KR102642181B1 - Puf 기반의 고유 패턴 형성방법 및 puf 기반의 고유 패턴 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는, (i) 레이저 감응형 기판을 준비하는 단계; (ii) 상기 펄스 레이저의 출력 조건을 설정하는 단계; (iii) PUF 패터닝 조건을 설정하는 단계; (iv) 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건에 따라 상기 펄스 레이저를 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사하는 단계; 및 (v) 고유 패턴을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하여 매우 간단한 공정으로 물리적으로 복제할 수 없는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법을 제공한다.

Description

PUF 기반의 고유 패턴 형성방법 및 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치{PUF-BASED UNIQUE PATTERN FORMING METHOD, AND PUF-BASED UNIQUE PATTERN MANUFACTURING APPARATUS}

본 발명은 PUF 패터닝 및 이를 포함하는 보안 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펄스 레이저에 기반하여 PUF 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

위조품으로 인한 경제적 손실, 가짜 처방 의약품으로 인한 공공 의료적 문제, 군용기기에서의 위조 부품으로 인한 국가 안보 차원 측면은 모든 나라에서 공통으로 직면한 문제이다. 이러한 위조 방지 전략을 개발하기 위한 노력이 여러 방면으로 이루어지고 있다.

대표적인 예시로, 물건마다 고유한 번호를 부여하고 이를 암호화한 바코드나 QR코드가 있다. 그러나 이 둘은 공통적으로 쉽게 만들 수 있고 복제할 수 있다는 문제가 있다.

상기 복제가 쉽다는 문제점을 해결하고자 물리적 복제 불가(PUF, physical unclonable function) 기술이 주목을 받고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1442401호(명칭: PUF를 생성하는 장치 및 방법)는 반도체 프로세스의 포토리소그래피(photo-lithography) 공정을 제어하여 PUF를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 구성으로 상기 공정에 연관되는 노광 과정에서, 메탈 레이어의 상측에 배치된 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트에 노출되는 광을 에미팅하는 광원; 및 상기 광원을 구동하는 드라이버를 포함하고, 상기 드라이버는, 상기 노광 과정에 연관되는 적어도 하나의 파라미터를 조정하여, 상기 노광 과정 이후의 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층의 완전한 식각을 위한 제1 크기의 윈도우를 가지는 지의 여부에 따라 상기 PUF가 생성되도록 하며, 상기 드라이버는, 상기 포토레지스트가 상기 제1 크기의 윈도우를 가지는 지의 여부가 랜덤하게 결정되도록 상기 광원을 구동하는 것을 특징으로 하는 장치를 개시하고 있다.

다만, 상기 종래기술은 반도체 공정에 기반하므로 공정 과정이 복잡하며, 또한 공정 과정에서 공정상 유해물질이 발생할 위험이 있는 문제가 있다.

따라서, 복제가 불가능하면서도 쉽고 간단한 공정으로 제조할 수 있으며, 이에 따라 실제 사례에 빠르게 적용이 가능한 현실적인 기술 개발이 여전히 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1442401호

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결 및 개선하고자 창출된 것으로서, 복제가 불가능하면서도 쉽고 공정이 간단한 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 동일한 목적으로 상기 고유 패턴 형성방법을 수행하는 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, (i) 레이저 감응형 기판을 준비하는 단계; (ii) 상기 펄스 레이저의 출력 조건을 설정하는 단계; (iii) PUF 패터닝 조건을 설정하는 단계; (iv) 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건에 따라 상기 펄스 레이저를 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사하는 단계; 및 (v) 고유 패턴을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, PUF 기반의 고유 패턴 형성방법을 제공한다.

상기 (i) 단계의 레이저 감응형 기판은, 실리콘, 실리카, 금, 알루미늄, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 레이저의 이동 속도, 조사 주파수, 레이저에 인가되는 전력의 세기, 펄스의 폭 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 스페클 간의 거리가 50μm 내지 500μm로 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 상기 펄스 레이저가 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사되어 형성되는 스페클 지름의 크기가 10μm 내지 100μm로 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, PUF 패턴 간의 간격, 회전각 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, PUF 패턴 간의 간격이 0.05mm 내지 0.7mm로 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, 10 내지 30의 회전각으로 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 (iv) 단계의 조사는, 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건을 동일하게 하여 동일 경로 상에 복수 회 조사하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 전원부; 펄스 레이저를 조사하는 광원부; 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 PUF 패터닝 조건을 설정하는 제어부; 및 상기 펄스 레이저가 조사되며, 레이저 감응형 물질이 위치하는 타겟부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치를 제공한다.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 동일한 공정 과정의 반복으로 물리적 복제가 불가하며 고유한 패턴을 제공할 수 있는 점에서 공정 과정이 매우 쉽고 간단한 장점이 있다.

또한, 종래기술에서 요구되던 구조적 복잡함, 물질 및 공정 조건의 과도한 제한이 요구되지 않는 점에서 다양한 환경에 적용이 가능하다.

또한, 이미지 기반의 PUF인 점에서 실제 사례에 빠르게 적용 가능한 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법의 순서도이다.
도 2는 펄스 레이저를 직선 경로를 따라 조사하였을 때 기판 상에 형성되는 스페클의 태양을 나타낸 이미지이다.
도 3(a)은 제어된 회전각으로 회전하며 펄스 레이저를 조사하는 태양을 나타낸 이미지이며, 도3(b)는 회전각이 90일때의 조사 패턴을 나타낸 이미지이다.
도 4는 기판 상에 조사된 스페클 간에 겹치는(overlap)되는 태양을 나타낸 이미지이다.
도 5는 (a) 0 및 (b, c, d) 90의 회전각으로 본 발명인 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법을 수행한 실험 결과이다.
도 6은 PUF 패터닝 조건을 변수로 하여 본 발명에 따라 형성한 PUF 기반의 고유 패턴 형성 결과이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치의 개략적인 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "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.

이하 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예인 PUF 기판의 고유 패턴 형성방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 PUF 기판의 고유 패턴 형성방법은 (i) 레이저 감응형 기판을 준비하는 단계; (ii) 상기 펄스 레이저의 출력 조건을 설정하는 단계; (iii) PUF 패터닝 조건을 설정하는 단계; (iv) 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건에 따라 상기 펄스 레이저를 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사하는 단계; 및 (v) 고유 패턴을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 구성에 따라 펄스 레이저의 물리적 한계를 기반으로 하며, 무작위성이 매우 높아 복제가 불가능한 고유 패턴을 제공하는 것에 특징이 있다.

구체적으로 펄스 레이저는 기술적 한계로 인하여 동일한 지점을 타겟으로 하여 동일한 조건으로 레이저를 조사하더라도, 기판 상에 일정한 오차 범위에서 조사되며, 타겟으로 삼은 동일한 지점에 중첩되어 조사되지 않는다.

이러한 펄스 레이저의 물리적 한계를 이용하면, 본 발명이 목적하는 패턴의 형성 방법을 알더라도 물리적으로 동일한 패턴을 형성하는데 한계가 발생한다.

또한, 본 발명은 상기 펄스 레이저의 물리적 한계에 기반하여, 목적하는 패턴의 형성 방법을 파악할 수 없는 무작위성을 구현하고자 하였으며, 후술에서 제시할 조건에 따른 패턴은 패턴의 구현 방법을 파악할 수 없는 점에서 더욱더 물리적으로 복제가 불가능하다.

상기 구성에 따른 또 다른 특징으로, 본 발명은 전술한 펄스 레이저의 물리적 한계에 기반하여 동일한 조건으로 패턴 형성 과정을 수행하더라도, 패턴을 따라 오차 범위에서 매번 다른 위치에 펄스 레이저가 조사되는 점에서, 단일의 공정 조건으로 매번 다른 고유 패턴을 형성할 수 있게 된다.

구체적으로 펄스 레이저를 이용하여 하나의 타겟 지점을 조사할 때 발생할 수 있는 경우의 수를 파악해보면, 최소로 보아 펄스 레이저의 오차 범위가 형성하는 면적을 스페클의 면적으로 나눈 경우의 수가 도출된다.

이 마저도 상기 스페클이 일부라도 겹치지 않고 서로 구분되는 위치에 형성됨을 전제로 하는 경우의 수에 불과하다.

또한, 타겟 지점이 증가할 때마다 상기 경우의 수가 타겟 횟수만큼 곱해진 경우의 수가 도출됨을 예상할 수 있다.

따라서 물리적으로 본 발명에 있어서 동일한 조건으로 형성할 수 있는 패턴의 경우의 수는 한계가 없다고 볼 수 있다.

상기 특징에 기반하여 각 단계를 구체적으로 살펴보면, 첫째로 상기 (i) 레이저 감응형 기판을 준비하는 단계는 펄스 레이저가 조사되어, PUF 기반의 고유 패턴이 형성될 대상을 준비하는 것을 의미한다.

이때 상기 레이저 감응형 기판이라 함은, 레이저가 조사될 때 레이저를 모두 반사하거나 투과시키지 않는 물질로 조사된 레이저에 의해 물리적으로 표면에 스페클(speckle)이 형성될 수 있는 물질을 의미하며, 특정 형태나 물질로 제한되지 않는다.

예를 들어, 상기 레이저 감응형 기판을 구성하는 물질은 실리콘, 실리카, 금, 알루미늄, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

다음으로, 도 2를 참조하여, (ii) 상기 펄스 레이저의 출력 조건을 설정하는 단계를 설명하기로 하면, 상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 레이저의 이동 속도, 조사 주파수, 레이저에 인가되는 전력의 세기, 펄스의 폭 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 레이저 출력 시 통상적으로 설정되는 조건을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이때, 상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력은, 스페클 간의 거리가 50μm 내지 500μm가 되도록 제어될 수 있다.

구체적으로 스페클 간의 거리는 레이저의 이동 속도와 조사 주파수 조건을 통하 제어할 수 있으며, 하기 식1의 관계로 정해진다.

[식1]

스페클 간의 거리 = {레이저의 이동 속도(mm/s)/조사 주파수(kHz)}

상기 스페클 간의 거리는 50μm 내지 500μm 범위 내의 값을 가질 수 있다. 이는 스페클 간의 거리가 50μm 보다 가까운 경우 조밀한 패턴이 형성되기 때문에 각 스페클 간 구분이 되기 어렵고, 500μm 보다 먼 경우에는 스페클 간 거리가 멀어 랜덤한 이미지가 형성되기 어렵기 때문이다.

바람직하게는 상기 스페클 간의 거리는 스페클 지름 10μm 내지 100μm인 것을 고려하여 50μm 내지 250μm 범위 내의 값을 가질 수 있다. 이는 스페클 간의 거리가 50μm 보다 가까운 경우 조밀한 패턴이 형성되기 때문에 각 스페클 간 구분이 되기 힘들고, 상기 스페클의 지름의 크기 최대값이 100μm 인 경우, 상기 스페클 간의 거리가 250μm에서 랜덤한 이미지가 더욱 명확하게 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력은, 상기 펄스 레이저가 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사되어 형성되는 스페클 지름의 크기가 10μm 내지 100μm가 되도록 제어될 수 있다.

구체적으로 상기 스페클 지름의 크기가 10μm 보다 작은 경우에는 너무 작아 이미지를 구분하기 어렵고 랜덤성이 떨어지기 때문이며, 100μm 보다 큰 경우에는 스페클 간 오버랩이 되는 경우가 너무 많아, 좋지 않은 경우에는 구분된 패턴을 획득하기 힘든 경우가 발생할 수 있기 때문이다.

이때 상기 스페클 지름의 크기는 상기 레이저에 인가되는 전력의 세기와 레이저가 출력되는 광원부의 지름에 영향을 받을 수 있다.

다음으로, 도 2 내지 도 3을 참조하여 상기 (iii) PUF 패터닝 조건을 설정하는 단계를 설명하기로 한다.

상기 (iii) 단계는 상기 (ii) 단계에 따라 출력 조건이 설정된 레이저를 이용하여 구현하려는 패턴의 조건을 설정하는 단계이다.

예를 들어, 상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은 PUF 패턴 간의 간격, 회전 각도 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이때, 상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, PUF 패턴 간의 간격이 0.05mm 내지 0.7mm로 제어될 수 있다.

구체적으로 상기 PUF 패턴 간의 간격이 0.05mm보다 작은 경우에는 형성되는 스페클이 많이 겹치게 되어 뚜렷한 무작위한 패턴을 획득하기 어렵기 때문이며, 0.7mm보다 큰 경우에는 뚜렷하게 구분할 수 있는 패턴을 획득할 수 있지만, 높은 랜덤성을 갖기에는 어렵기 때문이다. 바람직하게는 0.2mm 내지 0.4mm 일 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여 상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, 10 내지 30의 회전각으로 제어될 수 있다.

구체적으로 상기 회전각이 10보다 작은 경우에는 많은 수의 스페클이 형성되어 결국에는 구분하기 어려운 패턴을 획득할 수 있기 때문이며, 30보다 큰 경우에는 충분히 구분할 수 있는 패턴을 획득할 수 있지만, 랜덤성이 떨어지기 때문이다.

이때 본 발명에 있어서 회전각이라 함은 도 3에 도시된 바와 같이 펄스 레이저를 조사하는 광원부가 축을 중심을 회전되는 각도를 의미할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 패턴 형성을 위해 통상적으로 사용할 수 있는 회전이 수반되는 행위의 정도를 나타내는 의미로 해석됨이 바람직하다.

다음으로 (iv) 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건에 따라 상기 펄스 레이저를 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사하는 단계를 상세히 설명하기로 한다.

상기 (iv) 단계는 상기 (ii) 단계 및 (iii) 단계에서 설정한 공정 조건으로 제어된 펄스 레이저를 레이저 감응형 기판 상에 조사하여 물리적은 에너지를 가하며, 이에 따라 기판 상에 레이저가 조사된 위치에 스페클로 구성된 패턴을 형성하는 단계이다.

전술한 바와 같이 상기 (iv) 단계는 동일한 조건과 과정으로 수행하더라도 매번 다른 위치에 스페클이 형성된 조합의 패턴이 형성되는 장점이 있으므로, 고유한 패턴을 형성하기에 매우 간단함을 알 수 있다.

이때 상기 (iv) 단계의 조사는, 더 높은 무작위성 및 물리적 복제 불가능성을 위해 동일한 조건 및 동일한 경로 상에 복수 회 조사될 수 있으며, 다만 과도한 중첩으로 형성된 스페클 간에 구분되지 않거나 형성된 패턴이 인식되지 않는 문제가 있을 수 있으므로 이를 고려하여 결정되어야 한다.

구체적으로도 4를 참조하면, 스페클 간에 중첩되는 정도는 하기 식2에 따라 구해진다.

[식2]

스페클 간에 중첩되는 정도(%)=[{1-v/(f x D)} x 100]

(이때, 상기 v는 레이저의 이동 속도이며, f는 조사 주파수이며, D는 스페클 지름의 크기이다)

다음으로 (v) 고유 패턴을 추출하는 단계를 상세히 설명하기로 한다.

상기 (v) 단계는 상기 (i) 단계 내지 (iv) 단계에 따라 형성된 PUF 기반의 고유 패턴의 전부 또는 일부를 선택하는 단계이다.

구체적으로 본 발명에 따라 형성된 PUF 기반의 고유 패턴은 패턴 내의 임의의 영역을 무작위로 선택하더라도 선택된 영역 간에 서로 다른 패턴을 이룬다.

따라서 형성된 PUF 기반의 고유 패턴의 일부를 선택하는 과정에서 또다시 무작위성이 더해지게 된다.

이하 본 발명의 다른 실시예인 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치를 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치의 개략적인 도면이다.

상기 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치는 구성으로 전원부(10); 펄스 레이저를 조사하는 광원부(20); 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 PUF 패터닝 조건을 설정하는 제어부(30); 및 상기 펄스 레이저가 조사되며, 레이저 감응형 물질이 위치하는 타겟부(40);를 포함한다.

이에 따라 상기 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치는 펄스 레이저를 이용하므로 동일한 조건으로 매번 다른 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있으며, 또한 종래 반도체 공정을 이용한 PUF 기술과 비교하여 요구되는 공정 조건의 제한 사항이 매우 적으므로, 다양한 환경과 산업에 이용되기 용이한 장점이 있다.

실험예1

펄스 레이저의 물리적 한계 확인 실험

(1) 실험 개요

본 실험은 펄스 레이저의 물리적 한계에 따라 동일 조건 및 동일 경로를 따라 조사한 레이저가 기판 상에 조사되는 태양을 확인하고자 수행하였다

(2) 실험 결과 및 분석

도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 5(a)는 PUF 패터닝 조건으로 회전각을 0 제어한 조건에서 단일 경로를 따라 펄스 레이저를 조사하여 형성한 스페클 패턴을 나타낸 것이다.

이에 따르면 동일한 직선 모양과 조건으로 펄스 레이저를 좌에서 우로 조사하고 수직으로 선을 그어 확인해 보았을 때, 레이저가 완전히 동일한 위치에 조사가 되지 않음을 나타낸 것이다. 이를 통해 펄스레이저가 가진 기계적 오류의 한계로 인해 랜덤성이 존재한다는 점을 나타내고자 하였다.

다음으로도 5(b, c, d)는 PUF 패터닝 조건으로 회전각을 90으로 제어하여 4회 회전된 경우의 결과이다.

이에 따르면 동일한 조건하에 동일한 위치에 조사된 펄스 레이저가 형성한 스페클이 일정 범위에서 무작위하게 형성됨을 알 수 있다. 특히 도 5(c) 및 도 5(d)의 우측 상단의 확대된 이미지를 살피면, 동일한 위치에 조사되어 형성된 스페클 간에 어긋나는 정도 또한 상이함을 알 수 있다.

상기 결과를 통해 본 발명이 제안하는 방법에 따른 PUF 기반의 고유 패턴이 동일한 공정 조건하에서도 매번 상이한 패턴을 형성함을 확인할 수 있으며, 이는 PUF 기술의 핵심인 물리적 복제 불가능성을 입증한 결과라고 할 수 있다.

실험예2

최적의 공정 조건 도출 실험

(1) 실험 개요

본 실험은 펄스 레이저의 출력 조건에 있어서 레이저의 이동 속도를 변수로 하고, PUF 패터닝 조건에 있어서 PUF 직선 패턴 간의 간격 및 회전각을 변수로 하여 PUF 기반의 고유 패턴을 형성하고, MATLAB software를 통해 해당 패턴의 형성 조건 중 어느 패턴이 뚜렷하게 이미지 확인이 가능하며 복제가 불가능한 랜덤성이 있는 패턴인지 여부를 확인하였으며, 또한 무작위하게 분포된 정도를 확인하는 지표인 RMSE(root mean square error) 값을 계산하였다.

(2) 실험 결과 및 분석

도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6(a)은 레이저의 이동 속도를 1000(mm/s)로 설정하고, PUF 패턴 간의 간격(hatch distance)을 0.5mm, 0.3mm, 0.1mm, 0.07mm, 0.03mm로 하며, 회전각을 30으로 하여 360 회전하며 패턴을 형성한 결과이다.

도 6(b)은 레이저의 이동 속도를 2000(mm/s)로 설정하고, PUF 패턴 간의 간격(hatch distance)을 0.5mm, 0.3mm, 0.1mm, 0.07mm, 0.03mm로 하며, 회전각을 0으로 하여 패턴을 형성한 결과이며, 도 6(c)은 도 6(b)의 경우와 회전각만을 달리하여, 0, 30, 60, 90도로 회전하여 패턴을 형성한 결과이며, 도 6(d)은 도 6(b)의 경우와 회전각만을 달리하여, 30로 360가 되도록 회전하여 패턴을 형성한 결과이다.

도출된 패턴을 대상으로 이미지를 획득한 다음, MATLAB software의 수학적 모델을 이용하여 무작위한 패턴 형성 조건을 도출할 수 있는지 확인해 보았다. 단일 형태의 스페클은 'Pattern'으로, 2개 이상의 스페클이 겹치게 된 형태는 'Object'로 명명하였으며, 이러한 object는 방향성을 갖게 된다. Object의 방향성을 통해 무작위한 이미지를 형성할 때 설정한 회전각을 추측하여 복제가 가능하다면, 이는 복제할 수 없는 이미지가 아닌 복제가 가능한 이미지로, PUF 고유패턴으로서 역할을 수행할 수 없다. 그렇게 하여, 회전각만 다르게 한 샘플 각각의 회전각 가능성을 MATLAB software의 수학적 모델로 도 6의 조건들을 대상으로 하여 계산을 해 보았다. 그 결과 도 6(d)의 경우인 레이저의 이동 속도가 2000(mm/s), PUF 패턴 간의 간격(hatch distance)이 0.3mm 및 30의 회전각으로 360가 되도록 회전한 경우에서 어떤 각도로 회전각을 설정하였는지 예측할 수 없다는 어려움을 확인할 수 있었다. 따라서 복제가 불가능한 랜덤성을 가진 패턴의 형성 조건 중 하나임을 확인할 수 있었다.

또한, 도출된 패턴을 대상으로 RMSE(root mean square error) 값을 계산하였으며, 레이저의 이동 속도가 2000(mm/s), PUF 패턴 간의 간격(hatch distance)이 0.3mm 및 30의 회전각으로 360가 되도록 회전한 경우에서 이미지를 확인하였을 때 전반적으로 무작위함이 잘 분포되었는지 확인할 수 있는 가장 낮은 RMSE값을 보여, 패턴의 무작위한 분포가 가장 고른 것을 확인하였다. 이로 인해 PUF기반의 고유 패턴을 형성하는데 이상적인 최적의 조건 중 하나임을 확인할 수 있었다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 스페클
200: 스페클 간의 거리
300: PUF 패턴 간의 간격(hatch distance)

Claims (10)

1. (i) 레이저 감응형 기판을 준비하는 단계;
   (ii) 펄스 레이저의 출력 조건을 설정하는 단계;
   (iii) PUF 패터닝 조건을 설정하는 단계;
   (iv) 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건에 따라 상기 펄스 레이저를 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사하는 단계; 및
   (v) 고유 패턴을 추출하는 단계;를 포함하고,
   상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, 10 내지 30의 회전각으로 제어되는 것을 특징으로 하고,
   상기 펄스 레이저의 물리적 한계에 기반하여 패턴을 따라 오차 범위에서 매번 다른 위치에 상기 펄스 레이저가 조사되어 단일의 PUF 패터닝 조건으로 매번 다른 고유 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (i) 단계의 레이저 감응형 기판은, 실리콘, 실리카, 금, 알루미늄, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 레이저의 이동 속도, 조사 주파수, 레이저에 인가되는 전력의 세기, 펄스의 폭 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 스페클 간의 거리가 50μm 내지 500μm로 제어되는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 (ii) 단계의 펄스 레이저 출력 조건은, 상기 펄스 레이저가 상기 레이저 감응형 기판 상에 조사되어 형성되는 스페클 지름의 크기가 10μm 내지 100μm로 제어되는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, PUF 패턴 간의 간격, 회전각 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 (iii) 단계의 PUF 패터닝 조건은, PUF 패턴 간의 간격이 0.05mm 내지 0.7mm로 제어되는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 (iv) 단계의 조사는, 상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 상기 PUF 패터닝 조건을 동일하게 하여 동일 경로 상에 복수 회 조사하는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 형성방법.
10. 전원부;
    펄스 레이저를 조사하는 광원부;
    상기 펄스 레이저의 출력 조건 및 PUF 패터닝 조건을 설정하는 제어부; 및
    상기 펄스 레이저가 조사되며, 레이저 감응형 물질이 위치하는 타겟부;를 포함하고,
    상기 PUF 패터닝 조건은, 10 내지 30의 회전각으로 제어되는 것을 특징으로 하고,
    상기 펄스 레이저의 물리적 한계에 기반하여 패턴을 따라 오차 범위에서 매번 다른 위치에 상기 펄스 레이저가 조사되어 단일의 PUF 패터닝 조건으로 매번 다른 고유 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 PUF 기반의 고유 패턴 제조장치.