KR20180121264A - 금속 나노 구조체 기반의 암호화 장치 - Google Patents

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Abstract

금속 나노 구조체를 이용한 암호화 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 암호화 장치는 키랄성 금속 나노 구조체의 광학 특성 제어 기술을 이용하여 금속 나노 구조체의 파장, 편광도, 편광 세기 등을 인코더로 표식화하는 것을 제공한다.

Description

금속 나노 구조체 기반의 암호화 장치{ENCRYPTION APPARATUS BASED ON METAL NANOSTRUCTURE}
본 발명은 금속 나노 구조체 기반의 암호화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 금속 나노 구조체의 광학 특성 제어 기술을 이용한 암호화 장치 및 암호화 방법에 관한 것이다.
위조 상품과 위조문서들로 인해 전세계적으로 매년 수천억 달러이상의 손실과 인류 건강에 심각한 문제를 초래하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 사용되는 위조 방지 기술의 시장은 암호화 Packaging 기술의 경우 2010년 640억 달러였고 2015년 742억 달려 예측되었다(2014년 자료 기준). 또한, Track & Trace 기술과 인증(Authentication) 기술의 시장은 317억 달러로 형성되었고 2015년 365억 달러 예측되었다(2014년 자료기준).
위조 방지 기술은 크게 Overt, Covert, Forensic, Track & Trace 목적으로 분류 되며 일반적으로 2~3개의 기술을 복합하여 사용한다. Overt Technologies (Visible features)는 눈으로 구분 가능한 기술로 전문 지식이나 장치 없이 사용자가 바로 식별 가능한 방법이다. 예를 들어, Hologram Tag, Optically Variable Ink, Color shifting ink 등의 방법이 있다. Covert Technologies (Hidden Markers)는 Bare-eye로는 구분 불가(Covert)하며, 전문 지식 또는 별도의 장치가 필요한 방법이다. 예를 들어, Bare-eye로는 구분 불가한 투명 잉크, Embedded image, Water Mark, Laser Coding 등이 있다. Covert Technologies는 사용자가 아닌 제작 업체가 구분 가능한 것으로 대중에 노출될 경우 암호화 가치가 없어진다. Forensic Technologies는 Covert 기술의 한 부분으로 과학적 방법론을 통해 구현하는 전문적인 기술이다. 예를 들어, Chemical/Biological/DNA/Micro Taggant가 있다. 상술한 기존의 기술들은 복제가 용이하여 2-3가지 방법을 혼합하여 사용하고 있다.
한편, Track & Trace는 각각의 제품에 고유 인식번호를 부여하는 방식으로 105 - 1012의 Encoding Capacitance를 요구하며 향후 제품의 유통 및 사용에 관한 데이터 베이스 축적이 목표이다. 그러나, 상술한 기존 기술들은 복제 난이도가 낮아 보안의 우려가 높으며 103 - 105 수준의 Encoding Capacitance와 대량 생산성 및 가격 측면에서 제한적이다. 따라서, Track & Trace로써의 활용에 한계점 있다.
또한, 단순 위조 방지 목적 이외에 특정 제품의 위치 및 사용처를 파악하기 위해 Track & Trace 기술로 Serialization, Bar Code, RFID 등이 사용되고는 있으나 인코딩 Capacitance 낮고 가격 경쟁력 면에서 그 활용이 매우 제한적이다.
기존의 Covert 기술은 쉽게 복제될 수 있기 때문에 보안 및 위조의 위험성이 높고 기존 Forensic 기술은 전문적인 기술과 장비를 요구하는 측면에서 활용 범위가 제한적이다. 기존 Track & Trace는 보안의 효과가 떨어지며 Encoding Capacitance가 낮을 뿐만 아니라 현재 관련 연구 개발 역시 매우 미흡한 상황이다. 현재 Track & Trace의 Needs는 제약에 집중되어 있으나 향후 IoT가 생활화 될 경우 각 Device들의 Identity 확보와 보안 추적을 위해 Track & Trace의 Needs는 기하급수적인 증가가 예상된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 키랄성 금속 나노 구조체를 이용한 암호화 장치를 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명은 키랄성 금속 나노 구조체의 광학 특성 제어 기술을 이용하여 금속 나노 구조체의 파장, 편광도, 편광 세기 등을 인코더로 표식화하는 것을 제공한다.
본 발명은 천문학적인 인코딩 경우 수와 Covert한 특성을 이용해서 일반 사용자는 인지 불가능한 Track & Trace 암호화 기술로 응용이 가능하다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 암호화 장치는 키랄성 금속 나노 구조체를 이용한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 암호화 장치는 금속 나노 구조체를 사용하여, 원편광이색성 측정 결과로 얻어지는 g-Factor 스펙트럼의 파라미터인 공명진동수, 흡수도의 크기, g-Factor의 크기 등을 이용한 분광학적 암호화 방식 및 편광 각도의 변화에 따른 색변화의 조합을 이용하여, 천문학적인 경우의 수로 인코딩 및 디코딩이 가능한 암호화 시스템을 제공한다.
본 발명은 새로운 라벨링 시스템인 키랄성 금속 나노 구조체의 광학 특성을 이용하여 Covert, Track & Trace 기술을 혼합하여 위조 방지 효과뿐만 아니라 천문학적인 Encoding capacitance를 이용해 Track & Trace로 활용할 수 있다.
또한, 키랄성 금속 나노 구조체는 105의 Encoding Capacitance를 가지며 2개 이상의 키랄성 금속 나노 구조체를 혼합할 경우 Encoding Capacitance가 기하급수적으로 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 위조 방지 기술를 예시한 이미지이다.
도 2a 및 도 2b는 키랄성 금속 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 3은 키랄성 금속 나노 구조체를 사용하여 분광학적 암호화 방식 및 색변화 패턴 방식에 따른 암호화 가능성을 대략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 키랄성 금속 나노 구조체의 g-Factor 스펙트럼을 예시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 키랄성 금속 나노 구조체의 편광 각도의 변화에 따른 색변화를 나타내는 이미지이다.
1. 키랄성 금속 나노 구조체 및 키랄성 금속 나노 구조체를 이용한 암호화
키랄성 금속 나노 구조체는 3차원 키랄 구조를 가지는 금속 나노 물질을 의미한다. 3차원 키랄 구조는 이로써 제한되는 것은 아니나, 비대칭 구조로서 일 방향으로 뒤틀린 형상을 의미한다. 따라서, 키랄성 금속 나노 구조체는 나노 사이즈를 가지는 동시에 일정 방향으로 휘어지는 형태로 성장된 금속 구조를 가진다. 도 2a 및 도 2b는 키랄성 금속 나노 구조체의 SEM 사진이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 키랄성 금속 나노 구조체는 수십 내지 수백 나노 미터의 크기를 가지며, 표면이 일 방향으로 휘어지는 형태로 성장한 형상을 갖는다.
키랄성 금속 나노 구조체는 Plasmonic 효과를 이용한 금속 입자로 빛과 강하게 상호 작용하여 빛의 편광 특성을 조절할 수 있다. 키랄성 금속 나노 구조체는 제작 조건을 통해 공명진동수, 농도 및 Chirality를 제어할 수 있고 다양한 광학 특성 구현이 가능하다. 또한 서로 다른 조건에서 제작된 나노입자를 혼합하여 새로운 편광기반 광학성질도 나타낸다. 키랄성 금속 나노 구조체를 필름 형태로 제작하여 보안 유닛(Unit)으로 활용이 가능하다. 제작된 보안 유닛에 함유된 키랄성 금속 나노 구조체들은 제작 조건에 따라 공명진동수, 농도, Chirality, 혼합비를 조절하여 천문학적인 경우의 수를 생성할 수 있다. 일반적으로, 단일 키랄성 금속 나노 구조체는 105의 Encoding Capacitance를 가질 수 있다. 이때, 2개 이상의 키랄성 금속 나노 구조체를 혼합할 경우 Encoding Capacitance가 기하급수적으로 증가할 수 있다. 이는 분광학적 암호화 방식을 통해 스펙트럼의 형태로 암호화되며, 동시에 편광 필터의 각도에 따라 발생하는 색변화 패턴을 코드로 이용하여 암호화된다. 도 3은 키랄성 금속 나노 구조체를 사용하여 분광학적 암호화 방식 및 편광기반 색변화 방식에 따른 암호화 가능성을 대략적으로 나타낸 개념도이다.
2. 키랄성 금속 나노 구조체를 이용한 분광적 암호화
보안 유닛이 함유하고 있는 키랄성 금속 나노 구조체는 편광기반의 스펙트럼 측정 방법인 원편광이색성(Circular Dichroism, CD) 측정을 통해 흡수 및 g-Factor 스펙트럼을 동시에 획득할 수 있다. 원편광이색성 측정 결과로 얻어지는 흡수 및 g-Factor 스펙트럼으로부터 3가지의 독립 파라미터인 1) 공명진동수, 2) 흡수도의 크기, 3) g-Factor의 크기를 얻을 수 있다. 제작 조건을 변화시킴으로써 3가지의 독립 파라미터를 각각 변화시킬 수 있으며, 한 가지 제작 조건에 대하여 3가지 파라미터의 조합으로부터 얻을 수 있는 경우의 수는 약 105 수준이다. 즉, 키랄성 금속 나노 구조체 및 이를 함유한 보안 유닛의 제작 조건을 조절하여 앞서 언급한 3가지의 독립 파라미터를 암호화한다. 도 4는 일 실시예에 따른 키랄성 금속 나노 구조체의 g-Factor 스펙트럼을 예시한 도면이다.
3. 키랄성 금속 나노 구조체의 편광기반 색변화를 이용한 암호화
보안 유닛이 함유하고 있는 키랄성 금속 나노 구조체는 육안으로 볼 때는 서로 유사하여 구별 불가능한 색을 지니고 있으나 편광 필터 조합을 이용하여 관찰하면 편광 필터간 각도를 바꿈에 따라서 색이 폭넓게 변하는 특성을 지닌다. 편광 필터간 각도를 일정하게 회전시키며 색을 기록하면 색변화 패턴을 얻을 수 있으며, 키랄성 금속 나노 구조체의 제작 조건을 조절하는 것에 의하여 색변화의 범위 및 간격과 색변화가 발생하는 편광 각도의 변화가 가능하다. 도 5는 일 실시예에 따른 키랄성 금속 나노 구조체의 편광 각도의 변화에 따른 색변화를 나타내는 이미지이다.
한 가지 종류의 키랄성 금속 나노 구조체를 함유한 보안 유닛은 편광 필터간 각도에 따라 다르게 나타나는 한 가지의 색변화 패턴을 얻을 수 있다. 서로 다른 제작 조건에서 만들어진 키랄성 금속 나노 구조체를 이용한 2개 이상의 보안 유닛을 함께 사용하면 보안 유닛의 수만큼 색변화 패턴을 얻을 수 있으며, 이는 2차원적인 색변화 패턴 암호가 된다. 이때 함께 사용하는 보안 유닛의 수를 늘릴수록 암호화 가능한 경우의 수가 기하급수적으로 증가한다. 즉 키랄성 금속 나노 구조체의 제작 조건을 조절하고 서로 다른 나노입자를 함유한 보안 유닛을 함께 사용하여 2차원의 색변화 패턴을 발생시킴으로써 암호화를 달성한다.
4. 효과
현재 위조 방지 및 유통관리를 위한 암호화 기술은 현재 제약에서의 니즈(Needs)가 주요하지만 향후 IoT 등에서 수집되는 Big Data의 신뢰성 확보를 위해서는 각 디바이스의 보안화된 고유 번호와 Track & Trace는 요구될 것으로 예상된다. (2014년 자료 기준 : 제약 관련 위조 Packaging 기술 시장은 2010년 640억 달러였고 2015년 742억 달려 예측되었다. 그리고 Track & Trace 기술과 Authentication 기술의 시장은 317억 달러로 형성과 2015년 365억 달러 예측되었다.) 기존의 기술의 경우 Encoding Capacitance가 103 - 105으로 제한되며 요구되는 Capacitance(105 - 1012)에 비해 매우 낮고 보안 노출 위험성 역시 매우 높다. 본 발명은 새로운 라벨링 시스템으로 키랄성 금속 나노 구조체의 광학 특성을 이용하여 Covert, Track & Trace를 동시에 구현 가능한 기술로 한 개의 금속 나노 구조체는 105의 Encoding Capacitance를 가지며 N 종류 금속 나노 구조체의 혼합을 통해 Encoding Capacitance를 (105)N까지 확장 가능하다. 이렇게 기하급수적으로 확장 가능한 Encoding Capacitance는 분광학적 암호화 방식을 통해 스펙트럼의 형태로 암호화되며, 동시에 편광 필터의 각도에 따라 발생하는 색변화 패턴을 코드로 이용하여 암호화 기술로 활용 가능하다.

Claims (17)

  1. 키랄 구조를 가지는 복수의 금속 나노구조체를 제조하는 단계;
    상기 복수의 금속 나노구조체의 광학 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 금속 나노구조체를 포함하는 보안 유닛(Unit)을 제조하는 단계를 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체를 제조하는 단계는,
    금속 전구체, 계면 활성제 및 환원제를 혼합하여 제1 혼합 용액을 제조하는 단계;
    상기 제1 혼합 용액에 펩타이드를 첨가하여 제2 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 제2 혼합 용액에 복수의 금속 시드 입자를 첨가하여 금속을 성장시키는 단계를 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펩타이드는 시스테인(cysteine, Cys), 글루타메이트(glutamate, Clu), 알라닌(alanine, Ala), 글리신(glycine, Gly), 페니실라민(penicillamine), 히스티딘(histidine), 라이신(lysine), 오르니틴(ornithine), 아르기닌(arginine), 아스파르트산(aspartic acid), 글루탐산(glutamic acid), 아스파라진(asparagine), 글루타티온(glutathione), 및 글루타민(glutamine)으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펩타이드는 모노펩타이드(monopeptide), 디펩타이드(dipeptide) 또는 트리펩타이드(tripeptide)인, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 금속 시드 입자는 금, 은 및 동 중 적어도 하나이고, 상기 복수의 금속 시드 입자 각각의 크기는 1nm 내지 100nm인, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체 각각은 오목부와 볼록부를 포함하고,
    상기 오목부 및 상기 볼록부는 일 방향으로 휘어지도록 연장된, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체 각각은 모서리가 일 방향으로 꼬이도록 형성된 헬리코이드(helicoid) 형상을 가지는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학 데이터는 금속 나노구조체로부터 측정된 분광학적 데이터 및 색변화 패턴 데이터 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 분광학적 데이터는 상기 금속 나노구조체의 원편광 이색성(CD) 스펙트럼, g-factor 스펙트럼 또는 흡광도 스펙트럼을 포함하고, 상기 색변화 패턴 데이터는 상기 금속 나노구조체에 조사되는 편광의 각도 변화에 따른 색상 변화를 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    분광학적 데이터는 상기 원편광 이색성(CD) 스펙트럼, 상기 g-factor 스펙트럼 또는 상기 흡광도 스펙트럼으로부터 각각 얻어지는 복수의 파라미터들을 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체의 광학 데이터를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 금속 나노구조체에 편광을 조사하여 상기 분광학적 데이터 또는 상기 색변화 데이터를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 상기 분광학적 데이터 또는 상기 색변화 데이터를 저장하는 단계를 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체는 제1 키랄 구조를 가지는 복수의 제1 금속 나노구조체 및 제2 키랄 구조를 가지는 복수의 제2 금속 나노구조체를 포함하고,
    상기 제1 키랄 구조 및 상기 제2 키랄 구조는 상이한 형상이고,
    상기 제1 금속 나노구조체와 상기 제2 금속 나노구조체로부터 측정된 분광학적 데이터 및 색변화 패턴 데이터는 상이한, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 인코딩 방법.
  12. 키랄 구조를 가지는 복수의 금속 나노구조체를 포함하는 보안 유닛을 준비하는 단계;
    상기 보안 유닛의 상기 복수의 금속 나노구조체에 편광을 조사하여 광학 데이터를 측정하는 단계;
    저장부로부터 미리 저장된 레퍼런스 광학 데이터를 로드하는 단계; 및
    상기 측정된 광학 데이터를 상기 레퍼런스 광학 데이터와 비교하는 단계를 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 디코딩 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체 각각은 오목부와 볼록부를 포함하고,
    상기 오목부 및 상기 볼록부는 일 방향으로 휘어지도록 연장된, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 디코딩 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광학 데이터는 상기 복수의 금속 나노구조체로부터 측정된 분광학적 데이터 및 색변화 패턴 데이터 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 분광학적 데이터는 상기 금속 나노구조체의 원편광 이색성(CD) 스펙트럼, g-factor 스펙트럼 또는 흡광도 스펙트럼을 포함하고, 상기 색변화 패턴 데이터는 상기 금속 나노구조체에 조사되는 편광의 각도 변화에 따른 색상 변화를 포함하는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 디코딩 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 레퍼런스 광학 데이터는 보안 여부 또는 위조 여부를 판단하기 위하여, 미리 결정된 조건하에서 제조된 레퍼런스 키랄성 금속 나노구조체로부터 측정된, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 디코딩 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노구조체는 제1 키랄 구조를 가지는 복수의 제1 금속 나노구조체 및 제2 키랄 구조를 가지는 복수의 제2 금속 나노구조체를 포함하고,
    상기 제1 키랄 구조 및 상기 제2 키랄 구조는 상이한 형상이고,
    상기 제1 금속 나노구조체와 상기 제2 금속 나노구조체로부터 측정된 분광학적 데이터 및 색변화 패턴 데이터는 상이한, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 디코딩 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 측정된 광학 데이터를 상기 레퍼런스 광학 데이터와 비교하는 단계에서,
    상기 측정된 광학 데이터가 상기 레퍼런스 광학 데이터와 일치하는 경우 보안이 인증되고, 상기 측정된 광학 데이터 중 적어도 하나가 상기 레퍼런스 광학 데이터와 상이한 경우 보안이 인지되지 않는, 키랄성 금속 나노구조체를 이용한 디코딩 방법.
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