KR102037667B1

KR102037667B1 - 난수생성장치 및 그 생성방법

Info

Publication number: KR102037667B1
Application number: KR1020190051232A
Authority: KR
Inventors: 천성우; 박경근
Original assignee: 주식회사 피에스디엘
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2019-11-26
Also published as: WO2020222374A1; CN113574501A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치는, 대상체의 표면 거칠기에 기반하여, 상기 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성부 및 상기 전기 신호 생성부에서 생성된 전기 신호에 기반하여, 난수(random number)를 생성하는 난수 생성부를 포함할 수 있다.

Description

난수생성장치 및 그 생성방법{Random Number Generating Apparatus and the Generating Method thereof}

본 발명은 난수생성장치 및 그 생성방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는 공간의 무질서한 거칠기를 기반으로 난수를 생성하는 난수생성장치 및 그 생성방법에 관련된 것이다.

개인의 보안은 날이 갈수록 중요해지고 있다. 개개인의 일상생활의 기본 정보는 휴대용 전자기기에 저장되어 있으며, 고지서 등을 웹 메일을 통하여 받아보고 있으며, 공인인증서를 통하여 중요 개인 정보에 접근하며, OTP를 통하여 계좌의 돈을 입·출금하고 있기 때문이다.

4차 산업 시대에 진입함에 있어, 보안의 중요성은 더 커질 것으로 전망된다. 그렇기에 보안의 핵심적인 요소인 난수의 중요성도 커지고 있다. 위키백과에 따르면, 난수(예측할 수 없는 무작위의 수 배열; random number)란 정의된 범위 내에서 무작위로 추출된 수를 일컬으며, 난수는 누구라도 그 다음에 나올 값을 확신할 수 없어야 한다.

통신에 있어서 보안성은 중요한 요소이며, 4차 산업 시대에는 기기 간 통신(Internet of Things)이 획기적으로 증가할 것으로 예상되기 때문에, 과거에 비해 난수의 필요성이 큰 폭으로 증가할 것으로 예상되고 있다.

보안 시스템의 보안체계를 유지하기 위해서는 난수가 반드시 필요하며, 지금까지는 컴퓨터 소프트웨어가 발생시키는 의사(가짜) 난수를 이용하여 보안체계를 구축하였다. 이러한 의사 난수 방식은 난수를 매우 쉽게 초고속으로 생성할 수 있다는 장점 때문에 대부분의 난수 생성 장치 및 시스템에 도입되어 왔다.

그러나, 의사 난수로 설정된 보안 체계는 컴퓨터 성능의 급격한 발전(예를 들어 슈퍼컴퓨터의 등장 등)으로 가까운 미래에는 생성된 난수를 외부에서 예측 및 검열이 용이해짐으로서 쉽게 해킹 당할 수 있다는 단점을 가지고 있다.

이러한 한계를 극복하고 4차 산업 시대의 보안을 위하여, 최근 전 세계 연구·개발자들은 누구도 예측할 수 없는 물리적인 현상들에서 난수를 생성하기 위한 물리(진짜) 난수 발생 장치의 개발을 지속적으로 수행하고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 무질서한 표면 거칠기를 기반으로 난수를 생성하는 난수생성장치 및 그 생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 우수한 보안성을 가지는 난수를 생성하는 난수생성장치 및 그 생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 이동성을 가지는 난수생성장치 및 그 생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 빠른 속도로 난수를 생성하는 난수생성장치 및 그 생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 질적 완성도가 우수한 난수를 생성하는 난수생성장치 및 그 생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 기술적 과제에 제한되지 아니한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치는, 대상체의 표면 거칠기에 기반하여, 상기 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성부; 및 상기 전기 신호 생성부에서 생성된 전기 신호에 기반하여, 난수(random number)를 생성하는 난수 생성부를 포함하여 이루어질 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호 생성부는, 상기 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 접촉식 입력에 따라 서로 다른 전기 신호를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호 생성부는, 상기 접촉식 입력의 스트로크 방향(stroke direction)에 따라 서로 다른 전기 신호를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호 생성부는, 상기 대상체의 접촉 압력에 서로 다른 전기 신호를 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호 생성부는, 휴대 가능할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호 생성부는, 상기 대상체의 접촉 입력에 따라 변형을 일으키는 다수의 필러가 마련되며, 유연성을 가지는 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 가변 저항층으로 이루어진 적어도 하나의 표면 거칠기 센서를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 필러가 변형하는 경우, 상기 가변 저항층의 저항이 감소할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 표면 거칠기 센서는, 상기 전기 신호 생성부의 면 방향을 따라 어레이로 마련될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호 생성부는, 대상 면을 향하여 광을 발광하는 발광부 및 상기 발광된 광이 상기 대상 면에 의하여 반사된 광을 수광하는 수광부로 이루어진 표면 거칠기 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법은, 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성 단계; 및 상기 전기 신호 생성부에서 생성된 전기 신호에 기반하여 난수를 생성하는 난수 생성 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법은, 무질서한 표면 거칠기를 기반으로 난수를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법에 따라 생성된 난수는 우수한 보안성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치는 휴대성 및/또는 이동성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법은, 고속(1Gbps 이상의 속도)으로 난수를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법은, 양질의 난수를 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 에에 따른 난수생성장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 신호 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법을 설명하기 위한 구체적인 도면이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치의 제작 예 및 사용 예를 도시한다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 변형 예에 따른 전기 신호 생성부를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치는, 무질서한 표면의 거칠기에 기반하여, 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성부(110)를 포함할 수 있다.

상기 전기 신호 생성부(110)는 대상체와 접촉식 또는 비-접촉식으로 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 여기서 표면 거칠기라 함은, 전기 신호 생성부(110)에 마련된 표면의 거칠기 및/또는 대상체 자체의 표면 거칠기 중 적어도 하나를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

상기 전기 신호 생성부(110)가 접촉식 전기 신호 생성부인 경우, 표면의 거칠기 뿐 아니라, 접촉 압력, 스트로크 방향을 더 고려하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 물리적인 접촉이 동일한 압력으로 이루어진다고 하더라도 표면 거칠기가 다른 대상체는 서로 다른 전기 신호 생성을 야기할 수 있다. 다른 예를 들어, 표면 거칠기가 같은 대상체의 접촉이 이루어졌다고 하더라도 접촉 압력에 따라, 서로 다른 전기 신호 생성을 야기할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 동일한 표면 거칠기를 가진 대상체에 의하여 동일한 압력으로 접촉이 이루어졌다고 하더라도 스트로크 방향에 따라, 서로 다른 전기 신호 생성을 야기할 수 있다. 여기서 스트로크 방향이라 함은, 접촉 시작 시점에서 접촉 종료 시점까지의 접촉 방향의 변화를 의미할 수 있다.

상기 난수 생성부(180)는 상기 전기 신호 생성부(110)에서 생성된 전기 신호에 기반하여, 난수를 생성할 수 있다. 즉, 상기 난수 생성부(180)는 상기 전기 신호 생성부(110)에서 무질서한 표면 거칠기에 기반하여 생성된 무질서한 전기 신호를, 난수로 변환할 수 있는 것이다.

이하 각 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 에에 따른 난수생성장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 신호 생성부를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 신호 생성부(110)는, 표면 거칠기 센서(120)들의 어레이로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 표면 거칠기 센서(120)는 X 방향으로 4개, Y 방향으로 4개 배열될 수 있다. 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 어레이의 방향 및 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 이하에서, 설명의 편의를 위하여 도 2의 A로 표시된 영역의 표면 거칠기 센서를 상정하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 표면 거칠기 센서(120)는 대상체와 접촉식으로 표면 거칠기를 측정하는 센서를 의미할 수 있다. 보다 구체적인 설명을 위하여, 도 3을 참조하면, 상기 표면 거칠기 센서(120)는 제1 기판(130), 가변 저항층(132), 제2 기판(140) 및 필러(142) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 설명하기로 한다.

상기 제1 기판(130)은 지지 기판의 기능을 수행할 수 있다. 상기 제1 기판(130)은 리지드한 소재로 이루어질 수도 있고, 유연한 소재로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(130)은 Polyethylene terephthalate (PET)으로 이루어질 수도 있고, Polydimethylsiloxane (PDMS)로 이루어질 수도 있다.

상기 제1 기판(130) 상에는 가변 저항층(132)이 마련될 수 있다.

상기 가변 저항층(132)은 가해지는 압력에 따라 저항이 가변하는 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 가변 저항층(132)은 소정의 공극(void)을 포함하는 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 대상체의 접촉 압력이 인가되는 경우 공극이 줄어들고 전도성 소재 간의 접촉 면적이 증가하므로 가변 저항층(132)의 저항이 감소할 수 있다. 이를 위하여, 상기 가변 저항층(132)은 그래핀으로 이루어질 수 있다.

상기 가변 저항층(132) 상에는 제2 기판(140)이 마련될 수 있다. 상기 제2 기판(140) 상에는 다수의 필러(142)가 마련될 수 있다. 즉, 도 3의 Z 축 방향으로 제1 기판(130), 가변 저항층(132), 제2 기판(140) 및 필러(142) 순서대로 적층될 수 있다.

상기 필러(142)는 마이크로 또는 나노 단위의 폭을 가질 수 있으며, 상기 제2 기판(140)의 표면으로부터, Z 축 방향으로 소정 높이 돌출된 형상을 가질 수 있다. 상기 필러(142)는 대상체의 접촉이 있는 경우, 대상체의 표면 거칠기, 접촉 압력, 스트로크 방향 중 어느 한 인자에 따라 물리적으로 변형할 수 있다. 이를 위하여, 상기 필러(142)는 소정의 탄성을 가지는 소재 예를 들어, PET, PDMS 중 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어질 수 있다.

일 예에 따르면 상기 필러(142) 간의 간격은 수 마이크로미터 예를 들어, 1um 일 수 있다. 상기 필러(142) 간의 간격이 좁을수록 분해능이 향상될 수 있다.

일 예에 따르면, 상기 필러(142)는 상기 제2 기판(140)과 일체로 형성될 수 있다.

상기 제2 기판(140)은 상기 필러(142)의 물리적인 변형에 연동하여 같이 변형할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제2 기판(140)도 PET, PDMS 중 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제2 기판(140)이 물리적으로 변형하는 경우, 상기 제1 기판(130)과 상기 제2 기판(140) 사이에 마련된 가변 저항층(132)도 변형할 수 있다. 즉, 대상체의 접촉 입력은, 필러(142), 제2 기판(140)을 거쳐 가변 저항층(132)으로 전달되며, 이에 따라, 가변 저항층(132)의 저항이 변할 수 있는 것이다.

일 예에 따르면, 상기 필러(142)는 상기 제2 기판(140) 상에 복수 개 마련되되, 개개의 탄성 계수가 다르도록 폭, 높이 및/또는 형상이 설정될 수 있다. 예를 들어, X 축 방향으로 갈수록 필러(142)의 폭이 두꺼워질 수 있다. 이로써, 같은 표면 거칠기 및 같은 접촉 압력을 가지는 접촉 입력이 있는 경우에도, 가변 저항층(132)의 저항은 서로 달라질 수 있다.

상기 가변 저항층(132)의 저항 변화는 라우터(122) 및 라우터(122)에 연결된 전극(124)에 의하여 측정될 수 있다. 보다 구체적인 설명을 위하여 도 2 및 도 4를 참조하면, 가변 저항층(132)과 동일한 레벨에 라우터(122) 및 전극(124)이 마련될 수 있다. 상기 라우터(122)의 일 단은 상기 가변 저항층(132)의 양 단에 전기적으로 연결되어 마련될 수 있고, 상기 라우터(122)의 타 단은 상기 전극(124)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 전극(124)을 통하여 대상체의 접촉 입력에 따른 가변 저항층(132)의 저항 변화가 측정될 수 있는 것이다.

일 예에 따르면, 상기 라우터(122) 및 상기 전극(124)도 그래핀으로 이루어질 수 있다. 다만 상기 라우터(122) 및 상기 전극(124)은 상기 가변 저항층(132) 보다 높은 전도성을 가질 수 있도록, 폭, 두께, 그래핀 농도가 제어될 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 신호 생성부(110)의 구조를 설명하였다. 도 2의 A로 표기된 전기 신호 생성부(110)를 상정하여 설명하였으나, 도 2의 나머지 15개 전기 신호 생성부(110)도 대응하는 구조를 가질 수 있음은 물론이다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 16개의 전기 신호 생성부(110)들이 중심부에 마련되고, 테두리 부분에 각각의 전기 신호 생성부(110)와 전기적으로 연결된 전극들이 마련될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 신호 생성부(110)의 제조방법이 설명된다.

먼저 제1 기판(130)이 준비될 수 있다. 상기 제1 기판(130) 상에, 라우터(122) 및 전극(124)의 형상에 대응하는 개구가 형성된 제1 마스크가 위치될 수 있다. 또한, DMF(dimethylformamide) 용매에 용해된 제1 그래핀 용액이 준비될 수 있다. 상기 준비된 제1 그래핀 용액은 상기 제1 마스크를 통하여 라우터 및 전극 위치에 스프레이 코팅될 수 있다. 이후, 상기 제1 기판(130) 상에 가변 저항층(132)의 형상에 대응하는 개구가 형성된 마스크가 위치될 수 있다. 상기 준비된 제2 그래핀 용액은 상기 제2 마스크를 통하여 가변 저항층 위치에 스프레이 코팅될 수 있다. 이로써, 라우터(122), 전극(124), 가변 저항층(132)가 형성될 수 있다.

한편 제2 기판(140)이 준비될 수 있다. 상기 제2 기판(140) 상에는 다수의 마이크로 필러(142)가 형성될 수 있다. 상기 제2 기판(140)이 PET로 이루어진 경우, 식각 공정을 통하여 상기 제2 기판(140)의 일 면에 필러(142)가 형성될 수 있다. 이와 달리, 제2 기판(140)이 고 유연성을 가지는 PDMS로 이루어진 경우, 몰딩(molding) 공정을 통해, 제2 기판(140)의 일 면에 필러(142)가 형성될 수 있다.

상기 준비된 제2 기판(140)은, 상기 필러(142)가 외부로 노출되도록, 상기 라우터(122), 전극(124), 가변 저항층(132)가 형성된 제1 기판(130)에 결합될 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 신호 생성부(110)를 설명하였다. 이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수 생성부(180)를 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수 생성부를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 난수 생성부(180)는, 상기 전기 신호 생성부(110)에서 대상체의 표면 거칠기에 기반한 저항 변화 값을 통하여 난수를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 상기 난수 생성부(180)는 전처리부(182), 컨버터(184), 신호 처리부(186) 및 난수 생성기(188) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 전처리부(182)는 상기 전기 신호 생성부(110)로부터 저항 변화 값을 획득하고, 노이즈를 제거할 수 있다. 또한 상기 전처리부(182)는 예를 들어, Y 축의 저항 범위를 지정하고, 이를 평준화할 수 있다.

상기 컨버터(184)는 상기 전처리부(182)의 아날로그 결과 값을 디지털화할 수 있다.

상기 신호 처리부(186)은 상기 컨버터(184)로부터의 디지털 값 중 LSB(least significant bit)를 생성할 수 있다.

상기 난수 생성기(188)는 상기 신호 처리부(186)로부터의 결과 값에 기반하여 난수(RN)을 생성할 수 있다. 상기 난수 생성기(188)는 미리 정해진 난수 생성 알고리즘에 따라 난수(RN)을 생성할 수 있다.

이상, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치(100)를 설명하였다. 이하 도 6 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법을 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법이 상술한 난수생성장치(100)에 의하여 구현될 수 있음은 물론이다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법을 설명하기 위한 구체적인 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법은 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성 단계(S110); 및 상기 전기 신호 생성부에서 생성된 전기 신호에 기반하여 난수를 생성하는 난수 생성 단계(S120)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 상술하기로 한다.

단계 S110

상기 표면 거칠기 센서(120)로 소정의 대상체가 접촉할 수 있다. 소정의 대상체는 그 대상에 제한은 없으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 손가락과 펜을 상정하기로 한다.

도 7을 참조하면, 손가락인 대상체(Obj1)이 T1 방향으로 표면 거칠기 센서(120)와 접촉하려고 할 수 있다. 대상체의 접촉 입력 전의 가변 저항층(132)의 두께는 초기 두께인 D1일 수 있다. 예를 들어, 난수 생성부(180)는 주기적으로 상기 가변 저항층(132)과 전기적으로 연결된 전극(124)를 통하여 상기 가변 저항층(132)의 저항 변화 값을 획득할 수 있다. 상기 가변 저항층(132)의 두께가 D1 인 경우, 상기 가변 저항층(132)의 저항은 최대 값일 수 있다.

이 후 도 8을 참조하면, 손가락인 대상체(Obj1)가 소정의 필러(142)를 누름 접촉할 수 있다. 이에 따라 필러(142)가 물리적으로 변형하게 되고, 상기 필러(142)의 변형은 상기 제2 기판(140)의 국부적인 변형을 야기하고, 제2 기판(140)의 변형에 의하여 가변 저항층(132)의 두께가 D1에서 D2로 변형할 수 있다. 이에 따라 그래핀의 공극이 줄어드는 대신 전기적 경로가 증가하므로 가변 저항층(132)의 저항이 감소할 수 있다. 이 때, 손가락인 대상체(Obj1)가 누름 접촉하는 접촉 압력이 변하는 경우, 가변 저항층(132)의 두께는 그에 상응하여 가변할 수 있다. 이에 따라, 상기 난수 생성부(180)는 저항 변화를 인식하여, 그에 상응하는 난수를 새로이 생성할 수 있는 것이다.

참고로, 도 8에서는 손가락인 대상체(Obj1)에 의하여 4개의 필러(142)가 형상 변화한 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 필러(142) 간의 간격이 1um이고 그 폭이 수 마이크로미터 사이즈인 경우, 1mm² 면적의 대상체(Obj1)에 의하여 수 만개의 필러(142)가 변형할 수 있음은 물론이다. 이 때, 1mm² 면적의 표면 거칠기에 상응하는 지문의 형상 및 깊이에 의하여, 변형하는 필러(142)의 수 및 필러(142)의 변형 정도가 달라질 수 있음은 물론이다.

한편, 도 9를 참조하면, 손가락과 다른 표면 거칠기를 가지는, 펜인 대상체 (Obj2)이 T2 방향으로 표면 거칠기 센서(120)와 접촉하려고 할 수 있다. 대상체의 접촉 입력 전의 가변 저항층(132)의 두께는 다시 초기 두께인 D1일 수 있다.

이 후 도 10을 참조하면, 펜인 대상체(Obj2)가 소정의 필러(142)를 누름 접촉할 수 있다. 이에 따라 필러(142)가 물리적으로 변형하게 되고, 상기 필러(142)의 변형은 상기 제2 기판(140)의 국부적인 변형을 야기하고, 제2 기판(140)의 변형에 의하여 가변 저항층(132)의 두께가 D1에서 D3로 변형할 수 있다. 이 때, 가변 저항층(132)의 두께 변화 정도는 손가락인 대상체보다 클 수 있다. 이에 따라, 펜으로 손가락과 동일한 누림 접촉 압력으로 필러(142)를 접촉하는 경우라 하더라도, 가변 저항층(132)의 저항 감소 정도는 다를 수 있다. 이들의 표면 거칠기 등이 다르기 때문이다. 따라서, 어떤 대상체로 필러를 누름 접촉하는지에 따라 서로 다른 난수가 생성될 수 있는 것이다.

한편, 도 11을 참조하면, 손가락인 대상체 (Obj1)이 필러(142)를 누름 접촉한 상태에서 T3 방향으로 스트로크할 수 있다. 이해의 편의를 위하여 도 12를 참조하면, T3a에서 시작하여 T3b까지 스트로크할 수 있는 것이다. 이 경우, T3a에서 T3b에 대응하는 각각의 표면 거칠기 센서에서 저항 변화가 유도될 수 있다. 이에 따라 난수 생성부(180)는 각각의 표면 거칠기 센서 중 특정 표면 거칠기 센서를 선정할 수 도 있고, 이들 표면 거칠기 센서에서 측정된 저항의 조합을 통하여 난수를 생성할 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성방법을 설명하였다. 이하, 도 13 내지 도 17을 참조하여 제작 예 및 사용 예를 설명하기로 한다.

도 13 내지 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치의 제작 예 및 사용 예를 도시한다.

도 13은 제작한 필러(142) 사진을 도시한다. 스케일은 200um이다. 도 13에 도시된 바와 같이 마이크로 사이즈의 필러가 형성됨을 확인할 수 있다.

도 14는 제조된 난수생성장치 사진을 도시한다. 도시한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 난수생성장치는 16개의 표면 거칠기 센서가 마련된 경우에도, 한 손으로 파지할 수 있을 정도로 작은 크기를 가지며, 유연성을 가짐을 확인할 수 있다. 이에 따라 일 실시 예에 따른 난수생성장치는 휴대가 가능한 것으로 볼 수 있다.

도 15는 임의의 대상체의 표면 거칠기를 보여주는 사진이고, 도 16은 도 15에 도시된 대상체를 통하여 필러 표면을 접촉한 경우 나타나는 전극에서의 전압 변화를 보여주고, 도 17은 도 16에 도시된 저항 변화에 기반하여 난수 생성부(180)에서 생성한 난수를 도시한다(흑색=1, 백색=0)

이상 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법에 따르면, 대상체가 가지는 고유의 표면 거칠기에 기반하여 난수가 생성될 수 있다. 또한, 대상체가 필러를 접촉하는 압력, 스트로크 방향 나아가, 필러 및 기판의 탄성 계수까지도 가변 저항층의 저항 변화에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 사용자가 생성하는 난수는 우수한 보안성을 가질 수 있다. 왜냐하면, 사용자가 사용할 대상체의 표면 거칠기, 접촉 압력, 스트로크 방향, 필러 및 기판의 탄성 계수까지도 모두 해킹할 수는 없기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치는 우수한 보안성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법에 따르면, 시간 보다는 공간에 의존하여 난수를 생성할 수 있다. 만약 시간에만 의존하여 난수를 생성하다면, 난수의 질 또는 양을 늘리기 위해서는 시간이 더 투여될 수 밖에 없다. 그러나, 일 실시 예에 따르면, 무질서한 표면 거칠기라는 공간에 의존하기 때문에, 난수의 질 또는 양을 늘리기 위해서는, 공간의 표면 거칠기를 측정하는 센서를 늘리는 것으로 해결할 수 있다. 즉, 난수의 생성 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 앞서 제작 예에서도 도시된 바와 같이, 휴대성가 가능하다는 이점이 유지될 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법은, 표면 거칠기에 기반하기 때문에, 장치의 구현이 간이해질 수 있다. 이에 반해, 종래의 양자 기술 기반의 난수생성은, 장치의 구현이 복잡하고 부피가 상당히 크다는 점에서, 휴대성 및 이동성이 거의 없는 정도였다. 이에 반해, 일 실시 예에 따른 난수생성장치는, 다른 기술과 달리, 4차 산업 혁명의 중심에 위치하는 스마트폰과 같은 휴대성 기기에 장착될 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 난수생성장치 및 난수생성방법에 대하여 설명하였다. 전기 신호 생성부가 접촉식 표면 거칠기 센서를 포함하는 것을 상정하였으나, 이하에서는 비 접촉식 표면 거칠기 센서를 포함한다는 점에서 차이가 있다. 이하 대별되는 구성을 중심으로 설명하기로 한다.

도 18 내지 도 20은 본 발명의 변형 예에 따른 전기 신호 생성부를 설명하기 위한 도면이다.

도 18을 참조하면, 변형 에에 따른 표면 거칠기 센서(150), 발광부(152) 및 수광부(154)를 포함하여 이루어질 수 있다. 발광부(152)는 대상 면(Obj3)을 향하여 출사 광(L1)을 제공하고, 수광부(154)는 대상 면(Obj3)에서 반사된 반사 광(L2)를 수광할 수 있다.

대상 면(Obj3)의 일 부분인 C를 확대하면, 거시적으로 매끈한 표면이라 하더라도 미시적으로는 요철을 가지는 표면일 수 있다. 이에 따라, 수광부(154)에서는 표면 거칠기에 상응하는 양의 반사 광(L2)을 수광할 수 있다. 상기 수광부(154)는 반사 광(L2)의 양에 기반하여 표면 거칠기에 기반하여 전기 신호를 생성할 수 있다.

변형 예에 따른 표면 거칠기 센서(150)도 필요에 따라 어레이 형태로 마련될 수 있음은 물론이다.

상기 표면 거칠기 센서(150)에서 생성된 전기 신호는 상술한 난수 생성부(180)로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 난수 생성부(180)는 고유의 난수를 생성할 수 있다.

변형 예에 따른 표면 거칠기 센서(150)는 자동차에 마련될 수 있다.

도 19를 참조하면, 변형 예에 따른 표면 거칠기 센서(150)는 주행 면을 향하도록 자동차의 일 측에 마련될 수 있다.

자동차가 주행(T4)에 따라, 주행 면이 변화하기 때문에, 수광부(154)가 수광하는 반사 광(L2)은 주행 면의 표면 거칠기에 상시적으로 변하게 된다. 이에 따라 난수 생성부(180)는 고유의 난수를 생성할 수 있다.

만약, 자동차가 시동은 걸려 있으나, 정지하고 있다고 하더라도, 자동차는 시동 중에, 고유의 진동을 생성할 수 있다. 따라서, 자동차가 정지한 경우라 하더라도, 자동차 자체에서 생성되는 진동에 의하여, 출사 광(L1)의 지향 각도가 달라지게 된다. 이에 따라 수광부(154)는 표면 거칠기에 따라 가변하는 반사 광(L2)을 수광하게 된다. 따라서, 난수 생성부(180)는 고유의 난수를 생성할 수 있다.

도 20을 참조하면, 도 19에 도시된 표면 거칠기 센서(150)의 다른 변형 예를 확인할 수 있다. 도 19를 참조하여 설명한 표면 거칠기 센서(150)는 자동차의 바닥 면의 일 측에 장착되어, 주행 면의 표면 거칠기를 획득하였다.

이와 달리, 도 20을 도시된 표면 거칠기 센서(150)의 변형 예에 따르면, 자동차 타이어의 일 측 예를 들어 자동차 타이어 접지면 트레드의 홈에 마련될 수 있다. 나아가, 표면 거칠기 센서(150)는 타이어의 원주 방향을 따라 복수 개 마련될 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 표면 거칠기 센서(150)는 접지면의 원주 방향을 따라, 152a1, 152b1, 152c1의 발광부와 154a1, 154b1, 154c1 수광부를 포함할 수 있다. 따라서, 타이어와 주행 면이 접지하는 환경에 무관하게 항시적으로 주행 면의 표면 거칠기가 획득될 수 있다. 나아가, 타이어의 폭 방향으로도 복수 개의 발광부 및 수광부가 마련될 수 있음은 물론이다. 즉, 도 20에 도시된 바와 같이, 타이어의 트레드 홈에는 152a2, 152b2, 152c2의 발광부와 154a2, 154b2, 154c2 수광부가 더 배열될 수 있다.

표면 거칠기 센서(150)가 타이어의 트레드 홈에 마련되기 때문에, 타이어의 회전에 따라 주행 면과의 거리가 최소화된 환경에서, 주행 면의 표면 거칠기 획득이 가능케 될 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 실시 예들은 난수를 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들은 스마트폰에 적용될 수 있으며, 개인의 의료정보가 실시간으로 소통되는 의료기기, 자율주행 자동차, 다양한 IoT 기기, 핀테크 OTP, 블록체인 등에 적용될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims

대상체의 표면 거칠기에 기반하여, 상기 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성부; 및
상기 전기 신호 생성부에서 생성된 전기 신호에 기반하여, 타겟 데이터를 암호화시키기 위한 난수(random number)를 생성하는 난수 생성부를 포함하는, 난수생성장치.
제1 항에 있어서,
상기 전기 신호 생성부는,
상기 대상체의 표면 거칠기에 의존하는 접촉식 입력에 따라 서로 다른 전기 신호를 생성하는, 난수생성장치.
제2 항에 있어서,
상기 전기 신호 생성부는,
상기 접촉식 입력의 스트로크 방향(stroke direction)에 따라 서로 다른 전기 신호를 생성하는, 난수생성장치.
제2 항에 있어서,
상기 전기 신호 생성부는,
상기 대상체의 접촉 압력에 서로 다른 전기 신호를 생성하는, 난수생성장치.
제1 항에 있어서,
상기 전기 신호 생성부는, 휴대 가능한, 난수생성장치.
제1 항에 있어서,
상기 전기 신호 생성부는,
상기 대상체의 접촉 입력에 따라 변형을 일으키는 다수의 필러가 마련되며, 유연성을 가지는 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 마련되는 가변 저항층으로 이루어진 적어도 하나의 표면 거칠기 센서를 포함하는, 난수생성장치.
제6 항에 있어서,
상기 필러가 변형하는 경우, 상기 가변 저항층의 저항이 감소하는, 난수생성장치.
제6 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 표면 거칠기 센서는, 상기 전기 신호 생성부의 면 방향을 따라 어레이로 마련되는, 난수생성장치.
제1 항에 있어서,
상기 전기 신호 생성부는,
대상 면을 향하여 광을 발광하는 발광부 및 상기 발광된 광이 상기 대상 면에 의하여 반사된 광을 수광하는 수광부로 이루어진 표면 거칠기 센서를 포함하는, 난수생성장치.
대상체의 표면 거칠기에 의존하는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성 단계; 및
전기 신호 생성부에서 생성된 전기 신호에 기반하여, 타겟 데이터를 암호화시키기 위한 난수를 생성하는 난수 생성 단계를 포함하는, 난수생성방법.