KR101721168B1

KR101721168B1 - 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법

Info

Publication number: KR101721168B1
Application number: KR1020160115557A
Authority: KR
Inventors: 백정현; 조성준; 정부석; 남대현
Original assignee: 주식회사 이와이엘
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2017-03-31
Also published as: WO2018048052A1

Abstract

본 발명은 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법은, 방사성 동위원소 방출부로부터 알파 입자를 방출하는 단계와, 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하면, 상기 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되어 역방향 전류가 발생하고, 제1커패시터가 그라운드에 연결되어 도통상태가 되어 증폭기 출력이 양의 값을 가지며, 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하지 않거나 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되지 않으면, 제1커패시터가 충전상태를 유지하여 증폭기 출력이 기저상태를 유지하며, 이의 반복형태로 동작하여 펄스가 발생하는 단계와, 발생한 펄스가 피드백 임피던스에 의해 증폭되는 단계를 포함한다.

Description

방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법{METHOD OF OPERATING RANDOM PULSE GENERATOR APPARATUS USING RADIOISOTOPE}

본 발명은 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작방법에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지센서가 브레이크다운 영역이 되어 발생된 펄스를 이용하여 자연 난수를 생성하는 랜덤 펄스 발생 장치에 관한 것이다.

생활 속 사물들을 유무선 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 시스템인 사물인터넷(Internet of Thing)이 보편화 되고 있다. 사물인터넷이란, 인간과 사물, 서비스 세 가지 분산된 환경 요소에 대해 인간의 명시적 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보 처리 등 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망이다.

사물인터넷의 보편화에 따라 보안위협도 높아지고 있으며, 사물인터넷 보안을 위해서는 사물인터넷 기기에서부터 시스템까지 전 구간에 대한 단절 없는 보안이 필요하다. 특히 다양한 기능과 프로토콜을 가진 기기들과 통신해야 하기 때문에 개방형 표준기술을 사용해야 하므로 보안 위협에 훨씬 노출되고 있다.

한편, 소프트웨어 기반의 난수 생성 기술은 리소스를 많이 사용할 뿐 아니라 고도화된 해킹 기술을 이용하면 난수 발생 패턴을 파악할 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 사물인터넷 기기간의 보안을 위해 자연현상의 무작위성에서 난수를 추출하는 자연 난수 또는 진정 난수가 요청되고 있으며, 이는 특정한 패턴이 없고 예측이 불가능한 장점이 있지만, 크기가 크고 매우 비싸며 추출 장치가 필요해 소형화 장치에 적용하기 어려운 문제가 있다.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2015-0011284호 "난수발생에 의한 이모빌라이져 장치 및 그 인증방법"과 등록특허 10-1244853 "난수발생에 의한 사용자 통합 인증방법이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방사성 동위원소의 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하여 자연 난수를 발생하는 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법은, 방사성 동위원소 방출부로부터 알파 입자를 방출하는 단계와, 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하면, 상기 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되어 역방향 전류가 발생하고, 제1커패시터가 그라운드에 연결되어 도통상태가 되어 증폭기 출력이 양의 값을 가지며, 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하지 않거나 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되지 않으면, 제1커패시터가 충전상태를 유지하여 증폭기 출력이 기저상태를 유지하며, 이의 반복형태로 동작하여 펄스가 발생하는 단계와, 발생한 펄스가 피드백 임피던스에 의해 증폭되는 단계를 포함한다.

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본 발명에 의하면, 방사성 동위원소의 자연붕괴 현상을 이용하여 자연 난수를 발생시키거나, 랜덤 신호를 원하는 기기에 적용함으로서 기기간 보안성을 강화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 랜덤 펄스 발생 장치의 크기가 더 작고, 더 얇은 박막형태로 구현될 수 있어 사물인터넷 기기의 보안성 및 경량성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 펄스 발생 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 출력을 나타내는 도면이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법은, 먼저 방사성 동위원소 방출부에서 방사성 동위원소가 붕괴시 발생하는 알파입자를 방출한다(S110). 상기 방사성 동위원소 방출부는 CMOS 이미지센서와 대향하여 배치되거나, 액상 형태로 상기 CMOS 이미지센서 상에 직접적으로 배치되어 적하될 수 있다. 상기 알파입자는 자연적으로 붕괴하는 Am²⁴¹일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니며, 상기 알파 입자는 우라늄의 방사물인 Pb²¹⁰ 동위원소, Cm²⁴⁴ ^,Po²¹⁰중 적어도 하나일 수 있다.

이후에, 방출된 알파입자가 일정한 각도로 상기 CMOS 이미지센서와 충돌한다(S120). 이때, 상기 알파입자는 일정한 각도로 충돌할 수 있고, 예컨대, 90도의 각도로 방출되어 상기 CMOS 이미지센서와 충돌할 수 있다.

이후에, 알파입자와의 충돌에 따라 상기 CMOS 이미지센서가 브레이크다운 영역이 되어 역방향 전류가 발생한다(S130). 상기 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하면, CMOS 이미지센서가 브레이크다운영역이 되어 역방향 전류가 흘러 증폭기에 양의 값이 출력된다. 즉, 상기 알파입자가 상기 CMOS 이미지센서에 충돌을 반복하면서 랜덤한 펄스가 발생할 수 있다. 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하지 않으면, 증폭기의 출력이 기저상태를 유지한다.

이후에, 증폭기를 통해 생성된 펄스의 상승에지를 트리거신호나 이벤트 신호로 사용한다(S140). 즉, 상기 단계를 반복하여 펄스를 생성하고, 상기 알파입자의 방출시간에 기초한 펄스간의 간격을 통해 자연 난수를 생성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 방사성 동위원소 붕괴에 따른 알파 입자를 방출한다.(S210) 상기 알파입자는 자연적으로 붕괴하는 Am²⁴¹일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 상기 알파 입자는 우라늄의 방사물인 Pb²¹⁰ 동위원소, Cm^244,Po²¹⁰중 적어도 하나일 수 있다.

이후에, 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하고(S220), 상기 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되면(S230), CMOS 이미지센서가 브레이크 다운 영역이 되어 역방향 전류가 발생하며(S240), 제1커패시터가 그라운드에 연결되어 증폭기에 양의 값이 출력되어 양의 펄스가 발생한다(S250).

알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하지 않거나 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되지 않으면(S220, S230), 제1커패시터가 충전상태가 되어 펄스가 발생하지 않는다(S270).

이후에, 발생한 펄스가 피드백 임피던스에 의해 증폭된다(S260). 상기 알파입자는 90도의 각도로 방출될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하여 발생한 양의 펄스의 진폭은 일정할 수 있다. 즉, 상기 단계를 반복하여 펄스를 생성하고, 상기 알파입자의 방출시간에 기초한 펄스간의 간격을 통해 자연 난수를 생성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 펄스 발생 장치를 나타내는 회로도이다.

도 3을 참조하면, 랜덤 펄스 발생 장치는 방사성 동위 원소 방출부(10)로부터 알파 입자를 수신하는 CMOS 이미지센서(20), 제1저항(R1), 제2저항(R2), 제1커패시터(C1) 제2커패시터(C2) 및 증폭기를 포함한다. 이때, 방사성 동위원소 방출부(10)는 CMOS 이미지센서(20)와 대향하게 배치되거나, 액상형태로 CMOS 이미지센서(20)에 적하될 수 있다. CMOS 이미지센서(20)는 알파입자를 검출하는 검출부를 포함하는 포토 다이오드가 매트릭스 형태로 배열된 화소 배열부를 포함한다. 방사성 동위원소 방출부(10)가 액상형태로 CMOS 이미지센서(20)에 적하될 경우 상기 검출부 상에 직접적으로 배치될 수 있다.

알파입자가 CMOS 이미지센서(20)에 충돌되기 전 상태는 전원이 제1커패시터(C1)가 충전상태를 유지하여 증폭기의 출력이 기저상태를 유지한다.

알파입자가 CMOS 이미지센서(20)에 충돌하면, CMOS 이미지센서(20)가 브레이크다운영역이 되어 역방향 전류가 흐르면서 제1커패시터(C1)에 그라운드가 연결된다. 즉 캐소드에서 애노드로 전류가 흘러 역방향 전류가 발생한다. 알파입자가 CMOS 이미지센서(20)에 충돌하면 제1커패시터(C1)에 충전된 전하가 그라운드로 빠져나가 준위가 0으로 되며, 증폭기에 양의 값이 출력된다. 즉, 알파입자가 CMOS 이미지센서(20)에 충돌을 반복하면서 랜덤한 펄스가 발생할 수 있다.

제2저항(R2)과 제2커패시터(C2)는 피드백 임피던스로 동작하여 증폭값을 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 출력을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 실시예에 따른 알파입자가 충돌하는 구간(t1-t2, t3-t4, t5-t6, t7-t8, t9-t10)은 동일한 진폭의 펄스를 출력할 수 있다. 알파입자가 충돌하지 않거나 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되지 않는 구간(t2-t3, t4-t5, t6-t7, t8-t9)은 출력이 0일 수 있다. 상기 펄스는 구형파형태일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 알파입자가 충돌하지 않는 구간(t2-t3, t4-t5, t6-t7, t8-t9)을 카운트하여 랜덤 펄스를 생성할 수 있다. 즉, 알파입자의 방출시간에 상응하여 랜덤 펄스를 생성할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10; 방사성 동위원소 방출부
20; CMOS 이미지센서

Claims

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(a) 방사성 동위원소 방출부로부터 알파 입자를 방출하는 단계;
(b) 알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하면, 상기 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되어 역방향 전류가 발생하고, 제1커패시터가 그라운드에 연결되어 도통상태가 되어 양의 펄스가 발생하고,
알파입자가 CMOS 이미지센서에 충돌하지 않거나 CMOS 이미지센서가 브레이크다운되지 않으면, 제1커패시터가 도통되지 않고 출력값이 기저상태로 유지되며, 이의 반복형태로 동작하여 펄스가 발생하는 단계;
(c) 발생한 펄스가 피드백 임피던스에 의해 증폭되는 단계를 포함하는 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법.
제4항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 알파입자는 90도의 각도로 방출되거나 액상형태로 CMOS 이미지센서에 적하되는 것을 특징으로 하는 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법.
제4항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 제1커패시터에 전원이 인가되어 발생하는 펄스의 진폭은 일정한 것을 특징으로 하는 방사성 동위원소를 이용한 랜덤 펄스 발생 장치의 동작 방법.