박별리 교수 연구팀, 광음향 영상 기반 하드웨어 보안 소자 기술 개발

- 웨어러블 보안·차세대 인증 플랫폼 응용 기대

- 빛과 소리를 결합한 물리적 복제방지 기술로 AI 기반 공격도 방어

생명물리학과 박별리 교수 연구팀이 한양대학교 유호천 교수 연구팀과 공동으로 광음향(Photoacoustic) 영상 기술을 기반으로 한 새로운 보안 소자 ‘광음향 기반 물리적 복제방지장치(Photoacoustic Physically Unclonable Function, PA-PUF)’를 개발했다고 밝혔다.

PUF(Physically Unclonable Function)는 재료 및 제조 공정에서 발생하는 무작위적 불균일성을 활용해 복제가 불가능한 고유 암호 키를 생성하는 기술로, 차세대 하드웨어 보안의 핵심 요소다. 그러나 기존 전자식 PUF는 복잡한 전극 기반 구조와 대면적 적용의 한계, 인공지능 기반 공격에 취약한 문제가 있었다.

박 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 CuO와 SnO₂ 나노입자를 혼합한 나노복합체에 펄스 레이저를 조사하여 생성되는 광음향 신호를 고유 암호 키로 변환하는 방식을 제안했다. 광음향 영상은 짧은 빛 펄스가 물질에 흡수되며 발생하는 초음파 신호를 영상화한 기술로, 높은 해상도와 빠른 속도로 물질의 광학 특성을 정밀하게 분석할 수 있다.

▲ (a) 광음향 효과를 이용한 PUF 소자. 

(b) 나노입자 복합체의 주사전자 현미경 이미지 및 성분 분포. 

(c) 나노복합체 표면에서의 무작위 광음향 신호 패턴 형성 및 측정 과정 모식도. 

(d) 광음향 신호로부터 구성된 보안 패턴. 

(e) 유연 PA-PUF 라벨 및 다양한 표면에서의 부착 활용 예시

연구팀은 해당 기술을 통해 초당 약 10⁴ pixels의 속도로 3×3㎟ 대면적에서 고해상도 광음향 영상을 획득하고, 이를 기반으로 250×250 크기의 고밀도 암호 키를 생성하였다. 특히, 전극이나 회로 없이도 곡면, 유연 기판, 심지어 피부 위에서도 안정적으로 동작하는 보안 소자를 구현함으로써 웨어러블 보안 기술의 새로운 가능성을 제시했다.

성능 측면에서도 10개의 소자에서 이상적인 비트 균일도, 기기간 해밍거리, 엔트로피 등 보안 지표를 모두 충족했으며, 로지스틱 회귀, SVM, CNN 등 AI 기반 머신러닝 공격에 대해서도 높은 저항성을 확인했다. 손등에 소자를 부착한 상태에서도 체온 변화, 움직임, 환경 소음 등 다양한 조건에서도 95% 이상의 일치도를 유지하며 작동하는 것을 실험적으로 입증하였다.

박별리 교수는 “이번 연구는 광음향 영상기술을 PUF에 처음 도입한 사례로, 보안 기술의 새로운 패러다임을 연다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다. 공동연구자인 유호천 교수는 “빛을 소리로 바꾸는 물리적 경로를 기반으로 유연하고 착용 가능한 차세대 보안 플랫폼을 구현한 최초의 성과”라며, “향후 웨어러블 인증, IoT 보안 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, BK21 FOUR 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 국제 학술지 Nature Communications에 2025년 8월 8일자로 게재되었다.

※ 논문명: Light in, sound keys out: photoacoustic PUFs from stochastic nanocomposites

※ 학술지: Nature Communications

※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-025-62747-1