KR102155691B1 - 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치 - Google Patents

금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법은, 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크(random network)를 생성하는 단계, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계, 및 상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치{PHYSICAL UNCLONABLE FUNCTION APPARATUSES AND MANUFACTURING METHODS BASED ON METAL NANOWIRE RANDOM NETWORK, AND ENCRYPTION APPARATUSES USING THAT}
본 발명은 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치에 관한 것이다.
정보통신기술이 발달함에 따라 정보통신기술을 의료산업, 헬스케어, 원격검침, 스마트홈, 및 스마트카 등 다양한 분야에 접목하는 추세이고, 특히, 다양한 분야에서 사용되는 사물을 네트워크로 연결하여 정보를 공유하는 사물 인터넷(IoT, internet of things) 기술을 사용하고 있는 추세이다.
예를 들어, 의료산업의 경우 사물 기기를 이용하여 환자의 건강 유지에 필요한 건강 정보를 실시간으로 주치의와 공유할 수 있고, 실시간으로 처방 및 대처를 할 수 있다.
그러나 최근에는 각 소스 사물에서 수집된 정보를 목적지 사물로 전송하는 경우, 권한이 없는 사용자가 수집된 정보를 열람하는 보안 사고가 빈번히 발생되고 있으므로, 보안 사고를 해결하기 위한 보안 인증을 사물 인터넷에 적용하여 사용하고 있는 추세이다.
예를 들어, 의료산업의 경우 환자의 생체 신호 정보 및 병명 내역 정보 등 데이터를 수집하는 소스 사물이 목적지 사물로 해당 데이터를 전송하는 경우, 권한이 있는 사용자가 보안 인증을 통해 목적지 사물에서 데이터를 열람할 수 있다.
보안 인증 방법으로는 비휘발성 메모리에 기반하여 인증에 필요한 키(예를 들어, 비밀키(private key), 공개키(public key) 등) 정보를 저장하고, 저장된 키 정보를 이용하여 보안 인증을 수행하는 하드웨어를 이용한 방법이 있다.
그러나 종래의 하드웨어를 이용한 인증 방법은 해커들이 다양한 메모리 읽기 방법을 통해 비휘발성 메모리에 저장되어 있는 키 정보를 유출하는 문제점이 존재하였다.
하드웨어를 이용한 인증 방법의 문제점을 해결하기 위해 최근에 나노물질 기반의 물리적 복제 방지(PUF, physical unclonable function) 회로를 이용하여 물리적으로 복제가 불가능하도록 구현하는 기술이 급부상하고 있다.
나노물질인 나노선(nanowire)은 나노미터 단위의 크기를 갖는 와이어 구조로서 금속성 또는 반도체성을 갖는 소재이고, 반도체, 평판 디스플레이, 배터리, 초강력 섬유, 생체 센서 및 브라운관 등 다양한 장치에 사용되는 소재이다.
그러나 나노선은 성장 과정에서 분자 비대칭성(chirality)을 통제하기 어려워 대면적 집적회로 구현이 어려운 결점이 존재하였다. 이러한 결점을 해결하기 위해 나노선의 성장 상에서 발생되는 결점을 제거 또는 완화시키는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 나노선의 성장 상에서 발생되는 분자 비대칭성을 이용하여 물리적 복제 방지의 고유 특성을 향상시키는 대한민국 등록특허공보 제10-1642649호(2016년07월19일 등록)가 종래 기술에 해당한다.
종래 기술(등록특허공보 제10-1642649호)은 나노선을 이용한 카오스 나노넷 소자 및 PUF 보안 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노선의 분자 비대칭성을 이용하여 보안 인증에 활용되는 나노선을 이용한 카오스 나노넷 소자 및 PUF 보안 장치에 관한 것이다.
종래 기술은 각각의 나노선이 가지는 전도성 차이에 따라 신호 경로(Signal path)의 유무를 결정하는 PUF 소자를 제작하는 방법에 대한 것이다. 해당 기술에서는 유연 기판에 나노선 기반의 랜덤 네트워크(random network)를 형성시킨 후 나노선 상에 선정된 도메인 크기를 갖는 복수의 전극을 포함하는 전극 어레이를 형성한다. 이때 어닐링, 플라즈마 공정 등을 이용해서 금속 나노선의 산소원자 결함농도의 차이를 형성해 전도성의 차이가 생성된다. 예를 들어, 금속성 옥사이드 나노선의 산소원자 결함이 높아지면 전도도가 높아지고, 산소원자 결함이 낮아지면 전도도가 낮아진다. 보다 상세하게는, 금속성 옥사이드 나노선의 산소원자 결함을 채우면 전도도가 낮아져 반도체성을 갖는 나노선이 될 수 있다. 또한 종래 기술은 이러한 나노선 기반의 랜덤 네트워크를 활용한 PUF 보안 소자의 전극 어레이 디자인을 포함한 전반적인 소자의 구조를 포함하고 있다.
종래 기술의 어닐링, 플라즈마 공정 등을 이용해서 금속 나노선의 산소원자 결함 농도에 따른 전도성의 변화를 만드는 것은 점차적인 변화이다. 따라서 하나의 나노선 네트워크에서 명확하게 반도체성과 금속성의 나노선의 2가지로 나누어지는 것이 아닌 애매한 중간 상태의 전선이 존재할 수 있다. 이러한 애매한 상태의 전류는 0과 1로 명확히 구분하기 어렵고 미세한 요동에도 신호가 변환될 수 있다. 이러한 점은 하나의 PUF 소자에서는 동일한 신호에 대해서 동일한 결과를 만들어야 하는 PUF 보안 시스템에서 위험한 요소이다. 또한, 이 기술에서는 금속 나노선 간의 접합부에서 생성되는 매우 큰 저항의 존재를 무시하였다. 각각의 나노선의 경우 반도체성이나 금속성을 띌 수 있지만, 이를 조합했을 때 이러한 각각의 나노선에 의한 효과보다는 그들의 접합부에서의 산화에 의한 효과가 훨씬 크게 나타난다.
대한민국 등록특허공보 제10-1642649호(2016년07월19일 등록)
본 발명의 실시예들은 금속 나노선 간의 접합부에서의 산화에 의한 효과가 나타나는 것을 초기에 레이저 용접(laser welding)을 통해 제거한 부분과 남는 부분이 결과 신호의 무작위성을 유지하면서 두 부분의 전도성 차이를 명확히 하여 1과 0의 차이를 명확히 나타낼 수 있어 보안의 일관성을 높일 수 있는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 유연 기판에서 물리적 복제 방지 기술인 PUF를 구현하여 유연한 PUF 소자를 제작할 수 있는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 금속 나노선 랜덤 네트워크에 레이저 용접을 국부적으로 진행해 신호 경로를 임의적으로 생성할 수 있는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 종래 기술 기반의 분자 비대칭성의 활용을 개선하여 국부적 레이저 용접을 사용하여 신호 경로의 형성을 명확하게 구분할 수 있는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 PUF 보안 소자의 전극 어레이를 제공할 수 있는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치 및 제조 방법과, 이를 이용한 암호화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크(random network)를 생성하는 단계; 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계; 및 상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크에서 상기 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 외부 환경과 격리되도록, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크와 상기 전극이 생성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수를 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 상기 기판을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크를 생성하는 단계; 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계; 상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크상에 전극 어레이 형태로 패터닝된 포토리지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토리지스트층상에 패터닝된 전극 어레이 형태에 따라 전극 물질을 증착하는 단계; 및 상기 증착된 전극 물질 이외의 잔여 포토리지스트를 제거하여 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크에서 상기 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 외부 환경과 격리되도록, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크와 상기 전극이 생성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수를 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 상기 기판을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크를 생성하는 단계; 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계; 상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크상에 전극 물질을 증착하는 단계; 전극 어레이 형태의 포토리지스트층을 형성하는 단계; 상기 증착된 전극 물질에서 상기 형성된 포토리지스트층 하부에 위치한 전극 물질을 제외한 나머지 전극 물질을 에칭하는 단계; 및 상기 형성된 포토리지스트층을 제거하여 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크에서 상기 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 외부 환경과 격리되도록, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크와 상기 전극이 생성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수를 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 상기 기판을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절할 수 있다.
상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 금속 나노선이 무작위로 형성되고, 상기 금속 나노선이 무작위로 형성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역이 레이저 용접되어 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크; 및 복수의 전극으로 이루어지고, 상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크에 생성된 전극 어레이를 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치가 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 암호화 대상인 데이터를 소프트웨어 기반으로 암호화하는 암호화 모듈; 상기 암호화 모듈로부터 상기 데이터의 암호화에 사용되는 키를 전달받고, 임의의 입력 신호인 챌린지(Challenge)를 생성하는 소프트웨어 인증 모듈; 금속 나노선이 무작위로 형성된 기판의 적어도 하나의 영역에 레이저 용접을 수행하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시킨 금속 나노선 랜덤 네트워크에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이가 생성된 물리적 복제방지 보안 장치; 및 상기 암호화된 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리를 포함하고, 상기 물리적 복제방지 보안 장치는, 상기 생성된 챌린지를 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크를 통해 암호화된 신호인 응답(response)으로 변환시키고, 상기 소프트웨어 인증 모듈은 상기 변환시킨 응답을 상기 키와 결합하여 활성화 코드(Activation code)로 변환시키고, 상기 챌린지와 상기 활성화 코드를 상기 비휘발성 메모리에 저장하는, 물리적 복제방지 장치를 이용한 암호화 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 금속 나노선 간의 접합부에서의 산화에 의한 효과가 나타나는 것을 초기에 레이저 용접(laser welding)을 통해 제거한 부분과 남는 부분이 결과 신호의 무작위성을 유지하면서 두 부분의 전도성 차이를 명확히 하여 1과 0의 차이를 명확히 나타낼 수 있어 보안의 일관성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 유연 기판에서 물리적 복제 방지 기술인 PUF를 구현하여 유연한 PUF 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 금속 나노선 랜덤 네트워크에 레이저 용접을 국부적으로 진행해 신호 경로를 임의적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 종래 기술 기반의 분자 비대칭성의 활용을 개선하여 국부적 레이저 용접을 사용하여 신호 경로의 형성을 명확하게 구분할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 PUF 보안 소자의 전극 어레이를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 랜덤 네트워크를 구성하고 있는 금속 나노선 박막에 국부적으로 여러 영역에 레이저 용접을 진행하여 전극 간의 연결이 무작위적으로 생성되는 신호 경로에 의해 결정되는 금속 나노선 기반의 물리적으로 복제가 불가능한 PUF 보안 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상대적으로 저온 공정을 진행하고 또한 전사 공정을 진행할 수 있기에 경질 기판만이 아닌 유연 기판도 사용 가능하기에 유연 보안 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 상기 보안 소자는 어느 정도의 온도 변화가 발생해도 자연적(native) 산화막의 두께가 얇은 것에 기인하여 신호 경로의 유무가 유지되기에 하나의 소자 내에서 동일한 입력에 대하여 일정한 산출 값을 낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크의 접합부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치에 적용할 수 있는 다양한 셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 제조하기 위한 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 리프트-오프 공정을 거쳐 제조하기 위한 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 에칭 공정을 거쳐 제조하기 위한 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 이용한 암호화 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치(100)는, 기판(110), 금속 나노선 랜덤 네트워크(120) 및 전극 어레이(130)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 물리적 복제방지 보안 장치(100)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 물리적 복제방지 보안 장치(100)가 구현될 수 있다.
이하, 도 1의 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
기판(110)은 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)가 형성되는 베이스로서, 경질 기판(110) 또는 유연 기판(110)으로 제조될 수 있다.
금속 나노선 랜덤 네트워크(120)는 기판(110) 상에 금속 나노선이 무작위로 형성되고, 금속 나노선이 무작위로 형성된 기판(110)의 적어도 하나의 임의의 영역이 레이저 용접되어 레이저 용접된 영역(121)에 위치한 금속 나노선들이 무작위로 연결된다.
전극 어레이(130)는 복수의 전극으로 이루어지고, 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에 생성된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에 레이저 용접을 통한 물리적 복제방지(PUF, Physical Unclonable Function) 보안 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)가 배열된 기판(110)의 일부 영역에 국부적으로 레이저 용접 공정을 진행하고, 이후에 복수의 전극 어레이(130)를 배열하여 전극 사이의 금속 나노선 채널의 생성 유무가 무작위적으로 결정되는, 물리적으로 복제가 불가능한 PUF 보안 장치(100) 및 제조 방법에 관한 것이다.
도 2 및 도 3은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크의 접합부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에는 종래의 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 접합부 구조가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 접합부 구조가 도시되어 있다. 종래의 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 접합부는 레이저 용접이 되어 있지 않고, 금속 나노선이 접합부에서의 산화막에 의해 연결되어 있다. 반면, 본 발명의 일 실시예는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에서 입력 전극(131)과 출력 전극(132)을 연결하는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 접합부를 레이저 용접이 되어 있고, 금속 나노선이 레이저 용접을 통해 연결되어 있다. 따라서 종래의 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에서 접합부의 저항 R접합부(산화막)은 R금속 보다 큰 저항 값(R접합부(산화막)>>R금속)을 갖는다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 접합부는 레이저 용접을 통해 거의 0에 가까운 저항 값을 가진다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 금속 나노선 박막 형성 시에 생기는 2가지 문제점을 활용하는 기능을 제작하는 것에 초점을 두고 있다.
첫 번째는 균일한 제작의 문제이다. 금속 나노선의 배향을 원하는 데로 조절하는 것은 전도성을 균일하게 높여서 소자로의 활용을 할 때 중요한 특성이다. 허나 이를 조절하는 것은 어렵고 매우 비용이 들어가는 일이다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 균일한 배향을 가진 금속 나노선 박막을 대신하여 금속 나노선 박막을 생성할 때 자연스럽게 생성되는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 활용한다.
두 번째는 금속 나노선 간의 접합부에서 생기는 문제이다. 일반적으로 금속은 시간이 지나면 자연적으로 산화가 발생하기에 금속 나노선 표면에도 자연적으로 산화막이 생성된다. 허나 금속 나노선 내부에는 금속이 남아있어서 전류가 흐를 통로가 존재하여 나노선 하나의 전도성은 크게 떨어지지 않는다. 허나 이러한 금속 나노선들로 박막을 형성하면, 특히 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)로 생성하면 나노선간의 접합부가 생성된다. 이 부위의 산화는 전류가 흐를 금속 통로를 제거하여 크게 전도성을 떨어뜨린다. 이 때문에 종래 연구들에서는 기판(110) 전체적으로 그래핀에 퍼컬레이션 도핑(percolation doping)을 하거나 PI에 임베딩하는 산화 자체를 막는 연구나, 레이저를 입사하는 방식으로 산화가 생기기 전에 접합부를 하나의 선으로 연결시키는 연구가 진행되었다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 기판(110) 전체적으로 진행되는 방식이 아닌, 국부적으로만 레이저를 입사하여 금속 나노선 간의 접합부가 임의적으로 연결되어 전극 사이의 나노선들에 의한 신호 경로를 임의적으로 생성하는 PUF 보안 장치(100)를 제조한다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예는 기판(110)과 그 기판(110) 위에 형성된 금속 나노선 랜덤 네트워크(120), 및 전극 어레이(130)를 포함한다. 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치(100)에서 하나의 셀의 구조는 경질 또는 유연 소자로 구성된 기판(110), 랜덤 네트워크를 이루는 금속 나노선 박막, 및 복수의 전극으로 만들어진 전극 어레이(130)로 구성된다.
여기서, 기판(110)의 물질은 실리콘(Si), 산화 실리콘(SiO2), 유리(Glass), 폴리이미드(Poly imide), PDMS(Polydimethylsiloxane), PET(Polyethylene terephthalate), 또는 PEN(Polyethylene naphthalate) 등으로 경질 물질 또는 유연 물질일 수 있다. 상기 기판(110)의 물질은 실리콘(Si)과 같은 경질 물질뿐만 아니라 PI, PET와 같은 유연 물질도 가능한데 이는 상대적으로 저온 공정을 진행하고 또한 전사 공정을 진행할 수 있기 때문이다.
금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에서 금속 나노선은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 제작되어진 금속 나노선을 액상에 분산된 상태, 또는 파우더(powder)의 형태로 기판(110) 상에 코팅하거나, 기판(110) 상에서 직접 성장시킬 수 있다. 이때 금속 나노선의 농도와 크기는 다양하게 조절될 수 있다. 금속 나노선들이 무작위로 배치되거나, 배열되는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 형태로 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 박막이 구성될 수 있다.
금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 구조 합성은 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅, 도핑(dopping) 공정 후 스핀 코팅, 또는 시드(seed)에서 직접 성장을 시키는 방법 등을 통해 제작될 수 있다. 또한, 합성 과정에서 추가로 전사 공정이나 여과(filtration) 공정이 진행될 수 있다.
금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에 레이저 용접 공정이 진행될 수 있다. 이때 레이저 용접은 국부적으로 여러 번 진행될 수 있다. 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 접합부에서는 자연적으로 생성된 산화막에 의해 각각의 금속 나노선은 전기적으로 분리되어져 있으나, 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)가 생성되고 기설정된 시간 이내의 초기에 레이저 용접이 진행되면 접합부가 열에 의해 녹아서 연결되게 된다.
레이저 용접 공정에서 국부적인 영역의 크기(초점의 크기)와 영역의 개수는 기판(110)의 크기와 금속 나노선의 농도 등에 따라 조절될 수 있다. 레이저의 세기 및 기판(110)을 스캐닝하는 속도는 상호 보완적으로 조절될 수 있다.
레이저 용접 공정에서 국부적인 영역의 위치는 초기 결정되어져 있거나 제작시마다 무작위하게 변화시킬 수 있다.
전극 어레이(130)에서 금속 전극은 화학적 기상 증착법(CVD, Chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착법(PVD, Physical vapor deposition), e-빔 증착(e-beam evaporation) 공정 등을 통해 증착될 수 있다.
전극 어레이(130)의 구조를 제작하기 위해서 패터닝 공정이 진행될 수 있다. 이때 패터닝 공정으로는 패터닝된 포토리지스트층(140) 위에 금속을 증착하는 리프트-오프(lift-off) 공정 또는 먼저 금속을 증착한 후 포토리소그래피 공정과 에칭 공정을 통해 불필요한 부분을 제거하는 공정이 진행될 수 있다.
추가적으로 본 발명의 일 실시예에서는 채널을 명확하게 설정하기 위한 에칭 공정과 나노선 랜덤 네트워크 형상 유지와 외부 환경 변화에 대해 더 안정한 소자 제작을 위한 절연층 제작 공정이 추가적으로 진행될 수 있다.
금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에의 전극 어레이(130)에서 입력(input) 신호(bit 단위)가 다수의 플립플롭 및 카운터를 통해서 하나의 셀에 전송된다. 그리고 셀 내부의 전극들 간에 신호 경로의 생성 유무에 따라 출력(output) 신호 (bit 단위)가 생성된다. 상기 전극 어레이(130)의 구조에서 입력 신호 (bit 단위)를 다수의 플립플롭 및 카운터를 사용하여 신호를 좌우로 이동시켜서 하나의 셀을 선택하게 한다. 중심부의 전극에 입력 신호를 입력하여 해당 셀 내부의 중심부의 전극을 제외한 다수의 출력 전극(132)에서 출력 신호가 출력된다. 여기서, 출력 전극(132)이 국부적으로 레이저 용접이 된 금속 나노선을 통해 전기적으로 중심부의 전극과 전기적으로 연결되면 1의 출력 신호를 출력하고, 그렇지 않으면 0의 출력 신호를 출력한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치에 적용할 수 있는 다양한 셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전극 어레이(130)의 전극의 수는 입력 전극(131)과 출력 전극(132)이 포함된 2개 이상이다. 전극 어레이(130)의 전극의 수는 전극 어레이 디자인과 추후 데이터 처리를 고려하여 변화 수 있다. 전극 어레이(130)를 연결하는 회로 역시 노어(nor) 또는 낸드 타입 플래시 메모리(nand-type flash memory)의 구조 등 다양하게 선택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 제조하기 위한 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 S101에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 기판(110) 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 생성한다.
단계 S102에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)가 생성된 기판(110)의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 레이저 용접된 영역(121)에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결한다. 여기서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 레이저 용접된 영역(121)의 크기 및 개수를 기판(110)의 크기 또는 금속 나노선의 농도에 따라 조절할 수 있다. 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 기판(110)을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절할 수 있다. 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접할 수 있다. 전극 어레이(130) 구조를 제작하기 위해서는 패터닝 공정이 진행되고 여기에는 패터닝된 포토리지스트층(140) 위에 금속을 증착하는 리프트-오프(lift-off) 공정, 또는 먼저 금속을 증착한 후 포토리소그래피 공정과 에칭 공정을 통해 불필요한 부분을 제거하는 공정이 진행될 수 있다.
단계 S103에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이(130)를 생성한다.
물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에서 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이와 같이, 추가적으로 본 발명의 일 실시예에서는 채널을 명확하게 설정하기 위해서 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 전극 사이의 영역의 직사각형 모양으로만 남기는 에칭 공정이 수행될 수 있다.
또는, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 외부 환경과 격리되도록, 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)와 전극이 생성된 기판(110)에 절연층을 형성하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이와 같이, 레이저 용접이 되지 않으면 물리적으로 쉽게 분리되는 나노선 랜덤 네트워크 형상의 안정적인 유지와 과도한 습기나 온도와 같이 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)의 산화도를 급격히 증가시키는 외부 환경 변화에 대해, 더 안정한 소자 제작을 위한 PET, 또는 Al2O3과 같은 절연층 형성 공정이 추가적으로 진행될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 리프트-오프 공정을 거쳐 제조하기 위한 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 단계 S201에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 기판(110) 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 생성한다.
단계 S202에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)가 생성된 기판(110)의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 레이저 용접된 영역(121)에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결한다.
단계 S203에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)상에 전극 어레이(130) 형태로 패터닝된 포토리지스트층(140)을 형성한다.
단계 S204에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 포토리지스트층(140)상에 패터닝된 전극 어레이(130) 형태에 따라 전극 물질(133)을 증착한다.
단계 S205에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 증착된 전극 물질(133) 이외의 잔여 포토리지스트를 제거하여 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이(130)를 생성한다.
이와 같이, 리프트 오프 공정의 경우, 금속 나노선 박막 상에 스핀 코팅 공정을 통해 포토리지스트층(140)을 형성하고, 이를 포토리소그래피 공정을 통해 광학적으로 패터닝한다. 이후 현상(Developing) 공정을 통해서 전극이 배치되는 부분의 포토리지스트를 제거한다. 그리고 화학적 기상 증착법 (CVD), 물리적 기상 증착법 (PVD), 또는 e-빔 증착(e-beam evaporation) 공정 등을 통해 전극 물질(133)을 증착한다. 이후 잔여 포토리지스트를 제거하면 전극 어레이(130)를 얻어낼 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 에칭 공정을 거쳐 제조하기 위한 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하기로 한다. 단계 S301에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 기판(110) 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 생성한다.
단계 S302에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)가 생성된 기판(110)의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 레이저 용접된 영역(121)에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결한다.
단계 S303에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)상에 전극 물질(133)을 증착한다.
단계 S304에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 전극 어레이(130) 형태의 포토리지스트층(140)을 형성한다.
단계 S305에서, 물리적 복제방지 보안 장치(100)의 제조 방법은 증착된 전극 물질(133)에서 포토리지스트층(140) 하부에 위치한 전극 물질(133)을 제외한 나머지 전극 물질(133)을 에칭하고, 포토리지스트층(140)을 제거하여 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이(130)를 생성한다.
이와 같이, 상기 에칭을 포함한 공정의 경우 금속 나노선 박막 상에 화학적 기상 증착법 (CVD), 물리적 기상 증착법 (PVD), 또는 e-빔 증착(e-beam evaporation) 공정 등을 통해 전극 물질(133)을 증착한다. 이후 포토리지스트층(140)을 스핀 코팅 공정을 통해 형성하고 포토리소그래피 공정과 현상(developing)을 통해서 전극이 배치되지 않는 부분의 포토리지스트를 제거한다. 이후, RIE(Reactive Ion Etching)를 통해서 포토리지스트층(140)으로 가려지지 않은 부분의 전극 물질(133)을 제거하고, 잔여 포토리지스트를 제거하면 전극 어레이(130)를 얻어낼 수 있다.
한편, 스마트폰을 중심으로 IOT 시대가 오면서 전반적인 기기의 소형화가 필요하다. 이에 따라 하나의 칩에 완전 구동이 가능한 제품과 시스템이 들어있는 시스템 온 칩(SOC) 기반 소자가 중점적으로 활용된다. 이러한 SOC 기반 소자에는 MCU(microcontroller unit)라는 부품이 들어가는데 이는 다양한 기능을 하고 그 중에는 소프트웨어 기반의 암호화 방식을 통해 중요한 데이터를 암호화하고 그 데이터와 함께 복호화에 사용해야 할 키를 비휘발성 메모리에 저장하는 것이 있다. 이때 이러한 암호화 방식에는 복잡한 암호화 과정을 통해 생성된 키(key)와 암호화된 데이터가 담긴 비휘발성 메모리에서 물리적 보안 공격에 의해 정보를 빼앗길 수 있다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시예는 이러한 점을 하드웨어 기반인 PUF 보안 장치(100)를 통해서 키를 그 자체로 저장하지 않고 변환시켜서 저장시키는 방법을 사용한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 암호화 장치(200)는 시스템 온 칩(SOC, system on chip)의 MCU(microcontroller unit) 기반 소프트웨어 보안 방식의 대안이 될 수 있다. 이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치를 이용한 암호화 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 암호화 장치(200)는, 암호화 모듈(210), 소프트웨어 인증 모듈(220), 물리적 복제방지 보안 장치(100) 및 비휘발성 메모리(230)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 암호화 장치(200)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 암호화 장치(200)가 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 암호화 장치(200)는 소프트웨어 기반의 암호화 기술에 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 PUF 보안 장치를 결합한 소자의 암호화 프로세스 과정을 수행한다.
이하, 도 10의 암호화 장치(200)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
암호화 모듈(210)은 암호화 대상인 데이터를 소프트웨어 기반으로 암호화한다.
소프트웨어 인증 모듈(220)은 암호화 모듈(210)로부터 데이터의 암호화에 사용되는 키를 전달받고, 임의의 입력 신호인 챌린지(Challenge)를 생성한다.
물리적 복제방지 보안 장치(100)는 금속 나노선이 무작위로 형성된 기판(110)의 적어도 하나의 영역에 레이저 용접을 수행하여, 레이저 용접된 영역(121)에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시킨 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 포함한다. 또한, 물리적 복제방지 보안 장치(100)는 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이(130)가 생성되어 있다.
비휘발성 메모리(230)는 암호화된 데이터를 저장한다.
물리적 복제방지 보안 장치(100)는, 생성된 챌린지를 금속 나노선 랜덤 네트워크(120)를 통해 암호화된 신호인 응답(response)으로 변환시킨다.
소프트웨어 인증 모듈(220)은 물리적 복제방지 보안 장치(100)에서 변환시킨 응답을 키와 결합하여 활성화 코드(Activation code)로 변환시키고, 챌린지와 활성화 코드를 비휘발성 메모리(230)에 저장한다.
이와 같이, 단계 S401에서, 암호화되어 저장할 입력 데이터가 소프트웨어 기반 암호화 모듈(210)로 전송된다. 이 암호화 모듈(210)에서 해시(hash) 함수와 같은 암호화 과정을 거치면 입력 데이터의 암호화에 사용되는 키(key)와 결과로 나오는 암호화된 데이터가 나오게 된다.
먼저, 단계 S402에서, 암호화된 데이터는 비휘발성 메모리(230)에 저장된다. 추후 복호화 과정에서 사용되어야 하는 키(key) 역시 저장되지만, 그 전에 PUF 기반의 암호화 과정을 거친다. 이에 따라, 키는 소프트웨어 인증 모듈(220)로 이동된다.
이때, 단계 S403에서, 소프트웨어 인증 모듈(220)에서 챌린지라는 임의의 입력 신호를 생성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 PUF 보안 장치(100)로 전송한다.
단계 S404에서, 이는 응답(response)이라는 PUF 보안 장치(100)에 의해 암호화된 신호로 소프트웨어 인증 모듈(220)에 돌아온다.
단계 S405에서, 소프트웨어 인증 모듈(220)은 이러한 응답을 키와 결합해 활성화 코드(activation code)로 변환시키고 챌린지와 함께 이를 비휘발성 메모리(230)에 저장한다.
보안 인증, 즉 복호화 과정에서는 비휘발성 메모리(230)의 챌린지(challenge)를 다시 PUF 보안 장치(100)를 통해 응답(response)으로 변환시키고, 응답, 챌린지와 활성화 코드를 통해 키를 연산하여 암호화된 데이터를 복호화시킨다. 이때 외부의 허가받지 않은 사용자가 비휘발성 메모리(230)에 담겨진 암호화된 데이터, 챌린지, 및 활성화 코드를 물리적 보안 공격 등의 방식 등을 통해 훔치더라도, 그 칩에 담겨진 PUF 보안 장치(100)를 가지고 있지 않으면 복호화할 수 없게 된다. 또한, 각각의 PUF 보안 장치(100)는 전혀 다르게 입력 신호를 암호화를 시키기 때문에, 하나의 칩에 담겨진 PUF 보안 장치(100)의 정보가 유출되어도 다른 칩을 공격하는 데는 유용하지 않다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 PUF 보안 장치(100)는 유연하게도 제작할 수 있다. 위와 같은 방식으로 사용할 때 경질 소자 뿐만 아니라 유연 소자의 보안 장치로 사용이 가능하다.
상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해, 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.
지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리(230)의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 실시예들의 조합은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.
전술한 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.
100: 물리적 복제방지 보안 장치
110: 기판
120: 금속 나노선 랜덤 네트워크
121: 레이저 용접된 영역
130: 전극 어레이
131: 입력 전극
132: 출력 전극
140: 포토리지스트층
133: 전극 물질
200: 암호화 장치
210: 암호화 모듈
220: 소프트웨어 인증 모듈
230: 비휘발성 메모리

Claims (20)

  1. 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크(random network)를 생성하는 단계;
    상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계; 및
    상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수를 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노선 랜덤 네트워크에서 상기 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    외부 환경과 격리되도록, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크와 상기 전극이 생성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는,
    상기 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 상기 기판을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는,
    상기 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  7. 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크를 생성하는 단계;
    상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계;
    상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크상에 전극 어레이 형태로 패터닝된 포토리지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토리지스트층 상에 패터닝된 전극 어레이 형태에 따라 전극 물질을 증착하는 단계; 및
    상기 증착된 전극 물질 이외의 잔여 포토리지스트를 제거하여 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수를 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 나노선 랜덤 네트워크에서 상기 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    외부 환경과 격리되도록, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크와 상기 전극이 생성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는,
    상기 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 상기 기판을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는,
    상기 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  13. 기판 상에 금속 나노선을 무작위로 형성하여 금속 나노선 랜덤 네트워크를 생성하는 단계;
    상기 금속 나노선 랜덤 네트워크가 생성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역을 레이저 용접하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계;
    상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크상에 전극 물질을 증착하는 단계;
    전극 어레이 형태의 포토리지스트층을 형성하는 단계;
    상기 증착된 전극 물질에서 상기 형성된 포토리지스트층 하부에 위치한 전극 물질을 제외한 나머지 전극 물질을 에칭하는 단계; 및
    상기 형성된 포토리지스트층을 제거하여 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는, 상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수를 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 나노선 랜덤 네트워크에서 상기 복수의 전극 사이의 신호 경로를 형성하는 금속 나노선 이외의 일부 금속 나노선을 에칭하여 제거하는 단계를 더 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    외부 환경과 격리되도록, 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크와 상기 전극이 생성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는,
    상기 레이저 용접에 사용되는 레이저의 세기와 상기 기판을 스캐닝하는 속도를 상호 보완적으로 조절하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 금속 나노선들을 무작위로 연결시키는 단계는,
    상기 적어도 하나의 임의의 영역을 기설정된 초기 영역으로 지정하여 레이저 용접하는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치의 제조 방법.
  19. 기판;
    상기 기판 상에 금속 나노선이 무작위로 형성되고, 상기 금속 나노선이 무작위로 형성된 기판의 적어도 하나의 임의의 영역이 레이저 용접되어 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크; 및
    복수의 전극으로 이루어지고, 상기 금속 나노선들이 무작위로 연결된 금속 나노선 랜덤 네트워크에 생성된 전극 어레이를 포함하고,
    상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수는 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절되는, 금속 나노선 랜덤 네트워크 기반의 물리적 복제방지 보안 장치.
  20. 암호화 대상인 데이터를 소프트웨어 기반으로 암호화하는 암호화 모듈;
    상기 암호화 모듈로부터 상기 데이터의 암호화에 사용되는 키를 전달받고, 임의의 입력 신호인 챌린지(Challenge)를 생성하는 소프트웨어 인증 모듈;
    금속 나노선이 무작위로 형성된 기판의 적어도 하나의 영역에 레이저 용접을 수행하여 상기 레이저 용접된 영역에 위치한 금속 나노선들을 무작위로 연결시킨 금속 나노선 랜덤 네트워크에 복수의 전극으로 이루어진 전극 어레이가 생성된 물리적 복제방지 보안 장치; 및
    상기 암호화된 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리를 포함하고,
    상기 물리적 복제방지 보안 장치는, 상기 생성된 챌린지를 상기 금속 나노선 랜덤 네트워크를 통해 암호화된 신호인 응답(response)으로 변환시키고,
    상기 소프트웨어 인증 모듈은 상기 응답(response)으로 변환시킨 암호화된 신호를 상기 키와 결합하여 활성화 코드(Activation code)로 변환시키고, 상기 챌린지와 상기 활성화 코드를 상기 비휘발성 메모리에 저장하고,
    상기 레이저 용접된 영역의 크기 및 개수는 상기 기판의 크기 또는 상기 금속 나노선의 농도에 따라 조절되는, 물리적 복제방지 장치를 이용한 암호화 장치.
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