정도인 수백 nm 크기의 둥근 입자들을 물 위에서 스스로 모이게 했다. 이 과정에서 입자들이 모이는 위치와 방향이 매번 달라 서로 다른 무늬가 자연스럽게 만들어지는 패턴이 핵심이다. 작은 알갱이를 바닥에 뿌릴 때마다 서로 다른 모양으로 놓이는 것과 비슷하다.

황사무엘 석사과정생은 "같은 알갱이를 같은 방법으로 다시 뿌려도 이전과 완전히 똑같은 위치와 방향으로 놓이기는 어렵다"며 "연구팀은 이렇게 우연히 만들어진 나노 입자의 배열을 제품을 구별하는 고유한 ‘나노 지문’으로 활용했다"고 설명했다.

황사무엘 석사과정생에 따르면, 나노패턴을 형성한 뒤 백색 LED를 입사하면, 이 빛이 통과하면서 회절패턴이 발생한다. 이때 나타나는 패턴의 경우의 수가 10의 20승개다. 또 542nm 파장의 그린레이저를 입사했을 때 패턴이 나타나는 경우의 수가 10의 164승개다. 이걸 합칠 경우 10의 184승 개의 경우의 수가 생기는 것.

패턴이 만들어지는 경우는 거의 무한대 수준이라는 것이 연구팀 설명이다.

이 같이 이 기술은 복제도 어렵지만, 패턴을 읽는 방법이 의외로 간단하다.

스마트폰 손전등처럼 일반적인 빛을 비추면 나노 입자가 놓인 방식에 따라 고유한 색과 반사 무늬가 나타난다. 레이저 포인터를 비추면 빛이 미세한 입자 구조를 만나 여러 방향으로 퍼지면서 또 다른 고유한 빛의 무늬가 나타난다.

다결정 콜로이드 자기조립 및 PUF 인증 방식 모식도.(그림=KAIST)

연구팀은 제품마다 이렇게 나타나는 두 가지 빛의 무늬를 미리 등록해 두고, 실제 제품에서 나타나는 무늬와 비교해 진위를 확인할 수 있다고 부연 설명했다.

연구팀은 이 나노 구조를 유연한 플라스틱과 금속, 투명 필름, 하이드로겔(물을 많이 머금을 수 있는 부드러운 젤 형태의 소재) 등 다양한 표면에 옮겨 붙이는 데도 성공했다.

이에 따라 전자제품과 사물인터넷(IoT) 기기에 각각 고유한 ‘하드웨어 신분증’을 부여해 정품 여부를 인증하거나, 명품·미술품·의약품 등의 진위를 확인하는 위조 방지 라벨로 활용할 수 있을 것으로 기대됐다.

투명 필름에도 적용할 수 있어 제품의 디자인이나 외관을 가리지 않는 보안 스티커로도 발전할 가능성이 있다.

김상욱 교수는 전화통화에서 "백색 LED는 핸드폰 손전등과 같은 파장이고, 레이저 포인트는 542nm 그린레이저 파장을 의미한다"며 "이들 두 종류의 빛을 비춰 진위를 확인한다"고 말했다.

상용화와 관련해서 김 교수는 또 "기초연구를 통해 원천특허를 확보했다"며 "수요처가 발굴되면, 실용화가 매우 기대되는 기술"이라고 덧붙였다.

연구는 양건국 KAIST 신소재공학과 박사와 임성균 성균관대학교 화학공학과 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 7월 23일 자로 온라인 게재됐다.