KR102177980B1 - 양자 기반 물리적 복제 방지 장치 - Google Patents

양자 기반 물리적 복제 방지 장치 Download PDF

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Abstract

양자 기반 물리적 복제 방지 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 양자 기반 물리적 복제 방지 장치는, 기판 상에 수열합성법으로 형성된 랜덤 나노 구조를 포함하고, 상기 랜덤 나노 구조는, 상기 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 일정 패턴의 레이저를 발진한다.

Description

양자 기반 물리적 복제 방지 장치{QUANTUM-ORIGINATED PHYSICAL UNCLONABLE FUNCTION DEVICE}
본 발명은, 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 높은 엔트로피를 가지면서 푸아송 분포를 따르는 레이저 패턴을 생성할 수 있는, 양자 기반 물리적 복제 방지 장치에 관한 것이다.
최근 스마트 그리드 시스템 및 금융시스템의 첨단화가 가속화되며 정보 유출에 따른 금전적 피해가 기하급수적으로 증가하고 있으며 보안 피해를 예방하기 위한 차세대 암호화 시스템 개발에 대한 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있다.
기존의 정보보안은 소프트웨어(SW) 기반의 암호화 알고리즘을 이용한 보안으로써, 고전적인 보안키는 암호화 응용 프로그램을 비휘발성 메모리에 저장하는 방식이다. 다만 이러한 방식은 물리적 침입 공격에 매우 취약하며, 고성능 컴퓨터의 발달로 연산에 의한 침입이 가능하다는 단점이 존재한다.
따라서 최근에는 더 높은 차원의 하드웨어(HW) 기반의 물리적 보안 기술을 이용하는 추세이며, 그 중 물리적 복제 불가능 함수(Physically Unclonable Functions, PUFs)를 이용하여 하드웨어에 고유의 보안키를 형성하는 암호화 방식이 주목받고 있다.
PUF는 연구 초기에는 실리콘을 기반으로 하는 집적형 PUF가 주를 이루었으나, 최근에는 빛의 산란 패턴을 암호화에 이용하는 광학 기반 PUF, 그래핀, 탄소나노튜브 및 MEMS 기반의 첨단 PUF 기술이 연구되고 있다.
그러나, 현재까지 보고된 PUF 암호화 소자는 높은 엔트로피를 갖지 못하며, 신호 지연 기반 및 메모리 기반 PUF 등 엔트로피가 낮은 기존의 실리콘 PUF 방식에서는 기본적으로 빛의 패턴이 가우시안 정규분포를 따른다. 따라서 빚의 패턴의 랜덤성의 평균이 0에 가까워지게 되어, 형성된 보안키에 대한 추가적인 전처리 및 후처리가 반드시 필요하다는 단점이 존재한다.
본 발명은, 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 높은 엔트로피를 가지면서 푸아송 분포를 따르는 레이저 패턴을 생성할 수 있는, 양자 기반 물리적 복제 방지 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 양자 기반 물리적 복제 방지 장치는, 기판 상에 수열합성법으로 형성된 랜덤 나노 구조를 포함하고, 상기 랜덤 나노 구조는, 상기 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 일정 패턴의 레이저를 발진한다.
본 발명에 따르면, 공정과정에서 랜덤성을 가지는 물리적 구조를 생성하고, 랜덤 구조에서의 양자 활성으로 양자 기반 랜덤 특성을 가지는 랜덤 패턴을 생성함으로써, 레이저의 발진 패턴이 푸아송 분포를 따른다. 즉 같은 방법으로 PUF 소자를 만들어도 그 고유한 특성만큼은 복제가 불가한 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 실리콘을 이용한 반도체 공정 과정, 화합물 결합, 광학 등의 여러가지 물리 현상에 의한 랜덤성을 이용하여 PUF 소자가 제작되기 때문에, 강력한 보안 성능의 물리적 보안기술로써 다양한 첨단 보안 기기에 응용될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 빛의 산란 특성 및 가상의 공진 구조로 인한 다파장 및 다중모드 발진이 일어나기 때문에, 보안을 위해 사용될 수 있는 정보의 양이 늘어나고, 이에 따라 보안성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 랜덤 나노 구조는 동일한 온도 및 전류 상에서 매우 안정적으로 동일한 패턴을 방출하기 때문에, 암호화 소자로 사용되기 매우 유리하다.
또한 제작공정이 매우 용이하여 대량의 키를 생성할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양자 기반 물리적 복제 방지 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 랜덤 나노 구조의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 수열합성법에 의해 형성된 랜덤 나노 구조의 평면도와 측면도를 도시한 도면이다.
도 5는 상이한 생성 조건에서 성장한 랜덤 나노 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 동일한 생성 조건에서 생성된 다양한 랜덤 나노 구조의 연관성을 비교하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 일반 레이저와 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저를 비교하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저의 패턴과 일반 레이저의 패턴을 비교하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 랜덤 레이저의 발진 특성 중 파장의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 복수의 포인트에서 발진되는 복수의 파장을 도시한 도면이다.
도 13은 동일한 샘플의 서로 다른 파장에서 획득된 패턴 이미지를 비트맵화 하여 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 복수의 샘플 및 복수의 파장에서 획득한 패턴 이미지를 이용하여 해밍 거리를 산출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 둘 이상의 파장의 레이저들의 패턴 이미지들을 이용하여 인증을 수행하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 시간이 흐름에도 불구하고 랜덤 나노 구조의 레이저 패턴이 변하지 않음을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일반 레이저와 랜덤 레이저를 비교하기 위한 자료이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 실시 예에 따른, 랜덤 나노 구조의 여기 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 21 내지 도 23은 하드 웨어 보안을 위한 랜덤 레이저 소자의 활용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하의 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
첨부 도면은 발명의 사상을 이해하기 쉽게 표현하기 위하여 전체적인 구조를 설명함에 있어서는 미소한 부분은 구체적으로 표현하지 않을 수도 있고, 미소한 부분을 설명함에 있어서는 전체적인 구조는 구체적으로 반영되지 않을 수도 있다. 또한, 설치 위치 등 구체적인 부분이 다르더라도 그 작용이 동일한 경우에는 동일한 명칭을 부여함으로써, 이해의 편의를 높일 수 있도록 한다. 또한, 동일한 구성이 복수 개가 있을 때에는 어느 하나의 구성에 대해서만 설명하고 다른 구성에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고 그 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양자 기반 물리적 복제 방지 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
양자 기반 물리적 복제 방지 시스템은, 물리적 복제 방지 장치(100) 및 검출 장치(200)를 포함할 수 있다.
물리적 복제 방지 장치(100)는 랜덤 나노 구조를 포함할 수 있으며, 나노 구조를 이용하여 양자를 활성시킴으로써 일정 패턴의 레이저를 발진할 수 있다. 이 경우 나노 구조는 수열 합성법으로 형성됨으로써 랜덤한 형태를 가질 수 있으며, 이에 따라 발진되는 레이저 역시 예측 및 복제가 불가능한 랜덤한 패턴을 가질 수 있다.
또한 물리적 복제 장치(100)는 여기 에너지를 랜덤 나노 구조에 공급하기 위한 에너지 공급 장치를 포함할 수 있다. 구체적으로 물리적 복제 장치(100)는 여기 에너지가 빛 에너지인 경우 광 공급 장치를, 여기 에너지가 전기 에너지인 경우 전기 공급 장치를 포함할 수 있다.
검출 장치(200)는 물리적 복제 장치(100)에서 발진되는 레이저의 패턴을 검출할 수 있다.
구체적으로 검출 장치(200)는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저를 수신하여 이미지를 획득하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
이 경우 획득된 이미지에는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저의 패턴이 기록될 수 있다. 이와 같이 랜덤 나노 구조를 촬영하여 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저의 패턴이 기록된 이미지를 패턴 이미지라고 명칭할 수 있다.
한편 패턴 이미지가 획득되면, 검출 장치(200)의 프로세서는 패턴 이미지 및 인증 정보를 이용하여 인증을 수행할 수 있다. 이 경우 검출 장치는 인증 정보를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 랜덤 나노 구조의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 수열합성법에 의해 형성된 랜덤 나노 구조의 평면도와 측면도를 도시한 도면이다.
랜덤 나노 구조는 기판 상에 수열합성법으로 형성될 수 있다.
랜덤 나노 구조를 구성하는 물질로는 다양한 물질이 사용될 수 있으나, 이하에서는 랜덤 나노 구조가 산화 아연으로 구성되는 것으로 가정하여 설명한다.
여기서 랜덤 나노 구조란, 무질서한(disordered), 즉 불규칙한 형상(무질서한 기하 구조)을 가진 고밀도의 구조를 의미할 수 있다.
그리고 랜덤 나노 구조는 수열 합성법을 통하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 먼저 기판(310) 위에 산화 아연(ZnO) 시드 레이어(320)를 형성할 수 있다. 여기서 시드 레이어(320)는 랜덤 나노 구조를 성장시킬 수 있는 레이어일 수 있다. 고품질의 결정화를 위하여 시드 레이어(320)는 스퍼터링에 의하여 증착될 수도 있다.
그리고 시드 레이어(320)가 형성된 기판(310)을 zinc nitrate hexahydrate와 hexamethylenetetramine의 혼합 용액에 넣으면, 시드 레이어(320) 상에서 산화 아연(ZnO)으로 구성되는 랜덤 나노 구조(330)가 수직으로 성장할 수 있다.
이 경우 수열 합성법에 의해 성장한 나노 막대(nanorods)의 밀도 및 크기는, 생성 조건(혼합 용액의 몰 농도, 성장 시간, 성장 온도 등)에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
한편 랜덤 나노 구조는, 기판에 전압을 인가하는 전기 화학 증착법을 이용하여 성장할 수도 있다.
이와 같이 수열 합성법으로 생성된 랜덤 나노 구조는, 수직 방향으로 무질서하게 정렬된 나노 막대(nanorods)를 포함할 수 있다.
한편 수직 방향으로 무질서하게 정렬된 나노 막대(nanorods)는 랜덤 나노 구조의 일례에 불과하며, 랜덤 나노 구조는 불규칙한 형상(무질서한 기하 구조)을 가진 구조면 족하다.
도 5는 상이한 생성 조건에서 성장한 랜덤 나노 구조를 도시한 도면이다.
도 5a는 10mM 농도의 혼합 용액에서 3시간, 도 5b는 10mM 농도의 혼합 용액에서 6시간, 도 5c는 30mM 농도의 혼합 용액에서 3시간, 도 5d는 30mM 농도의 혼합 용액에서 6시간 성장한 랜덤 나노 구조이다.
도 5a에 따르면, 성장 시간에 따라 나노 막대(nanorods)의 길이가 결정되고, 혼합 용액의 농도에 따라 나노 막대(nanorods)의 굵기(혹은 두께)가 결정됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 동일한 생성 조건에서 생성된 다양한 랜덤 나노 구조의 연관성을 비교하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 나노 구조는, 동일한 생성 조건에서 생성된 다른 랜덤 나노 구조와 다른 형태를 가질 수 있다.
즉 랜덤 나노 구조는 불규칙한 형상(무질서한 기하 구조)을 가진 구조이다. 따라서 동일한 생성 조건(동일한 몰 농도, 동일한 성장 온도 및 동일한 성장 시간) 에서 생성된 복수의 랜덤 나노 구조는 서로 다른 형태의 구조를 가질 수 있다.
도 6에서는 동일한 생성 조건에서 생성된 6개의 샘플(6개의 랜덤 나노 구조)의 scanning electron microscope(SEM) 이미지들을 획득하고, 6개의 샘플(6개의 랜덤 나노 구조)의 scanning electron microscope(SEM) 이미지들을 바이너리 이미지로 변환하여 도시하였다. 여기서 scanning electron microscope(SEM) 이미지는 랜덤 나노 구조의 평면도일 수 있다.
샘플간 바이너리 이미지의 상관 관계는 아래와 같은 수식으로 획득될 수 있다.
Figure 112019049905292-pat00001
6개의 샘플(6개의 랜덤 나노 구조)의 바이너리 이미지의 상관 관계(correlation)는 각각 0.2 보다 낮은 상관 관계를 나타내는 것이 확인되었다.
즉 6개의 샘플(6개의 랜덤 나노 구조) 사이에는 상호간에 연관성이 없다는 것을 의미하며, 이는 같은 생성 조건에서도 다른 랜덤 나노 구조가 생성되며 물리적으로 복제가 불가능하다는 것을 나타낸다.
도 7 내지 도 8은 일반 레이저와 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저를 비교하기 위한 도면이다.
도 7은 일반 레이저를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 마주보는 미러를 포함하는 포함하는 공진 구조(cavity)가 존재하고, 공진 구조 사이에 이득 매질이 존재함으로써 동작한다. 그리고 공진 구조(cavity)에서 빛은 양쪽 거울에 반사되면서 무수히 왕복함으로써 증폭된다. 이에 따라 빛(레이저)가 발진되게 되는데, 이와 같은 레이저는 파인 튜닝된 공진 구조(cavity)로 인하여 위상, 파장 및 방향이 같은 빛으로 발진될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 랜덤 나노 구조에서는 랜덤 레이저가 발진될 수 있다.
여기서 랜덤 레이저의 의미는, 여기 에너지가 입력될 때 마다, 또는 시간이 흐름에 따라 무작위의 레이저가 발진된다는 것 아니다. 즉 랜덤 레이저는, 랜덤 나노 구조의 불규칙한 형상(무질서한 기하 구조)에 의하여, 예측 및 복제가 불가능한 패턴의 레이저가 발진된다는 것을 의미할 수 있다.
구체적으로 랜덤 레이저의 발진을 위한 랜덤 나노 구조는 일반 레이저와는 달리 공진기가 없는 구조일 수 있다.
그리고 랜덤 나노 구조는 이득 매질 및 산란 매질을 포함하고, 랜덤 나노 구조의 무질서한 기하 구조에서 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 자체 형성된 랜덤 레이저를 발진할 수 있다.
구체적으로, 불규칙한 형상의 랜덤 나노 구조에 포함되는 산란 매질의 다중 산란에 의해 빛의 경로는 매우 다양하게 형성될 수 있다. 또한 랜덤 나노 구조에 포함되는 이득 매질에 의해, 빛이 증폭될 수 있다. 즉 본 발명의 랜덤 나노 구조는 일반 레이저와 같은 공진 구조는 가지고 있지 않지만 불규칙한 형태를 이용하여 피드백 루프를 형성함으로써 랜덤 레이저를 발진할 수 있다. 이와 같이 랜덤 나노 구조의 형태에 의해 형성되는 피드백 루프를 가상의 공진 구조라 명칭할 수 있다.
또한 불규칙한 형상의 랜덤 나노 구조 및 랜덤 나노 구조의 강한 산란 작용에 의한 빛의 증폭 현상으로 레이저의 유도 방출이 일어날 수 있다. 특히 랜덤 레이저는, 앤더슨 광 국소화(Anderson light localization)를 통해 강한 산란 작용에 의해 높은 엔트로피를 가지면서 본질적으로 양자의 기본 요구 사항인 푸아송(Poisson) 분포를 따르는 랜덤한 패턴을 가질 수 있다.
즉 양자의 본질적 무작위성 및 랜덤 나노 구조의 양자 활성 효과로 인하여, 예측 가능성이 매우 낮은 랜덤 패턴의 레이저 발진이 가능하다.
또한 랜덤 나노 구조에서에서의 빛의 산란 특성으로 인하여 다 파장의 랜덤 레이저가 발진될 수 있다.
한편 랜덤 레이저의 의미는 랜덤 나노 구조의 불규칙한 형상(무질서한 기하 구조)에 의하여 예측 및 복제가 불가능한 패턴의 레이저가 발진된다는 것을 의미하는 것으로, 하나의 랜덤 나노 구조는 결정론적 공진(deterministic resonances)을 가지고 있기 때문에 일정 패턴(하나의 패턴, 고유의 패턴)의 레이저를 발진할 수 있다.
구체적으로, 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서, 랜덤 나노 구조는 일정 패턴(하나의 패턴, 고유의 패턴)의 레이저를 발진할 수 있다.
그리고 앞서, 랜덤 나노 구조는 동일한 생성 조건에서 생성된 다른 랜덤 나노 구조와 다른 형태를 가진다고 설명한 바 있다.
즉 다른 랜덤 나노 구조 역시, 다른 랜덤 나노 구조만의 고유의 패턴의 레이저를 발진한다. 따라서 랜덤 나노 구조는, 동일한 생성 조건에서 생성된 다른 나노 구조와 다른 패턴의 레이저를 발진할 수 있다.
한편 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저의 일정 패턴(고유의 패턴)은, 레이저가 발진되는 포인트 및 레이저의 발진 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로 랜덤 나노 구조의 불규칙적인 형상으로 인하여 피드백 루프 역시 불규칙하게 형성될 수 있다. 이에 따라 레이저가 발진되는 포인트 및 레이저의 발진 방향은 랜덤하게(예측 불가능하게) 결정되나, 하나의 랜덤 나노 구조는 일정한 포인트에서 일정한 방향으로 레이저를 발진할 수 있다.
여기서 포인트는 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면) 상의 지점을 의미할 수 있다.
그리고 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면)은 무수히 많은 포인트를 포함할 수 있으며, 이중 일부 포인트에서 레이저가 발진될 수 있다. 그리고 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 레이저를 발진하는 포인트들은 항상 동일할 수 있다.
또한 레이저가 발진되는 다수의 포인트 전체는 랜덤한 방향으로 레이저를 발진하나, 하나의 지점에서 발진되는 레이저의 방향은 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 항상 동일할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 기 설정된 값(도 9에서 도시한 Lasing threshold) 이상의 여기 에너지(Excitation energy)가 입력되면, 랜덤 나노 구조는 가상의 공진 구조에 의해 일정 패턴의 레이저를 발진할 수 있다.
구체적으로 여기 에너지(Excitation energy)가 입력되면, 랜덤 나노 구조는 여기되어 에미션(emission)이 일어날 수 있다.
그리고 기 설정된 값보다 작은 여기 에너지(Excitation energy)가 입력되면, 랜덤 나노 구조는 기존의 상용 레이저와 유사하게 자연 방출(spontaneous emission)을 한다.
다만 기 설정된 값(도 9에서 도시한 Lasing threshold) 이상의 여기 에너지(Excitation energy)가 입력되면 랜덤 나노 구조는 자외선을 방출하며, 이렇게 방출된 자외선은 랜덤 나노 구조의 가상의 공진 구조를 통한 산란 효과로 인하여 일정 패턴(고유한 패턴)을 가지는 랜덤 레이저로써 발진될 수 있다.
그리고 이러한 일정 패턴(고유한 패턴)은 앤더슨 국소화(Anderson localization)에 의해 시간에 따라 변경되지 않는다. 따라서 랜덤 나노 구조는 물리적 복제 불가능 소자로 사용될 수 있다.
한편 여기 에너지는 빛 에너지 또는 전기 에너지일 수 있다. 여기 에너지가 빛 에너지인 경우에는 일정 세기 이상의 빛이, 여기 에너지가 전기 에너지인 경우에는 일정 크기 이상의 전류가 랜덤 나노 구조에 입력되면, 랜덤 나노 구조는 가상의 공진 구조에 의해 일정 패턴의 레이저를 발진할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 레이저의 패턴과 일반 레이저의 패턴을 비교하기 위한 도면이다.
도 10에서는 랜덤 나노구조에서 발진되는 레이저를 수신하여 이미지화 한 패턴 이미지 및 일반 레이저를 수신하여 이미지화한 패턴 이미지를 도시하였다.
즉 패턴 이미지는 이미지 센서 또는 기타 레이저 검출 장치를 이용하여 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면)을 촬영함으로써 획득될 수 있다.
여기서 패턴 이미지 상의 하얀색 영역은 이미지 센서 상에서 레이저가 수신되는 영역(또는 기 설정된 값보다 큰 세기의 레이저가 수신되는 영역)을 의미하고, 검은색 영역은 이미지 센서 상에서 레이저가 수신되지 않는 영역(또는 기 설정된 값보다 작은 세기의 레이저가 수신되는 영역)을 의미한다.
일반 레이저를 이용한 PUF 암호화 소자는 낮은 엔트로피(randomness)를 가지며, 빛의 패턴이 가우시안 정규 분포를 따른다. 따라서 빚의 패턴의 랜덤성의 평균이 0에 가까워지지는 문제가 존재한다.
다만 기 설정된 값(도 9에서 도시한 Lasing threshold) 이상의 여기 에너지(Excitation energy)가 랜덤 나노 구조에 입력되어 랜덤 레이저가 발진되는 경우, 패턴 이미지 상에 표시되는 레이저의 패턴은 푸아송(Poisson) 분포를 따르는 높은 엔트로피(randomness)를 가질 수 있다.
도 11 및 도 12는 랜덤 레이저의 발진 특성 중 파장의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
랜덤 나노 구조가 발진하는 레이저의 패턴은 레이저의 파장을 포함할 수 있다.
구체적으로 랜덤 나노 구조의 가상의 공진 구조에 의해, 랜덤 나노 구조의 발광 스펙트럼 안에서 복수의 파장의 레이저가 발진될 수 있다.
예를 들어 산화 아연으로 구성되는 랜덤 나노 구조의 경우, 370nm에서 400nm까지의 발광 스펙트럼을 가질 수 있다. 이 경우 랜덤 나노 구조는 370nm에서 400nm의 범위 내에서 다양한 파장의 레이저들을 발진할 수 있다.
도 12는 복수의 포인트에서 발진되는 복수의 파장을 도시한 도면이다.
도 12a는 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면) 상의 복수의 포인트들 및 복수의 포인트들에서 발진되는 복수의 파장들을 도시한 도면이다.
도 12b는 복수의 포인트 중 임의의 제1 포인트에서의 파장(λ1), 복수의 포인트 중 임의의 제2 포인트에서의 파장(λ2), 복수의 포인트 중 임의의 제3 포인트에서의 파장(λ3)을 도시한 도면이다.
즉 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 포인트들 마다 발진되는 레이저 파장이 상이하며, 하나의 포인트에서는 하나의 파장의 레이저가 발진될 수도, 복수의 파장을 각각 가지는 복수의 레이저가 발진될 수도 있다. 또한 특정의 포인트에서 발진되는 하나 또는 복수의 레이저의 파장은 고유한 것으로, 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 변경되지 않을 수 있다.
랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면)의 포인트의 관점에서 정리하면, 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면) 상의 포인트들 중 일부는 레이저를 발진하지 않고, 다른 일부는 레이저를 발진한다.
또한 레이저를 발진하는 포인트들은 하나의 레이저를 발진하거나 복수의 레이저들을 발진한다.
그리고 레이저를 발진하는 포인트들 중 임의의 포인트에서 발진되는 하나 이상의 레이저는 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 일정한 파장을 가진다. 예를 들어 제1 포인트에서는 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 380nm 파장의 레이저를 일정하게 발진할 수 있으며, 제2 포인트에서는 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 380nm 파장의 레이저 및 390nm 파장의 레이저를 일정하게 발진할 수 있다.
한편 랜덤 나노 구조의 다중 파장 특성을 파장의 관점에서 정리하면, 랜덤 나노 구조는 복수의 파장의 레이저들을 발진하고, 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 복수의 파장의 레이저들의 패턴들은 일정할 수 있다.
예를 들어 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면)의 복수의 포인트들 중, 제1 파장(예를 들어 380nm 파장)을 발진하는 포인트들은 일정하며, 포인트가 제1 파장(예를 들어 380nm 파장)을 발진하는 방향 역시 일정할 수 있다.
또 다른 예를 들어 랜덤 나노 구조가 레이저를 발진하는 면(x, y 평면)의 복수의 포인트들 중, 제2 파장(예를 들어 390nm 파장)을 발진하는 포인트들은 일정하며, 포인트가 제2 파장(예를 들어 390nm 파장)을 발진하는 방향 역시 일정할 수 있다.
또한 제1 파장(예를 들어 380nm 파장)을 발진하는 포인트들 및 제1 파장(예를 들어 380nm 파장)을 발진하는 포인트들에서 발진되는 레이저의 방향은, 제2 파장(예를 들어 390nm 파장)을 발진하는 포인트들 및 제2 파장(예를 들어 390nm 파장)을 발진하는 포인트들에서 발진되는 레이저의 방향과 상이할 수 있다.
이와 같은 방식으로 복수의 파장의 레이저들의 패턴(레이저가 발진되는 포인트 및 레이저의 방향)들은 서로 상이할 수 있다.
도 13은 동일한 샘플의 서로 다른 파장에서 획득된 패턴 이미지를 비트맵화 하여 도시한 도면이다.
동일한 랜덤 나노 구조에서 발진된 제1 파장(λ1)의 레이저의 패턴은 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 일정하다.
또한 동일한 랜덤 나노 구조에서 발진된 제2 파장(λ2)의 레이저의 패턴은 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 일정하다.
또한 동일한 랜덤 나노 구조에서 발진된 제1 파장(λ1)의 레이저 패턴 및 동일한 랜덤 나노 구조에서 발진된 제2 파장(λ2)의 레이저 패턴은 서로 상이함을 알 수 있다.
도 14 및 도 15는 복수의 샘플 및 복수의 파장에서 획득한 패턴 이미지를 이용하여 해밍 거리를 산출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
복수의 랜덤 나노 구조 및 복수의 파장에서 획득한 패턴 이미지를 비트맵화 하여 서로 비교함으로써 연관성을 검증할 수 있다. 이 경우 연관성은 해밍 거리를 계산함으로써 확인할 수 있다.
해밍 거리는 아래와 같은 수식으로 획득될 수 있다.
Figure 112019049905292-pat00002
동일한 샘플(동일한 랜덤 나노 구조)의 복수의 파장(제1 파장, 제2 파장, 제3 파장, 제4 파장)에 각각 대응하는 복수의 비트맵 이미지(제1 파장의 레이저의 비트맵 이미지, 제2 파장의 레이저의 비트맵 이미지, 제3 파장의 레이저의 비트맵 이미지, 제4 파장의 레이저의 비트맵 이미지) 간의 해밍 거리는 평균 0.23을 나타내고 최대 해밍 거리는 0.40을 나타내었다.
또한 동일한 파장(제1 파장)에서 획득된 다른 샘플(제1 랜덤 나노 구조 및 제2 랜덤 나노 구조)의 비트맵 이미지의 해밍 거리는 평균 0.23, 최대 해밍 거리는 0.42를 나타내었다.
한편 검출 장치는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저를 수신하여 패턴 이미지를 획득하고, 패턴 이미지를 이용하여 인증을 수행할 수 있다.
구체적으로 랜덤 나노 구조는 일정 패턴의 레이저를 발진할 수 있다. 그리고 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저가 이미지 센서에 촬영되는 경우, 이미지 센서에 의해 생성된 패턴 이미지는 상기 일정 패턴에 상응하는 패턴 정보를 포함할 수 있다.
따라서 특정 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저를 촬영한 패턴 이미지는, 동일 온도 및 동일 여기 에너지에서 항상 일정할 수 있다. 예를 들어 패턴 이미지 상에서 하얀색 스폿(이미지 센서 상에서 레이저가 수신되는 스폿 또는 기설정된 값보다 큰 세기의 레이저가 수신되는 스폿)의 위치는 항상 일정할 수 있다.
패턴 이미지를 비트맵화 하여 나타내는 경우에도, 비트맵 이미지 상에서 하얀색 영역(이미지 센서 상에서 레이저가 수신되는 영역 또는 기설정된 값보다 큰 세기의 레이저가 수신되는 영역)의 위치는 항상 일정할 수 있다.
또한 특정 랜덤 나노 구조에서 발진되는 특정 파장의 레이저를 촬영한 패턴 이미지는, 동일 온도 및 동일 여기 에너지에서 항상 일정할 수 있다.
한편 상술한 랜덤 나노 구조의 특성을 이용하여 다양한 방식의 인증을 수행할 수 있다.
일 례로, 검출 장치는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저를 파장의 구분 없이 수신하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 이 경우 랜덤 나노 구조에서 발진되는 모든 파장의 레이저가 촬영되어 모든 파장의 레이저의 패턴 정보를 포함하는 패턴 이미지가 생성될 수 있다.
그리고 랜덤 나노 구조의 특성으로 인하여 모든 파장의 레이저의 패턴 정보는 고유한 바, 검출 장치는 모든 파장의 레이저의 패턴 정보를 포함하는 패턴 이미지를 이용하여 인증을 수행할 수 있다.
다른 예로, 검출 장치는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 특정 파장의 패턴 이미지를 이용하여 인증을 수행할 수 있다.
구체적으로 검출 장치는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 특정 파장의 레이저를 수신하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 이를 위하여 검출 장치는 랜덤 나노 구조와 이미지 센서 사이에 배치되는 필터를 포함하고, 필터는 특정 파장의 레이저를 통과시킬 수 있다.
이 경우 랜덤 나노 구조에서 발진되는 특정 파장의 레이저가 촬영되어 특정 파장의 레이저의 패턴 정보를 포함하는 패턴 이미지가 생성될 수 있다.
그리고 랜덤 나노 구조의 특성으로 인하여 특정 파장의 레이저의 패턴 정보는 고유한 바, 검출 장치는 특정 파장의 레이저의 패턴 정보를 포함하는 패턴 이미지를 이용하여 인증을 수행할 수 있다.
또한 검출 장치는, 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 둘 이상의 파장의 레이저들의 패턴 이미지들을 이용하여 인증을 수행할 수 있다.
이와 관련해서는 도 16을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 16은 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 둘 이상의 파장의 레이저들의 패턴 이미지들을 이용하여 인증을 수행하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
검출 장치는 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 제1 파장의 레이저를 수신하여 제1 패턴 이미지를 획득하고, 제2 파장의 레이저를 수신하여 제2 패턴 이미지를 획득하고, 제3 파장의 레이저를 수신하여 제3 패턴 이미지를 획득하고, 제4 파장의 레이저를 수신하여 제4 패턴 이미지를 할 수 있다.
이를 위하여 검출 장치는 검출 장치는 랜덤 나노 구조와 이미지 센서 사이에 배치되는 필터를 포함하고, 필터는 제1 파장, 제2 파장, 제3 파장 및 제4 파장의 레이저를 별도로 통과시킬 수 있다.
이 경우 랜덤 나노 구조에서 발진되는 제1 파장의 레이저, 제2 파장의 레이저, 제3 파장의 레이저 및 제4 파장의 레이저가 각각 촬영되어, 제1 파장의 패턴 정보를 포함하는 제1 패턴 이미지, 제2 파장의 패턴 정보를 포함하는 제2 패턴 이미지, 제3 파장의 패턴 정보를 포함하는 제3 패턴 이미지, 제4 파장의 패턴 정보를 포함하는 제4 패턴 이미지가 생성될 수 있다.
이 경우 검출 장치는 제1 패턴 이미지, 제2 패턴 이미지, 제3 패턴 이미지 및 제4 패턴 이미지 모드를 상응하는 인증 정보와 비교하여 인증을 수행할 수 있다.
복수의 파장에 각각 대응하는 복수의 패턴 이미지를 이용하는 경우, 복수의 파장을 구분하지 않고 획득한 하나의 패턴 이미지를 이용하거나 복수의 파장 중 하나의 파장의 패턴 이미지를 이용하는 경우보다 훨씬 많은 비트 데이터가 존재하게 된다.
즉 랜덤 나노 구조의 면적을 늘리는 것 없이도, 다중 파장 특성을 이용하여 실질적으로 랜덤 나노 구조의 면적을 늘리는 효과를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 암호화를 위해 사용 가능한 비트 데이터의 수가 늘어나 보안성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 17은 시간이 흐름에도 불구하고 랜덤 나노 구조의 레이저 패턴이 변하지 않음을 설명하기 위한 도면이다.
Reading #1에서는 x, y 평면 상의 제1 포인트부터 제6포인트까지의 발진 파장을 순차적으로 검출하였고 검출된 파장을 도시하였다. Reading #1에 포함된 여섯개의 지점은 좌측부터 우측으로 제1 포인트 내지 제6 포인트를 의미한다. 또한 Reading #1에서 제1 포인트부터 제6 포인트에서 발진된 레이저를 검출한 패턴 이미지를 도시하였다.
또한 Reading #2에서는 다시 제1 포인트로 돌아와서, 제1 포인트부터 제6포인트까지의 발진 파장을 순차적으로 검출하였고 검출된 파장을 도시하였다. Reading #2에 포함된 여섯개의 지점은 좌측부터 우측으로 제1 포인트 내지 제6 포인트를 의미한다. 또한 Reading #2에서 제1 포인트부터 제6 포인트에서 발진된 레이저를 검출한 패턴 이미지를 도시하였다.
그리고 Reading #3, Reading #4, Reading #5에서도 동일한 과정을 반복하였다.
Reading #1 내지 Reading #5에서, 각 포인트마다 발진되는 레이저 파장은 동일한 것을 알 수 있다. 예를 들어 Reading #1에서 포함된 제1 포인트에서 발진되는 레이저 파장, Reading #2에서 포함된 제1 포인트에서 발진되는 레이저 파장, Reading #3에서 포함된 제1 포인트에서 발진되는 레이저 파장, Reading #4에서 포함된 제1 포인트에서 발진되는 레이저 파장, Reading #5에서 포함된 제1 포인트에서 발진되는 레이저 파장, Reading #6에서 포함된 제1 포인트에서 발진되는 레이저 파장은 모두 동일함을 알 수 있다.
또한 Reading #1 내지 Reading #5에서 레이저 패턴을 검출한 패턴 이미지는 모두 동일(비트 에러 0)한 것을 알 수 있다.
즉 이것은, 시간이 흐름에도 불구하고 랜덤 나노 구조가 동일한 패턴의 레이저를 방출하며, 따라서 랜덤 나노 구조는 물리적 방지 장치로 사용될 수 있는 좋은 소자임을 의미한다.
도 18은 일반 레이저와 랜덤 레이저를 비교하기 위한 자료이다.
도 18a를 참조하면, 일반 레이저에서는 마주보는 미러 및 이득 매질을 포함하는 공진 구조가 존재하고, 공진 구조 사이에 이득 매질이 존재함으로써 동작한다.
그에 반해 랜덤 레이저에서는 도 18b에서 도시한 바와 같이, 무질서(disorder)한 구조를 가진다. 한편 무질서(disorder)한 구조 상에서 랜덤 나노 구조가 가상의 공진 구조를 형성하여 랜덤 레이저를 발진하기 위해서는 산란 물질과 산란 경로 사이에 빛을 방출하는 이득 매질이 필요하다.
아래 표에서는 가상의 공진 구조를 형상하는 랜덤 나노 구조에 사용될 수 있는 물질을 설명한다.
scatter gain
ZnO ZnO
ZnO/Al2O3 ZnO
ZnS ZnS
BaSO4 BaSO4
GaN GaN
GaAs GaAs
여기서 scatter은 산란 매질, gain은 이득 매질을 포함할 수 있다. 또한 표 1에서 설명한 물질들은 하나의 물질이 산란 매질 및 이득 매질 모두로 작용할 수 있다.
다음은 표 2에서 랜덤 나노 구조를 구성할 수 있는 두개의 물질을 설명한다.
scatter gain
TiO2 ZnO
PDMS/TEOS ZnO
Photonic crystal Quantum dot
Photonic crystal InGaAsP
Nd +3 doped glass Nd +3 doped glass
Glass substrate CdSe/ZnS
SnO2 SnO2
랜덤 나노 구조는 산란 매질로 작용하는 제1 물질 및 이득 매질로 작용하는 제2 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어 랜덤 나노 구조에서, 산란 매질로 작용하는 TiO2가 산란을 위한 구조를 형성하고, TiO2 구조 사이에, 즉 빛의 피드백 루프 상에 ZnO가 위치하여 이득 매질로 작용할 수 있다.
랜덤 나노 구조를 생성하는 방식의 일 례로, TiO2로 나노 막대(nanorods)를 형성하여 산란을 위한 구조를 만들고, ZnO의 나노 파티클을 TiO2로 구성되는 나노 막대(nanorods) 위에 뿌려주는 방식으로 랜덤 나노 구조를 생성할 수 있다.
또한 이득 매질 및 산란 매질 모두 나노 파티클의 형태로 섞어주는 방식도 가능하다.
한편 산란 물질에는 이득 파장대에서 반사율이 높은 것이 사용되고, 이득 매질에는 이득 효율이 높은 물질이 사용될 수 있다.
또한, Photonic crystal - Quantum dot 쌍처럼, 이득 매질을 일반적인 단일 물질이 아니라 퀀텀 닷(Quantum dot)으로 구성함으로써 효율을 극대화 시킬 수도 있다.
다음은 표 3에서 랜덤 나노 구조를 구성할 수 있는 두개의 물질을 설명한다.
Scatter Gain
ZnO Dye
TiO2 Dye
TiO2/SiO2 Dye
TiO2 DOO-PW
Glass Dye
Liquid Crystal Dye
Latex nanoparticle Dye
Ag@SiO2 Dye
Silver nanoparticle Dye
Gold nanoparticle Dye
Bone tissue Dye
Human tissue Dye
랜덤 나노 구조는 산란 매질로 작용하는 제1 물질 및 이득 매질로 작용하는 제2 물질을 포함할 수 있다.
그리고 표 3에서는 제2 물질로 폴리머가 사용될 수 있음을 설명하고 있다. 즉 폴리머는 형광체로 빛을 발광하므로, 일반적인 물질들을 산란 매질로 사용하고 폴리머를 이득 매질로 사용하는 방식이 가능하다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 실시 예에 따른, 랜덤 나노 구조의 여기 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19에서는 랜덤 나노 구조를 여기시키기 위한 여기 에너지(Excitation energy)로 전기 에너지가 사용되는 경우를 설명한다.
전기 전도성 물질들을 시드레이어의 하면(또는 랜덤 나노 구조의 하면) 및 랜덤 나노 구조의 상면에 접합하고, 시드레이어의 하면의 전기 전도성 물질 및 랜덤 나노 구조의 상면의 전기 전도성 물질을 전기적으로 연결하여 전압을 가하는 경우, 랜덤 나노 구조를 통하여 전류가 흐르게 된다.
이 경우 도 20에서 도시하는 바와 같이 랜덤 나노 구조로부터 레이저가 발진될 수 있다.
이러한 산화 아연 랜덤 나노 구조가 사용되는 경우 레이저의 색상은 파란색, 하늘색, 보라색 등을 띄게 되는데, 이는 산화 아연 랜덤 나노 구조의 발광 스펙트럼 안에서 복수의 파장의 레이저가 발진되었음을 의미한다.
그리고 이러한 레이저의 패턴(패턴 이미지 상에서 레이저가 표시된 위치)은 인증에 사용될 수 있다.
다시 도 19로 돌아가서, 소형화 및 하드웨어 단에서 실사용 가능한 단계의 제작을 위해서 전기적 랜덤 레이저 소자를 이용하는 것이 유리하다.
그리고 전기적 랜덤 레이저 소자는 반도체의 공정을 이용하여 만들 수 있습니다.
구체적으로 도 19a에서 도시하는 바와 같이. PN 접합을 이용하여, ZnO 나노 와이어에서 빛의 방출을 유도하는 경우와, 도 19b에서 도시하는 바와 같이 쇼트키 접합(Schottky Junction)을 이용하여, ZnO 나노와이어에서 빛을 방출시키는 경우가 있다,
이렇게 제작된 전기적 랜덤레이저 소자를 동작 시키면, 그림 20과 같이 앤더슨 국소화로 인해서 레이징 스폿(lasing spot)들이 공간상에 랜덤하게 분포하게 된다. 그리고 공간상에 랜덤한 빛의 분포는 소자가 작동할 때 안정성 있게 계속 유지되며, 각각 제작된 소자마다 다른 특성을 가지게 됨으로 물리적 복제 물가능 소자로 구현이 가능하다.
또한, 소자는 크기는 공정 과정에서 조절 가능하며, 소형화 가능한 장점이 있다.
도 21 내지 도 23은 하드 웨어 보안을 위한 랜덤 레이저 소자의 활용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
물리적 복제 불가능 함수(Physically Unclonable Functions, PUFs) 소자를 하드웨어에 탑재하기 위해서, 검출 장치는 이미지 센서 및 이미지 센서의 상부에 랜덤 레이저 소자를 위치 시킬 수 있는 홀더를 포함할 수 있다.
또한 검출 장치는 물리적 복제 방지 장치에 여기 에너지(예를 들어 전원)을 공급하기 위한 에너지 공급부를 포함할 수 있다. 이 경우 전원 공급부는 물리적 복제 방지 장치에 포함되는 에너지 공급 장치(예를 들어 시드레이어의 하면(또는 랜덤 나노 구조의 하면) 및 랜덤 나노 구조의 상면에 접합되는 전도성 레이어)와 연결되어, 랜덤 나노 구조에 여기 에너지를 공급할 수 있다.
또한 검출 장치는 물리적 복제 방지 장치에서 발진되는 다수의 파장을 선별하여 이미지 센서로 통과시키기 위한 필터를 포함할 수 있다.
한편 홀더 상에 위치한 물리적 복제 방지 장치를 동작시키면 앤더슨 국소화 된 빛이 이미지센서로 들어가게 되고, 패턴 이미지 상에 생성된 패턴을 이용하여 인증을 수행함으로써, 랜덤 나노 구조를 물리적 복제 불가능한 암호화 소자로 이용할 수 있다.
이 경우 랜덤 나노 구조 자체가 키(KEY) 저장소로 사용될 수 있으며, 랜덤 나노 구조 자체가 키(KEY) 저장소로 사용되는 경우에는 키가 물리적인 메모리에 저장되는 것이 아니기 때문에 외부에서 알아 내기 어렵다. 이는 보안성에 도움을 줄 수 있으며, 키를 암호화에 사용함으로써 임베디드 시스템 내에서 인증 절차 및 암호화에 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 공정과정에서 랜덤성을 가지는 물리적 구조를 생성하고, 랜덤 구조에서의 양자 활성으로 양자 기반 랜덤 특성을 가지는 랜덤 패턴을 생성함으로써, 레이저의 발진 패턴이 푸아송 분포를 따른다. 즉 같은 방법으로 PUF 소자를 만들어도 그 고유한 특성만큼은 복제가 불가한 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 실리콘, 메모리, 광학 등의 여러가지 물리 현상에 의한 랜덤성을 이용하여 PUF 소자가 제작되기 때문에, 강력한 보안 성능의 물리적 보안기술로써 다양한 첨단 보안 기기에 응용될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 빛의 산란 특성 및 가상의 공진 구조로 인한 다파장 및 다중모드 발진이 일어나기 때문에, 보안을 위해 사용될 수 있는 정보의 양이 늘어나고, 이에 따라 보안성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 랜덤 나노 구조는 동일한 온도 및 전류 상에서 매우 안정적으로 동일한 패턴을 방출하기 때문에, 암호화 소자로 사용되기 매우 유리하다.
또한 제작공정이 매우 용이하여 대량의 키를 생성할 수 있는 장점이 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 물리적 복제 방지 장치 200: 검출 장치

Claims (11)

  1. 기판 상에 수열합성법으로 형성된 랜덤 나노 구조를 포함하고,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    빛을 증폭시키는 이득 매질 및 빛의 경로를 산란시키는 산란 매질을 포함하는 피드백 루프를 포함하고,
    상기 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 일정 패턴의 레이저를 발진하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    동일한 생성 조건에서 생성된 다른 랜덤 나노 구조와 다른 형태를 가지고 다른 패턴의 레이저를 발진하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    기 설정된 값 이상의 여기 에너지가 입력되면, 상기 랜덤 나노 구조의 형태에 의해 형성되는 가상의 공진 구조에 의해 상기 일정 패턴의 레이저를 발진하고,
    상기 여기 에너지는,
    빛 에너지 또는 전기 에너지인
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 일정 패턴은,
    상기 레이저가 발진되는 포인트, 상기 레이저의 발진 방향 및 상기 레이저의 파장 중 적어도 하나를 포함하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    복수의 파장의 레이저들을 발진하고,
    동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서, 상기 복수의 파장의 레이저들의 패턴들은 일정하고,
    상기 복수의 파장의 레이저들의 패턴들은 서로 상이한
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    상기 산란 매질 및 상기 이득 매질 모두로 작용하는 특정 물질로 구성되고,
    상기 특정 물질은,
    ZnO, ZnS, BaSO4, GaN 및 GaAs 중 어느 하나인
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    상기 산란 매질로 작용하는 제1 물질 및 상기 이득 매질로 작용하는 제2 물질을 포함하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 장치.
  8. 기판 상에 수열합성법으로 형성된 랜덤 나노 구조를 포함하는 양자 기반 물리적 복제 방지 장치; 및
    상기 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저의 패턴을 검출하는 검출 장치를 포함하고,
    상기 랜덤 나노 구조는,
    빛을 증폭시키는 이득 매질 및 빛의 경로를 산란시키는 산란 매질을 포함하는 피드백 루프를 포함하고,
    상기 랜덤 나노 구조의 양자 활성을 통하여 일정 패턴의 레이저를 발진하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 검출 장치는,
    상기 랜덤 나노 구조에서 발진되는 레이저를 수신하여 패턴 이미지를 획득하는 이미지 센서를 포함하고,
    상기 패턴 이미지를 이용하여 인증을 수행하고,
    상기 패턴 이미지는, 동일한 온도 및 동일한 여기 에너지에서 일정한
    양자 기반 물리적 복제 방지 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 검출 장치는,
    상기 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 특정 파장의 레이저의 패턴 이미지를 이용하여 인증을 수행하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 검출 장치는,
    상기 랜덤 나노 구조에서 발진되는 복수의 파장의 레이저들 중 둘 이상의 파장의 레이저들의 패턴 이미지들을 이용하여 인증을 수행하는
    양자 기반 물리적 복제 방지 시스템.
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