KR20190016800A - Physical Unclonable Function Device And Method of Random Number Generation Using The Same - Google Patents

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Abstract

An objective of the present invention is to provide a physical copying prevention device capable of being mass produced at low costs and having randomness and reliability, and a manufacturing method of the same. The physical copying prevention device includes a plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate, and an identification key is generated by measuring a difference in light absorption characteristics due to local surface plasma resonance of the nanoparticles. In addition, microstructures can be formed on the substrate, so as to provide effects of enhancing light absorbing characteristics, increasing randomness, or increasing a performance of an application device.

Description

물리적 복제방지 장치 및 이를 이용한 난수 생성 방법{Physical Unclonable Function Device And Method of Random Number Generation Using The Same}[0001] The present invention relates to a physical copy protection device and a random number generation method using the same,

본 발명은 물리적 복제방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 국부적 표면 플라즈마 공명 현상에 의한 흡광 특성의 차이를 측정하여 난수 생성 방법을 제공하는 물리적 복제방지 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a physical copying prevention apparatus, and more particularly, to a physical copying prevention apparatus which provides a random number generating method by measuring a difference in light absorbing characteristics by local surface plasmon resonance.

종래의 온라인 금융거래의 사용자 인증 수단으로 사용되어 온 공인인증서, 비밀번호 등과 같은 소프트웨어 보안 시스템은 시스템 구조 상 메모리를 통하여 연산이 수행되므로 메모리 공격을 피할 수 없다. 즉, 메모리에 저장된 키는 소프트웨어적으로 보호되고 있어 언제든 외부 공격을 통하여 유출될 위험성이 있다. 이러한 소프트웨어 보안 시스템의 한계를 극복하기 위하여 보안카드, 휴대폰 인증, 일회성 비밀번호(OTP) 및 캡차(CAPCHA) 코드 입력과 같은 다양한 방식의 인증이 요구되고 있다. 또한 최근, 빠른 속도로 일상생활에 침투되고 있는 사물 인터넷(Internet of the Things, IoT) 기술로 인해 해킹으로 인한 재산상, 신체상의 직접적 피해가 가능하게 되며 사용자 및 개별 기기를 식별하는 것이 매우 중요한 이슈가 되었다.A software security system such as a public certificate, a password, and the like, which has been used as a user authentication means of a conventional online financial transaction, can not avoid a memory attack because an operation is performed through a memory in a system structure. That is, the keys stored in the memory are protected by software, and there is a risk that they will be leaked through external attacks at any time. In order to overcome the limitations of such software security systems, various authentication methods such as security card, mobile phone authentication, one-time password (OTP) and CAPCHA code input are required. Recently, it has become very important to identify the users and individual devices because it is possible to directly damage the property and the body by the hacking due to the technology of Internet of the Things (IoT) .

현재 금융권에서 가장 많이 사용되고 있는 일회성 비밀번호(OTP) 발생기는 OTP 발생기를 제작할 때 인증 서버에 저장된 비밀키를 이용하여 사용 시마다 다른 일회용 비밀 번호를 생성한다. 그러나 생성되는 일회용 비밀 번호가 완전히 랜덤으로 생성되는 것이 아니고 미리 정해진 암호화규칙을 사용하므로, OTP 발생기 단말에 대한 정보를 가지고 있다면 동일한 비밀번호를 생성할 수 있다.One-time password (OTP) generator, which is currently used most in the financial sector, generates another one-time password each time the OTP generator is used by using the secret key stored in the authentication server. However, since the generated one-time password is not generated completely randomly but uses a predetermined encryption rule, the same password can be generated if the OTP generator terminal has information about the terminal.

이와 같은 종래 보안 방식의 문제를 극복하기 위하여 하드웨어 기반의 보안 방식이 주목받고 있다. 물리적 복제방지 장치(Physical Unclonable Function, PUF)는 동일한 제조 공정에서 생산되는 소자의 미세 구조 차이를 이용하여 보안키를 생성하는 기술이다. 물리적 복제방지 장치는 반도체 공정상의 오차로 인하여 나노 스케일의 미세구조 차이가 자체적으로 랜덤하게 생성되어 인위적으로 구조를 형성할 경우에 비하여 더욱 예측 불가능하고 다양한 값을 가질 수 있다. 또한 동일 기판 상에서 동일 공정을 거친 물리적 복제방지 장치라 할지라도 열처리 시 위치 차이에 의한 기판의 온도 차이, 약품 처리 시 약품의 농도 또는 용량 차이등과 같이 수없이 미세한 변수들에 의하여 장치마다 지문과 같이 고유한 특성을 나타내게 된다.In order to overcome the problem of the conventional security method, a hardware-based security method has attracted attention. A Physical Unclonable Function (PUF) is a technique for generating a security key using a difference in microstructure of a device produced in the same manufacturing process. The physical copying prevention device can have various values which are more unpredictable and unexpected than the case where the difference in microstructure of the nanoscale is randomly generated due to errors in the semiconductor process to form a structure artificially. Also, even in the case of a physical copying prevention device that has undergone the same process on the same substrate, there is a possibility that the difference in temperature of the substrate due to the positional difference during heat treatment, Thereby exhibiting inherent characteristics.

실제로 사용 가능한 물리적 복제방지 장치는 다음과 같은 요건을 만족하여야 한다. 먼저, 생산하기는 쉽지만, 복사가 불가능하여야 한다. 두 번째로, 소자의 특성을 쉽게 읽기(reading) 가능하나, 예측(predicting) 불가능하여야 한다. 세 번째로, 모든 가능한 패턴 조합을 시도할 수 없도록 복잡도가 높으며 각 장치간 식별 가능한 독창적인 값을 가져야 한다. 네 번째로, 주변 환경 변화에도 불구하고 동일한 출력값을 유지하는 신뢰성이 요구된다. 마지막으로 다양한 제품에 적용하기 위하여 공정이 쉽고 대량 생산이 저렴하여야 한다.The actual physical protection devices that are available should meet the following requirements. First, it is easy to produce, but it should not be possible to copy. Secondly, the characteristics of the device can be easily read, but not predicting. Third, the complexity must be such that all possible pattern combinations can not be attempted, and must have unique values that can be discerned between each device. Fourth, reliability is required to maintain the same output value despite the environmental change. Finally, the process should be easy and mass production should be cheap to apply to various products.

최근, 와이파이를 대체하는 새로운 통신 수단으로 주목받는 가시광 통신은 기존의 조명 인프라를 활용할 수 있으며, 빠른 속도 및 인체에 무해한 가시광선을 이용한다는 장점이 있다. 또한, 외부 간섭이 적고 가시광의 물리적 직진성 및 투광 한계로 인하여 보안성이 뛰어난 것으로 알려져 있다. 그러나 가시광 통신 역시 사무실, 병원 등과 같이 여러 사람이 공용으로 사용하는 공간에서는 종래 통신 수단과 같은 보안 이슈가 발생할 수 있다. 따라서 가시광 통신에 쉽게 적용 가능한 물리적 복제방지 장치가 요구된다.In recent years, visible light communication, which is attracting attention as a new communication means to replace Wi-Fi, can utilize the existing lighting infrastructure, and has advantages of using high-speed and harmless visible light. In addition, it is known that the external interference is small, the physical straightness of visible light and the light transmitting limit are excellent in security. However, the visible light communication may also cause security issues such as the conventional communication means in a space commonly used by a plurality of people such as an office, a hospital, and the like. Therefore, there is a need for a physical copying prevention device that is easily applicable to visible light communication.

본 발명이 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 국부적 표면 플라즈마 공명 현상을 이용한 물리적 복제방지 장치를 제공함에 있다.A first object of the present invention is to provide an apparatus for preventing physical copying using a local surface plasmon resonance phenomenon.

본 발명이 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 물리적 복제방지 장치를 이용한 난수 생성 방법을 제공함에 있다.A second technical problem to be solved by the present invention is to provide a random number generation method using the physical copy protection apparatus.

상술한 제1 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하고, 상기 나노입자의 국부적 표면 플라즈마 공명 현상에 의한 흡광 특성 차이를 측정하여 식별키를 제공하는 물리적 복제방지 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a nanoparticle including a plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate and measuring a difference in absorption characteristics caused by local surface plasmon resonance of the nanoparticles to provide an identification key Provides a physical copy protection device.

상기 복수 개의 나노 입자는 금속, 고농도 도핑된 반도체 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 서로 다른 크기를 가질 수 있다.The plurality of nanoparticles may be a metal, a heavily doped semiconductor, or a mixture thereof, and may have different sizes.

상기 기판 상에 선택적으로 마이크로 구조물이 형성될 수 있다.A microstructure may optionally be formed on the substrate.

상기 마이크로 구조물은 새로운 물질을 기판 상에 적층한 것이거나, 기판의 일부를 식각하여 형성한 원형의 오목부일 수 있다.The microstructure may be a laminate of a new material on a substrate or a circular concave portion formed by etching a part of the substrate.

상술한 제2 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자들에 광을 입사하는 단계, 상기 나노 입자들과 상호작용을 통하여 변조된 투과광 또는 반사광을 측정하여 초기값을 얻는 단계, 상기 초기값을 변환하여 1차 난수를 생성하는 단계 및 상기 1차 난수를 변환하여 결과값을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 나노 입자들과 상호작용은 국부적 표면 플라즈마 현상으로 인한 광 흡수 및 광 산란인 물리적 복제방지 장치를 이용한 난수 생성 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: introducing light into a plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate; measuring transmitted or reflected light modulated through interaction with the nanoparticles Obtaining an initial value, converting the initial value to generate a first random number, and converting the first random number to generate a result value, wherein the interaction with the nanoparticles is a local surface plasma phenomenon And a method of generating a random number using a physical copying prevention device that is a light scattering due to light absorption.

상기 기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자들에 광을 입사하는 단계는, 서로 다른 파장을 갖는 광을 입사하는 단계를 포함하고, 상기 초기값은 각 파장별 광의 투과광 또는 반사광의 흡광 특성을 기초로 연산될 수 있으며, 상기 흡광 특성은 광의 세기 또는 산란/흡수 비일 수 있다.The step of injecting light into the plurality of nanoparticles randomly dispersed on the substrate includes the step of injecting light having different wavelengths, and the initial value is a value obtained by multiplying the absorption characteristic of transmitted light or reflected light of each wavelength by And the light absorbing characteristic may be a light intensity or a scattering / absorption ratio.

상기 1차 난수는 오류 정정 부호(Error Correction Code)를 이용하여 초기값의 오류가 정정된 값일 수 있으며, 상기 오류 정정 부호는 BCH 코드일 수 있다.The primary random number may be a corrected value of the initial value using an error correction code, and the error correction code may be a BCH code.

상기 물리적 복제방지 장치는 선택적으로 기판 상에 마이크로 구조물을 더 포함하고, 상기 마이크로 구조물은 주기적으로 형성된 오목부로 상기 나노 입자들은 상기 오목부 내에 위치하고 상기 오목부는 상기 나노 입자들의 어드레스를 제공할 수 있다.The physical copy protection device optionally further comprises a microstructure on the substrate, wherein the microstructure is periodically formed into a recess, wherein the nanoparticles are located within the recess and the recess can provide an address of the nanoparticles.

또는 상기 물리적 복제방지 장치의 기판 상에 형성된 상기 마이크로 구조물은 랜덤하게 형성된 오목부로 상기 나노 입자들은 상기 오목부 내에 위치함으로써 상기 물리적 복제방지 장치의 랜덤성을 향상시킬 수 있다.Alternatively, the microstructure formed on the substrate of the physical copying prevention apparatus may be randomly formed, and the nanoparticles may be positioned in the recess to improve the randomness of the physical copying prevention apparatus.

본 발명은 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자에 의한 흡광 특성을 이용하여 물리적 복제방지 장치 및 이를 이용한 난수 생성 방법을 제공한다. 금속 또는 과도핑된 반도체 나노 입자의 표면에 모여 있는 전하들은 특정 파장의 입사광에 의하여 여기되어 진동할 수 있다. 진동하는 전하들에 의하여 나노 입자의 주변 매우 짧은 거리에 국부적으로 강한 전기장이 형성되는 현상이 국부적 표면 플라즈마 공명 현상이다. 이 때 전하의 진동을 일으키는 특정 파장의 빛은 흡광 되며, 흡광되는 빛의 파장은 나노 입자의 재질, 크기 및 나노 입자 간의 거리에 의하여 결정된다. 따라서 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자는 고유한 흡광 파장을 가지게 되며, 이를 난수 생성에 이용할 수 있다.The present invention provides a physical copying prevention apparatus and a random number generating method using the same by using the light absorbing characteristics of a plurality of randomly dispersed nanoparticles. Charges gathered on the surface of metal or semiconductor nanoparticles doped with excess can be excited by the incident light of a specific wavelength and vibrate. The local surface plasma resonance phenomenon is a phenomenon in which a strong electric field is formed locally at a very short distance around the nanoparticles due to oscillating charges. At this time, the light of specific wavelength causing the oscillation of the electric charge is absorbed, and the wavelength of the absorbed light is determined by the material, size and distance between nanoparticles of the nanoparticle. Thus, a plurality of randomly dispersed nanoparticles have inherent absorption wavelengths, which can be used for random number generation.

나노 입자의 생성과 분산을 위한 방법들은 다양하게 알려져 있으며, 금속 박막의 열처리, 습식 화학적 에칭 및 용액 공정 등은 기존의 반도체 생성 공정에도 용이하게 적용할 수 있다. 또한 나노 입자를 표면에 단순 코팅을 하는 경우 간단한 공정 및 저비용으로 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 나노 입자들의 재료, 크기 및 거리의 차이에 의하여 형성되는 전기장은 복잡한 시뮬레이션을 통하여도 쉽게 예측 불가능하며 나노 입자의 위치를 지정하는 정밀 공정이 불가능하여 물리적 복제 또한 불가능하다.Methods for the generation and dispersion of nanoparticles are well known, and heat treatment of metal thin films, wet chemical etching and solution process can be easily applied to existing semiconductor production processes. In addition, when the nanoparticles are simply coated on the surface, it is possible to mass-produce the nanoparticles in a simple process and at a low cost. The electric field formed by the difference in material, size and distance of nanoparticles can not be predicted easily through complicated simulation, and it is impossible to precisely position the nanoparticles, and physical replication is also impossible.

금속 나노 입자를 사용하는 경우 300 nm 내지 800 nm의 가시광과 근적외선을 포함하는 범위에서 국부적 표면 플라즈마 공명 현상이 일어나며, 과도핑된 반도체 나노 입자를 사용하는 경우 1500 nm에 이르는 원적외선 범위에서도 국부적 표면 플라즈마 공명 현상이 일어날 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 반도체 공정 친화적이므로, 광 통신에 이용되는 발광 다이오드의 표면 등에 간단한 공정만으로 적용 가능할 뿐 아니라, 금속 나노 입자의 광 산란 및 국부적 전기장 생성으로 인하여 발광 다이오드의 발광 효율도 향상되는 것을 확인할 수 있었다. In the case of using metal nanoparticles, local surface plasma resonance occurs in a range including visible light and near-infrared light of 300 nm to 800 nm. In the case of using semiconductor nanoparticles doped with excess, even in a far-infrared range of 1500 nm, A phenomenon may occur. In addition, since the semiconductor process is friendly as described above, it can be applied not only to a simple process on the surface of a light emitting diode used for optical communication, but also it is confirmed that light emission efficiency of the light emitting diode is improved due to light scattering and local electric field generation of metal nanoparticles I could.

따라서 본 발명의 물리적 복제방지 장치는 종래 널리 사용되고 있는 IR 통신 기기 및 최근 각광받고 있는 가시광 통신 기기의 보안을 위하여 쉽게 적용 가능할 것으로 생각된다.Therefore, the physical copying prevention apparatus of the present invention is considered to be easily applicable for securing widely used IR communication apparatuses and visible light communication apparatuses that are currently in the spotlight.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 물리적 복제방지 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 박막을 열처리하여 얻은 복수 개의 나노 입자들의 전자 주사 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진들이다.
도 3은 두께별 박막 및 본 발명의 일 실시예에 따라 박막을 열처리하여 얻은 복수 개의 나노 입자들의 파장에 따른 흡광 효율(Extinction Efficiency)를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 10 nm 두께의 은 박막을 열처리하여 얻은 복수 개의 나노 입자들의 크기 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 박막을 열처리하여 얻은 나노 입자들의 지름이 (a) 20 nm, (b) 75 nm 및 (c) 160 nm일 때의 흡광 단면적(Extinction Cross-section)을 나타내는 그래프들이다.
도 6은 (a) 420 nm 파장의 입사광에 의하여 지름이 75 nm 은 나노 입자에서 표면 플라즈마 공명이 일어날 때 전기장의 분포를 도시한 시뮬레이션 결과와,
(b) 은 나노 입자의 크기 및 입사광의 파장에 따른 정규화된 전기장의 세기를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 은 나노 입자의 크기에 따른 정규화된 전기장의 세기 및 산란/흡수 비를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 구조물의 오목부 내에 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하는 물리적 복제방지 장치의 전자 주사 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적 복제방지 장치를 이용한 난수 생성 방법을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 발광 다이오드 상에 형성된 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적 복제방지 장치를 이용한 비밀키 제조(Secret Key Generation) 방법을 도시한 블록도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적 복제방지 장치를 이용한 인증 방법을 도시한 블록도이다.1 is a cross-sectional view of a physical copy protection device made in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a plurality of nanoparticles obtained by heat-treating a thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the extinction efficiency according to wavelengths of a thin film according to thickness and a plurality of nanoparticles obtained by heat treatment of a thin film according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the size distribution of a plurality of nanoparticles obtained by heat-treating a silver thin film having a thickness of 10 nm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the extinction cross-section of a nanoparticle obtained by heat treatment of a thin film according to an embodiment of the present invention when the diameters of the nanoparticles are 20 nm, 75 nm, and 160 nm, respectively. Respectively.
6 is a graph showing the results of simulation showing the distribution of the electric field when surface plasmon resonance occurs in nanoparticles having a diameter of 75 nm by the incident light of 420 nm wavelength,
(b) is a simulation result showing the magnitude of the normalized electric field according to the size of the nanoparticles and the wavelength of the incident light.
FIG. 7 is a graph illustrating the normalized electric field intensity and scattering / absorption ratio according to the size of silver nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention.
8 is an electron micrograph of a physical copying prevention apparatus including a plurality of nanoparticles dispersed in a concave portion of a microstructure according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram illustrating a random number generation method using a physical copy protection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view schematically showing a method of measuring the light absorption characteristic of the physical copying prevention apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a view schematically showing a method of measuring the light absorption characteristic of the physical copying prevention apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 is a view schematically showing a method of measuring the light absorption characteristic of a physical copying prevention device formed on a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
13 is a block diagram illustrating a secret key generation method using a physical copying prevention apparatus according to an embodiment of the present invention.
14 is a block diagram illustrating an authentication method using a physical copy protection apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

본 발명은 기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하고, 상기 나노 입자의 국부적 표면 플라즈마 공명 현상에 의한 흡광 특성 차이를 측정하여 식별키를 제공하는 물리적 복제 방지 장치 및 이를 이용한 난수 발생 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a physical copying prevention apparatus comprising a plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate and measuring the difference in absorption characteristics caused by local surface plasmon resonance of the nanoparticles to provide identification keys and a random number generating method using the same .

실시예Example 1 : 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하는 물리적 복제 방지 장치 1: physical copy protection device comprising a plurality of randomly dispersed nanoparticles

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 물리적 복제방지 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a physical copy protection device made in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(101) 상에 마이크로 구조물(103)이 형성되어 있고, 상기 마이크로 구조물(103)의 오목부 내에 복수 개의 나노 입자(105)가 랜덤하게 분산되어 있다.Referring to FIG. 1, a microstructure 103 is formed on a substrate 101, and a plurality of nanoparticles 105 are randomly dispersed in a concave portion of the microstructure 103.

상기 기판(101)은 분산된 상기 복수 개의 나노 입자(105)를 지지하고 고정하기 위한 것으로, 반도체 공정상에서 사용되는 공지된 물질 뿐 아니라, 카드, 바코드, 태그 등을 위하여 사용되는 다양한 물질일 수 있다. 또한 기판(101)은 발광 다이오드의 발광면 또는 흡광 다이오드의 흡광면 등과 같이 장치의 일부 영역일 수 있다. 식별을 필요로 하는 장치의 종류에 따라 상기 기판(101)은 광을 반사하거나 광을 투과할 수 있다. 즉, 복수 개의 나노 입자가 분산된 기판(101)에 반사된 광을 분석하여 식별키를 생성하거나, 복수 개의 나노 입자가 분산된 기판(101)을 투과한 광을 분석하여 식별키를 생성할 수 있다.The substrate 101 may be various materials used for supporting and fixing the dispersed nanoparticles 105 and for cards, barcodes, tags and the like as well as known materials used in semiconductor processing . The substrate 101 may also be a part of the device such as the light emitting surface of the light emitting diode or the light absorbing surface of the light absorbing diode. The substrate 101 can reflect light or transmit light depending on the type of device requiring identification. That is, an identification key can be generated by analyzing the light reflected on the substrate 101 in which a plurality of nanoparticles are dispersed, or an identification key can be generated by analyzing light transmitted through the substrate 101 in which a plurality of nanoparticles are dispersed have.

상기 기판(101)에는 마이크로 크기를 갖는 구조물(103)이 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 마이크로 구조물(103)은 기판(101)의 일부를 식각하여 형성한 오목부와 볼록부를 가질 수 있다. 또는 상기 마이크로 구조물(103)은 기판(101) 상에 다른 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 상기 마이크로 구조물(103)은 주기성을 가지도록 형성되거나, 랜덤한 위치에 형성될 수 있다. 상기 마이크로 구조물(103)의 오목부와 볼록부는 나노 입자(105)들의 위치를 한정하기 위하여 사용될 수 있다. 즉, 상기 나노 입자(105)들은 마이크로 구조물(103)의 오목부 내에 위치할 수 있다. 상기 마이크로 구조물(103)이 랜덤하게 형성 될 경우 물리적 복제방지 장치의 복잡도 및 다양성을 더 증대시킬 수 있다. 또한 발광 다이오드 및 흡광 다이오드와 같은 장치의 표면에 마이크로 구조물(103)이 형성될 경우 마이크로 구조물(103) 자체의 형상에 의하여 광전 변환 효율이 증대될 수 있다. 또한 마이크로 구조물(103)의 오목부에 위치한 나노 입자(105)들이 국부적 플라스마 공명 현상에 의하여 형성하는 강한 전기장에 의한 광전 변환 효율 증대도 기대할 수 있다.A structure 103 having a micro size may be selectively formed on the substrate 101. The microstructure 103 may have a concave portion and a convex portion formed by etching a part of the substrate 101. Alternatively, the microstructure 103 may be formed by laminating other materials on the substrate 101. The microstructure 103 may have a periodicity or may be formed at a random position. The concave and convex portions of the microstructure 103 can be used to define the position of the nanoparticles 105. That is, the nanoparticles 105 may be located in the recesses of the microstructure 103. If the microstructures 103 are randomly formed, the complexity and diversity of the physical copying prevention apparatus can be further increased. In addition, when the microstructure 103 is formed on the surface of the device such as the light emitting diode and the light absorbing diode, the photoelectric conversion efficiency can be increased by the shape of the microstructure 103 itself. It is also expected that the nanoparticles 105 located in the concave portion of the microstructure 103 increase the photoelectric conversion efficiency due to the strong electric field formed by the local plasma resonance phenomenon.

상기 복수 개의 나노 입자(105)들은 금속 또는 과도핑된 반도체(Degenerately Doped Semiconductor)를 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 나노 입자(105)들은 동일한 물질 또는 서로 다른 2종 이상의 물질일 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 나노 입자(105)들은 은 나노 입자와 금 나노 입자의 혼합물일 수 있다. 상기 복수 개의 나노 입자(105)들은 1 nm 내지 100 nm의 크기를 가질 수 있으며, 동일한 크기를 가지거나 각각의 나노 입자(105)들이 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 상기 복수 개의 나노 입자(105)들은 다양한 형태를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이 그 구성 물질, 크기 및 형태가 다른 복수 개의 나노 입자(105)들을 분산시킴으로서 물리적 복사방지 장치의 복잡도 및 다양성을 더 증대시킬 수 있다.The plurality of nanoparticles 105 may include a metal or a degenerately doped semiconductor. The plurality of nanoparticles 105 may be the same material or two or more different materials. For example, the plurality of nanoparticles 105 may be a mixture of silver nanoparticles and gold nanoparticles. The plurality of nanoparticles 105 may have a size of 1 nm to 100 nm and may have the same size or the sizes of the nanoparticles 105 may be different from each other. The plurality of nanoparticles 105 may have various shapes. As described above, by dispersing a plurality of nanoparticles 105 having different constituent materials, sizes and shapes, it is possible to further increase the complexity and diversity of the physical radiation prevention device.

상기 복수 개의 나노 입자(105)들은 나노 입자를 형성하고 분산시킬 수 있는 공지된 다양한 방법으로 기판(101) 상에 분산될 수 있다. 예를 들어, 나노 미터 두께의 금속 박막을 형성하고 열 처리 시간과 온도를 달리하거나 습식 식각을 통하여 나노 입자(105)를 형성할 수 있다. 또는 나노 입자(105)들이 용매에 분산되어 있는 나노 입자 용액을 형성하고, 상기 용액을 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 롤투롤 코팅, 잉크젯 코팅등과 같이 공지된 용액 공정을 이용하여 기판 상에 코팅하는 방법으로 복수 개의 나노 입자들(105)을 기판 상에 분산시킬 수 있다. 동일한 기판 상에서 동일한 공정을 통하여 형성될 지라도 열 처리시 기판 상의 온도 차이와 같은 공정상의 편차로 인하여 위치에 따라 나노 입자들(105)의 구성, 크기 및 형태의 차이가 발생한다. 이를 통하여 물리적 복사방지 장치의 랜덤성과 복잡성을 확보할 수 있다.The plurality of nanoparticles 105 may be dispersed on the substrate 101 by any of a variety of known methods capable of forming and dispersing nanoparticles. For example, the nanoparticles 105 can be formed by forming a metal thin film having a thickness of nanometer and varying the heat treatment time and temperature or by wet etching. Or nanoparticles 105 are dispersed in a solvent and the solution is coated onto the substrate using a known solution process such as spin coating, spray coating, dip coating, roll-to-roll coating, A plurality of nanoparticles 105 may be dispersed on the substrate by a coating method. Even though they are formed through the same process on the same substrate, differences in the structure, size, and shape of the nanoparticles 105 occur depending on the position due to process variations such as temperature differences on the substrate during heat treatment. This ensures the randomness and complexity of the physical copy protection device.

상기 나노 입자들(105) 상에 보호 코팅층(미도시)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 상기 보호 코팅층은 외부 환경에 의하여 상기 나노 입자들(105)이 받는 영향을 최소화하여 물리적 복제방지 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 나노 입자들(105)은 나노 크기로 인해 넓은 표면적으로 가지므로 산화와 같은 반응성이 높아 항상 동일한 값을 출력해야 하는 물리적 복제방지 장치로 사용되기 위하여 나노 입자들(105)의 표면에 보호 코팅층을 형성할 수 있다. The nanoparticles 105 may further include a protective coating layer (not shown). The protective coating layer minimizes the influence of the nanoparticles 105 due to the external environment, thereby improving the reliability of the physical copying prevention device. Since the nanoparticles 105 have a large surface area due to the nano-sized particles, a protective coating layer is formed on the surface of the nanoparticles 105 in order to be used as a physical copying prevention device, can do.

실험예Experimental Example 1 : 박막을 열처리하여 얻은 복수 개의 나노 입자들을 포함하는 물리적 복제방지 장치 1: physical copy protection device comprising a plurality of nanoparticles obtained by heat treatment of a thin film

크기와 형상, 배열이 랜덤한 금속 나노 입자의 흡광 특성을 측정하기 위하여 기판 상에 나노미터 두께의 금속 박막을 형성하고, 열처리를 통하여 기판 상에 랜덤하게 분산된 금속 나노 입자들을 형성하였다. In order to measure the light absorption characteristics of metal nanoparticles of random size, shape and arrangement, a metal thin film with a thickness of nanometer was formed on the substrate, and the metal nanoparticles were randomly dispersed on the substrate by heat treatment.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 박막을 열처리하여 얻은 복수 개의 나노 입자들의 전자 주사 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진들로, (a) 5 nm 두께, (b) 10 nm 두께 및 (c) 15 nm 두께의 은 박막을 증착한 후 촬영한 주사 현미경 사진과, 각 은 박막을 질소 분위기 하에서 600℃로 5분동안 열처리 하여 얻은 나노 입자들을 나타낸다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a plurality of nanoparticles obtained by heat treatment of a thin film according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) (c) SEM micrographs obtained after depositing a silver thin film with a thickness of 15 nm and nanoparticles obtained by annealing each thin silver film at 600 ° C for 5 minutes under a nitrogen atmosphere.

도 2를 참조하면, 열처리 중 은 입자는 은 박막과 기판 사이 계면에 의한 총 에너지를 낮추기 위하여 응집하여 서로 분리된 3차원 은 나노 입자를 형성한다. 5 nm 및 10 nm 두께의 은 박막을 열처리 하였을 때 반구형의 나노 입자가 형성되는 반면, 15 nm 두께의 은 박막을 열처리 하였을 때에는 메시(mesh) 구조와 유사한 구조가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 은 박막의 두께가 두꺼워질수록 나노 입자의 형태와 크기가 보다 불규칙하게 변화하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 2, during the heat treatment, the silver particles aggregate to form three-dimensional silver nanoparticles separated from each other to lower the total energy due to the interface between the silver thin film and the substrate. Hemispherical nanoparticles were formed by heat treatment of silver thin films of 5 nm and 10 nm thickness, but it was confirmed that when silver thin films of 15 nm thickness were heat treated, a structure similar to the mesh structure was formed. In other words, it was confirmed that the morphology and size of the nanoparticles change more irregularly as the thickness of the silver thin film becomes thicker.

도 3은 도 2에 도시되었던 (a) 5 nm 두께, (b) 10 nm 두께 및 (c) 15 nm 두께의 은 박막들과, 각 은 박막을 질소 분위기 하에서 600℃로 5분동안 열처리 하여 얻은 나노 입자들이 분산된 표면의 흡광 효율을 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the results of the annealing of the silver thin films (a), (b) and (c) Fig. 7 is a graph showing the absorption efficiency of a surface on which nanoparticles are dispersed. Fig.

도 3을 참조하면, 열 처리 전, 후 모두 320 nm 파장에서 가장 낮은 흡광 효율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 나노 입자들의 쌍극자 여기 모드(Dipolar Excitation Mode)로 인한 주 공명 피크(peak)는 450 nm 내지 550 nm 범위에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 사중극 공명 피크(Quadrupole Resonace Peak)로 알려진 350 nm 근방의 작은 피크는 10 nm 및 15 nm의 은 박막을 열처리하여 얻은 나노 입자들의 분산으로부터 확인할 수 있었다. 나노 입자들의 크기가 커질수록 사중극 공명 피크가 더욱 중요해지며, 주 공명 피크는 적색 편이를 하는 것을 확인할 수 있었다. 서로 다른 공명 파장을 가지는 쌍극 및 사중극의 흡광 모드의 합으로 인하여 흡광 피크가 넓어지는 것을 예측할 수 있다. 또한, 비정형적인 형태와 다양한 크기의 나노 입자들로 인하여 나노 입자들 간의 국부적 전기자기장 커플링의 약화 역시 흡광 피크를 넓게 만든다. 즉 은 나노 입자의 크기와 형태에 따라 흡광 특성이 달라지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it was confirmed that the lowest absorption efficiency was obtained at a wavelength of 320 nm both before and after the heat treatment. It was confirmed that the main resonance peak due to the dipolar excitation mode of the nanoparticles appears in the range of 450 nm to 550 nm. Small peaks near 350 nm, known as Quadrupole Resonace Peak, can be identified from the dispersion of nanoparticles obtained by heat treatment of 10 nm and 15 nm silver thin films. As the size of the nanoparticles increased, the quadrupole resonance peak becomes more important, and the main resonance peak becomes red shift. It is possible to predict that the absorption peak broadens due to the sum of the absorption modes of dipole and quadrupole having different resonance wavelengths. In addition, due to the irregular shape and various sizes of nanoparticles, the weakening of the local electric field coupling between the nanoparticles also widens the absorption peak. That is, it can be confirmed that the light absorption characteristics are changed depending on the size and shape of the silver nanoparticles.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라, 10 nm 두께의 은 박막을 열처리하여 얻은 복수 개의 나노 입자들의 크기 분포를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a size distribution of a plurality of nanoparticles obtained by heat-treating a silver thin film having a thickness of 10 nm according to the first embodiment of the present invention.

이미지 프로세서 Image J를 사용하여 은 나노 입자들의 크기와 분산을 측정하였다. 대부분의 나노 입자들이 평균 크기인 75nm 정도의 크기를 가지고 있으나, 10 nm로부터 160 nm까지 넓은 범위의 크기 분포가 존재하였다. 동일 기판 상에서 동일 공정을 통하여 생성되는 경우에도 나노 입자들의 크기, 형태 및 입자간 거리가 다양하게 형성되므로 물리적 복제방지 장치의 랜덤성을 확보할 수 있다.Image processor Image J was used to measure the size and dispersion of silver nanoparticles. Most of the nanoparticles have an average size of about 75 nm, but there is a wide range of sizes from 10 nm to 160 nm. Even when the nanoparticles are produced through the same process on the same substrate, the size, shape and inter-particle distance of the nanoparticles are variously formed, so that the randomness of the physical copying prevention device can be secured.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 박막을 열처리하여 얻은 나노 입자들의 지름이 (a) 20 nm, (b) 75 nm 및 (c) 160 nm일 때의 흡광 단면적(Extinction Cross-section)을 나타내는 그래프들이다.5 is a diagram illustrating the extinction cross-section of nanoparticles obtained by heat treatment of the thin film according to the first embodiment of the present invention when the diameters of the nanoparticles are 20 nm, 75 nm, and 160 nm, respectively. .

모든 경우에 있어서, 흡광 단면적은 은 나노 입자들의 지름이 커질수록 함께 증가 하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 흡광 단면적에 주요하게 기여하는 산란과 흡수 단면적은 각각 나노 입자의 크기에 따라 서로 다른 양상을 보였다. 작은 크기의 나노 입자의 경우 흡수 단면적이 흡광 단면적에 주된 영향을 미친 반면, 나노 입자의 크기가 커질수록 산란에 의한 영향이 커지는 것을 확인할 수 있었다. In all cases, it was confirmed that the absorption cross-sectional area increases with increasing diameter of silver nanoparticles. However, scattering and absorption cross - sectional areas, which contribute mainly to the absorption cross - sectional area, differ depending on the size of the nanoparticles. In the case of small size nanoparticles, the absorption cross section mainly affects the absorption cross section, while the larger the nanoparticle size, the larger the effect of scattering.

도 6은 (a) 420 nm 파장의 입사광에 의하여 지름이 75 nm 은 나노 입자에서 표면 플라즈마 공명이 일어날 때 전기장의 분포를 도시한 시뮬레이션 결과와,6 is a graph showing the results of simulation showing the distribution of the electric field when surface plasmon resonance occurs in nanoparticles having a diameter of 75 nm by the incident light of 420 nm wavelength,

(b) 은 나노 입자의 크기 및 입사광의 파장에 따른 정규화된 전기장의 세기를 도시한 시뮬레이션 결과이다.(b) is a simulation result showing the magnitude of the normalized electric field according to the size of the nanoparticles and the wavelength of the incident light.

도 6 (a)를 참조하면, 1 MW/m2의 세기를 갖는 420 nm 파장의 광이 입사되었을 때, 강한 전기장이 y 축을 따라 나노 입자의 모서리에 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이는 라이팅-로드 효과(Lighting-rod Effect)로 알려진 것으로 광의 흡수 효율을 향상시킨다. Referring to FIG. 6 (a), when a light having a wavelength of 420 nm having an intensity of 1 MW / m 2 is incident, a strong electric field is formed at the edge of the nanoparticle along the y-axis. This is known as a lighting-rod effect and improves light absorption efficiency.

도 6 (b)를 참조하면, 은 나노입자의 크기가 40 nm 이하일 때 모든 파장 범위에서 강한 전기장을 확인할 수 있다. 반면 은 나노입자의 크기가 40 nm 이상일 때 전기장의 정규화된 세기는 입사광의 파장에 의하여 변화한다. 따라서 나노 입자의 크기에 따라 입사광의 파장에 따른 반응이 상이한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 (b), when the size of silver nanoparticles is 40 nm or less, a strong electric field can be observed in all wavelength ranges. On the other hand, when the size of the nanoparticles is more than 40 nm, the normalized intensity of the electric field varies with the wavelength of the incident light. Therefore, it can be confirmed that the reaction depending on the wavelength of the incident light differs according to the size of the nanoparticles.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 은 나노 입자의 크기에 따른 정규화된 전기장의 세기 및 산란/흡수 비를 도시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating the normalized electric field intensity and scattering / absorption ratio according to the size of silver nanoparticles prepared according to the first embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 75 nm 이하의 직경을 갖는 나노 입자는 국부적 장 형성에 기여하는 반면, 75 nm 이상의 직경을 갖는 나노 입자는 플라즈몬 산란에 기여하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 7, it was confirmed that nanoparticles having a diameter of 75 nm or less contribute to localized field formation, while nanoparticles having a diameter of 75 nm or more contribute to plasmon scattering.

실험예Experimental Example 2 : 마이크로-홀 구조를 구비한  2: having a micro-hole structure 기판 상에On the substrate 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하는 물리적 복제방지 장치 A physical copy protection device comprising a plurality of randomly dispersed nanoparticles

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조물의 오목부 내에 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하는 물리적 복제방지 장치의 전자 주사 현미경 사진이다.8 is an electron micrograph of a physical copying prevention apparatus including a plurality of nanoparticles dispersed in a concave portion of a microstructure according to a second embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 2 ㎛ 직경의 원형 오목부가 각각 4 ㎛ 간격으로 주기적으로 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기 원형의 오목부는 유도 결합 플라즈마 식각을 이용하여 500 nm 깊이로 형성하였다. 상기 원형의 오목부 내에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자를 형성하였다. 도 8과 같이 주기성을 가지고 형성된 상기 원형의 오목부는 나노 입자들의 주소(Address)로 이용될 수 있다. 또는 원형의 오목부를 랜덤하게 형성하여 물리적 복제방지 장치의 랜덤성을 더 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 8, it is confirmed that circular concave portions each having a diameter of 2 mu m are periodically formed at intervals of 4 mu m. The circular recesses were formed to a depth of 500 nm using inductively coupled plasma etching. Thereby forming a plurality of nanoparticles randomly dispersed in the circular recesses. As shown in FIG. 8, the circular concave portion formed with a periodicity can be used as an address of the nanoparticles. Or the circular concave portion may be randomly formed to further improve the randomness of the physical copying prevention device.

발광 다이오드의 발광면 또는 포토 다이오드의 흡광면 등을 기판으로 사용할 경우, 마이크로 구조물로 오목부를 형성하여 그 자체의 구조를 통하여 발광/흡광 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, PN 접합면 또는 다중 양자 우물 구조와 가까운 거리에 복수 개의 나노 입자들을 위치시켜 나노 입자들이 국부적 표면 플라즈마 공명에 의하여 발생시키는 강한 전기장을 통하여 발광/흡광 효율을 향상시킬 수 있다.When the light emitting surface of the light emitting diode or the light absorbing surface of the photodiode is used as a substrate, the light emitting / absorbing efficiency can be improved through the structure of the microstructure by forming the recess. In addition, the efficiency of luminescence / light absorption can be improved by locating a plurality of nanoparticles at a distance close to the PN junction plane or the multiple quantum well structure, and through a strong electric field generated by the local surface plasmon resonance.

실시예Example 2 : 물리적 복제방지 장치를 이용한 난수 생성 방법 2: Random number generation method using physical copy protection device

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적 복제방지 장치를 이용한 난수 생성 방법을 도시한 블록도이다.9 is a block diagram illustrating a random number generation method using a physical copy protection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 먼저 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자들로 구성된 물리적 복사 방지 장치의 흡광 특성을 분석하여 초기값 x를 얻는다. 초기값 x는 특정한 파장 범위에 대한 광 세기이거나 산란/흡수 비 값 등일 수 있다. 초기값 x를 얻기 위하여 복수 개의 나노 입자들에 광을 입사한다. 입사되는 광은 특정한 파장을 가지는 광이거나, 일정 범위의 내에서 파장이 순차적으로 변화하는 광일 수 있다. 복수 개의 나노 입자들에 입사된 광은 나노 입자들과의 상호 작용을 통하여 변조된다. 상기 상호작용은 나노 입자에 의한 광의 산란 또는 국부적 표면 플라즈마 공명에 의한 광의 흡수일 수 있다. 변조된 광은 기판이 투명할 경우 기판을 투과하고, 그렇지 않은 경우 반사된다. 따라서 투과광 또는 반사광을 측정하여 얻은 상기 나노 입자들에 대한 정보를 초기값 x로 사용할 수 있다. 상기 초기값 x를 변환하여 1차 난수 x’을 생성한다(S110).Referring to FIG. 9, the initial value x is obtained by analyzing the light absorption characteristics of the physical radiation prevention device composed of a plurality of randomly dispersed nanoparticles. The initial value x may be a light intensity for a particular wavelength range, a scatter / absorption ratio value, and the like. Light is incident on a plurality of nanoparticles to obtain an initial value x. The incident light may be light having a specific wavelength or light whose wavelength sequentially changes within a certain range. The light incident on the plurality of nanoparticles is modulated through interaction with the nanoparticles. The interaction may be light scattering by nanoparticles or absorption of light by local surface plasmon resonance. The modulated light is transmitted through the substrate if it is transparent, otherwise it is reflected. Therefore, information on the nanoparticles obtained by measuring transmitted light or reflected light can be used as an initial value x. The initial value x is transformed to generate a first random number x '(S110).

상기 1차 난수 x’(103)은 함수 f(x’)를 통하여 암호화된 결과값 y를 출력한다(S130). 결과값 y는 장치의 ID, 인증 회로, 암호 알고리즘의 대칭 키 또는 비밀 키 등으로 사용 될 수 있다.The primary random number x '103 outputs the encrypted result y through the function f (x') (S130). The result value y can be used as a device ID, an authentication circuit, a symmetric key of a cryptographic algorithm, or a secret key.

종래 일회성 비밀번호 생성 단말과 같은 난수 발생기의 경우, 비휘발성 메모리에 초기값 x를 저장하여 사용하였다. 이러한 경우 저장되는 데이터에 대한 별도의 관리를 필요로 하고, 외부 공격에 의하여 초기값 x가 유출될 수 있는 위험이 있다. 그러나 본 발명의 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 분석하여 얻는 초기값 x는 매 생성 시마다 동일한 값을 출력하여 비휘발성 메모리 등에 저장될 필요가 없다. 따라서 장치 외부로의 초기값 x의 유출 위험이 없고, 보안 공격에 의하여도 그 값을 읽기 어렵다.In the case of a conventional random number generator such as a one-time password generating terminal, an initial value x is stored in a nonvolatile memory and used. In this case, separate management of the stored data is required, and there is a risk that the initial value x may be leaked by an external attack. However, the initial value x obtained by analyzing the light absorption characteristics of the physical copying prevention apparatus of the present invention does not need to be stored in a nonvolatile memory or the like by outputting the same value every time it is generated. Therefore, there is no risk of leakage of the initial value x to the outside of the apparatus, and it is difficult to read the value even by a security attack.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view schematically showing a method of measuring the light absorption characteristic of the physical copying prevention apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 광원(311)으로부터 기판(301) 상에 랜덤하게 분산되어 있는 복수 개의 나노 입자들(303)로 빛이 조사된다. 광원(311)은 300 nm 내지 1500 nm 범위의 파장을 갖는 빛을 방출하는 공지된 광원이면 제한 없이 사용 가능하다. 광원(311)은 종래의 가시광 통신, 적외선 통신 등에 사용 되는 발광 다이오드일 수 있다.Referring to FIG. 10, light is irradiated from a light source 311 to a plurality of nanoparticles 303 randomly dispersed on a substrate 301. The light source 311 can be used without restriction as long as it is a known light source that emits light having a wavelength in the range of 300 nm to 1500 nm. The light source 311 may be a light emitting diode used in conventional visible light communication, infrared communication, or the like.

기판(301)이 금속과 같이 광을 반사하는 재질로 이루어진 경우 반사된 광이 광분석장치(313)를 통하여 측정된다. 광분석장치(313)는 광도계의 일종일 수 있으며, 광원의 세기 또는 광의 산란/흡수 비를 측정하여 초기값 x로 변환한다. 광분석장치(313)는 광을 전기로 변환하는 포토 다이오드일 수 있다.When the substrate 301 is made of a material that reflects light like metal, the reflected light is measured through the optical analyzer 313. The optical analyzer 313 may be one of a photometer and measures the intensity of the light source or the scattering / absorption ratio of light to convert it to an initial value x. The optical analyzer 313 may be a photodiode that converts light into electricity.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.11 is a view schematically showing a method of measuring the light absorption characteristic of the physical copying prevention apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 광원(411)으로부터 기판(401) 상에 랜덤하게 분산되어 있는 복수 개의 나노 입자들(403)로 빛이 조사된다. 입사된 빛은 나노 입자들(403)과 상호 작용을 한 뒤 투명한 기판(401)을 투과한다. 투과된 광은 기판(401)의 광원(411)이 있는 면의 반대 면에 위치한 광분석장치(413)를 통하여 측정된다.Referring to FIG. 11, light is irradiated from a light source 411 to a plurality of nanoparticles 403 randomly dispersed on a substrate 401. The incident light transmits through the transparent substrate 401 after interacting with the nanoparticles 403. The transmitted light is measured through the optical analyzer 413 located on the opposite side of the side of the substrate 401 where the light source 411 is present.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 발광 다이오드 상에 형성된 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.12 is a view schematically showing a method of measuring the light absorption characteristic of a physical copying prevention device formed on a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 실시예 1에서 상술한 바와 같이 기판(501)은 발광 다이오드의 발광면과 같이 장치의 일부 영역일 수 있다. 기판(501)이 발광 다이오드의 발광면일 경우, 기판(501)은 광원의 역할을 수행한다. 따라서 기판(501)으로부터 발광되는 빛이 나노 입자들(503)과 상호 작용을 한 뒤 광분석장치(513)를 통하여 측정된다. 도면에 도시되지 않았으나, 기판은 포토 다이오드의 흡광면일 수 있다. 이러한 경우 광원으로부터 조사된 빛이 나노 입자들과 상호 작용을 통해 변조된 뒤 포토 다이오드에 흡수될 수 있다. 이러한 구조는 가시광 통신 또는 적외선 통신과 같은 광 통신 수단에 쉽게 적용 가능할 것으로 생각된다.Referring to FIG. 12, as described in Embodiment 1, the substrate 501 may be a part of the device such as the light emitting surface of the light emitting diode. When the substrate 501 is the light emitting surface of the light emitting diode, the substrate 501 serves as a light source. Therefore, light emitted from the substrate 501 interacts with the nanoparticles 503 and is measured through the optical analyzer 513. Although not shown in the drawings, the substrate may be an absorbing surface of a photodiode. In this case, the light emitted from the light source can be modulated through interaction with the nanoparticles and then absorbed by the photodiode. Such a structure is considered to be easily applicable to optical communication means such as visible light communication or infrared communication.

실시예Example 3 : 물리적 복제방지 장치를 이용한 비밀키 생성 방법(Secret Key Generation) 3: Secret Key Generation Method Using Physical Copy Protection Device (Secret Key Generation)

물리적 복제방지 장치는 예측 불가능성 및 복제 불가능성 측면에서는 우수하나, 이용되는 특성이 아날로그 값을 가지므로 신뢰성의 문제가 존재한다. 특히 본 발명의 물리적 복제방지 장치는 흡광 특성을 이용하므로 나노 입자의 산화 또는 주변 환경 변화에 민감할 수 있다. 따라서 이를 보완하여 신뢰성을 담보하기 위한 오류 정정 부호가 포함되는 비밀키 생성 방법을 요구한다.Physical copy protection devices are superior in terms of unpredictability and non-replicability, but there is a reliability problem because the characteristics used have analog values. In particular, the physical copying prevention apparatus of the present invention may be sensitive to oxidation of the nanoparticles or changes in the surrounding environment due to the use of the light absorbing property. Therefore, a secret key generation method including an error correcting code for ensuring reliability is required.

도 13은 본 발명에 따른 물리적 복제방지 장치를 이용한 비밀키 생성(Secret Key Generation) 방법을 도시한 블록도이다.13 is a block diagram illustrating a secret key generation method using a physical copy protection apparatus according to the present invention.

도 13을 참조하면, 비밀키 생성 방법은 오류 정정 부호를 인코딩 하는 초기화(Initialization) 단계(S310) 및 오류 정정 부호를 이용하여 디코딩한 값을 해시(Hash) 함수로 변환하여 비밀키를 생성하는 재생성(Reproduction) 단계(S330)를 포함한다.Referring to FIG. 13, a secret key generation method includes an initialization step S310 for encoding an error correction code and a reconstruction step S310 for generating a secret key by converting a decoded value using an error correction code into a hash function, (Reproduction) step S330.

초기화 단계(S310)에서, 장치는 서버로부터 챌린지를 입력 받고 물리적 복제장치의 흡광 특성으로부터 생성되는 초기값을 오류정정부호화(Error Correction Code Encoding) 한다. 상기 오류 정정 부호는 BCH(BoseChaudhuriHocquenghem) 코드일 수 있다. In the initialization step S310, the apparatus receives a challenge from a server and performs error correction coding on an initial value generated from the light absorbing characteristic of the physical reproducing apparatus. The error correction code may be a BCH (BoseChaudhuri Hocquenghem) code.

재생성 단계(S330)에서, 장치는 서버로부터 챌린지를 입력받고 물리적 복제 방치의 흡광 특성으로부터 생성되는 초기값을 기반으로 오류정정부호를 디코딩한다. 이 때 상기 초기화 단계의 신드롬을 이용하여 초기값의 오류를 정정할 수 있다. 디코딩된 값을 해시(hash) 함수를 통하여 해시값을 생성할 수 있다. 생성된 해시값을 기초로 비밀키를 생성하고 그 값을 출력한다.In the regeneration step S330, the device receives the challenge from the server and decodes the error correction code based on the initial value generated from the light absorbing characteristic of the physical duplicate. At this time, the error of the initial value can be corrected using the syndrome of the initialization step. The hash value can be generated through the hash function of the decoded value. Generates a secret key based on the generated hash value, and outputs the secret key.

실시예Example 4 : 본 발명의 물리적 복제방지 장치를 이용한 인증 방법(Authentication) 4: Authentication method using the physical copy protection apparatus of the present invention

도 14는 본 발명에 따른 물리적 복제방지 장치를 이용한 인증 방법을 도시한 블록도이다.14 is a block diagram illustrating an authentication method using a physical copying prevention apparatus according to the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 물리적 복제방지 장치는 시도-응답 방식 인증에 이용될 수 있다. 먼저, 서버에 본 발명의 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성으로부터 제공되는 대칭키(601)가 저장된다. 인증되지 않은 장치(603)가 인증을 요구하면, 서버는 일회성 챌린지(Challenge)를 생성하여 서버에 저장되어 있는 대칭키(601)를 이용한 결과값(Response) Ri를 생성한다(S210). 서버는 일회성 챌린지를 인증되지 않은 장치(603)에 전송하고, 장치(603)는 물리적 복제방지 장치의 흡광 특성을 이용하여 결과값 Ri’을 형성한다(S230). 서버가 생성한 결과값 Ri와 장치(603)이 생성한 결과값 Ri’을 비교하여 일치하는 경우 인증이 성공하고, 일치하지 않는 경우 인증이 실패하게 된다(S250).Referring to FIG. 14, the physical copy protection apparatus of the present invention can be used for trial-and-response authentication. First, the server stores a symmetric key 601 provided from the light absorbing characteristic of the physical copying prevention apparatus of the present invention. When the unauthenticated device 603 requests authentication, the server generates a one-time challenge and generates a response Ri using the symmetric key 601 stored in the server (S210). The server transmits the one-off challenge to the unauthorized device 603, and the device 603 forms the result Ri 'using the light absorption characteristics of the physical copy protection device (S230). The result value Ri generated by the server is compared with the result value Ri 'generated by the device 603. If they match, the authentication is successful. Otherwise, the authentication fails (S250).

101 : 기판 103 : 마이크로 구조물
105 : 나노 입자들
301 : 기판 303 : 나노 입자들
311 : 광원 313 : 광분석장치
401 : 기판 403 : 나노 입자들
411 : 광원 413 : 광분석장치
501 : 기판 503 : 나노 입자들
513 : 광분석장치
601 : 대칭키 603 : 미인증된 기기101: substrate 103: microstructure
105: nanoparticles
301: substrate 303: nanoparticles
311: Light source 313: Optical analysis device
401: substrate 403: nanoparticles
411: Light source 413: Optical analysis device
501: substrate 503: nanoparticles
513: Optical analyzer
601: Symmetric key 603: Unauthorized device

Claims (12)

기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자를 포함하고,
상기 나노입자의 국부적 표면 플라즈마 공명 현상에 의한 흡광 특성 차이를 측정하여 식별키를 제공하는 물리적 복제방지 장치.A plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate,
Wherein the discrimination key is provided by measuring the difference in absorption characteristics caused by the local surface plasma resonance of the nanoparticles. 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 나노 입자는 금속, 고농도 도핑된 반도체 또는 이들의 혼합물인 물리적 복제방지 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of nanoparticles is a metal, a heavily doped semiconductor, or a mixture thereof. 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 나노 입자는 서로 다른 크기를 갖는 물리적 복제방지 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of nanoparticles have different sizes. 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 마이크로 구조물이 형성된 물리적 복제방지 장치.The method according to claim 1,
Wherein a microstructure is formed on the substrate. 제4항에 있어서,
상기 마이크로 구조물은 기판의 일부를 식각하여 형성한 원형의 오목부인 물리적 복제방지 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the microstructure is a circular concave formed by etching a part of the substrate. 기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자들을 포함하는 물리적 복제방지 장치를 이용한 난수 생성 방법에 있어서,
기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자들에 광을 입사하는 단계;
상기 나노 입자들과 상호작용을 통하여 변조된 투과광 또는 반사광을 측정하여 초기값을 얻는 단계;
상기 초기값을 변환하여 1차 난수를 생성하는 단계; 및
상기 1차 난수를 변환하여 결과값을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 나노 입자들과 상호작용은 국부적 표면 플라즈마 현상으로 인한 광 흡수 및 광 산란인 난수 생성 방법.A random number generating method using a physical copying prevention apparatus including a plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate,
The method comprising: introducing light into a plurality of nanoparticles randomly dispersed on a substrate;
Measuring transmitted or reflected light modulated through interaction with the nanoparticles to obtain an initial value;
Converting the initial value to generate a first random number; And
And converting the primary random number to generate a result value,
Wherein the interaction with the nanoparticles is light absorption and light scattering due to local surface plasma development. 제6항에 있어서,
상기 기판 상에 랜덤하게 분산된 복수 개의 나노 입자들에 광을 입사하는 단계는, 서로 다른 파장을 갖는 광을 입사하는 단계를 포함하고,
상기 초기값은 각 파장별 광의 투과광 또는 반사광의 흡광 특성을 기초로 연산되는 난수 생성 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of injecting light into the plurality of randomly dispersed nanoparticles on the substrate comprises the step of injecting light having different wavelengths,
Wherein the initial value is calculated on the basis of the light absorbing characteristic of the transmitted light or the reflected light of each wavelength. 제7항에 있어서,
상기 흡광 특성은 광의 세기 또는 산란/흡수 비인 난수 생성 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the light absorbing characteristic is a light intensity or a scattering / absorption ratio. 제6항에 있어서,
상기 1차 난수는 오류 정정 부호(Error Correction Code)를 이용하여 초기값의 오류가 정정된 값인 난수 생성 방법.The method according to claim 6,
Wherein the first random number is a corrected value of the initial value using an error correction code. 제9항에 있어서,
상기 오류 정정 부호는 BCH 코드인 난수 생성 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the error correction code is a BCH code. 제6항에 있어서,
상기 물리적 복제방지 장치는 기판 상에 마이크로 구조물을 더 포함하고,
상기 마이크로 구조물은 주기적으로 형성된 오목부로 상기 나노 입자들은 상기 오목부 내에 위치하고,
상기 오목부는 상기 나노 입자들의 어드레스를 제공하는 난수 생성 방법.The method according to claim 6,
Wherein the physical copy protection device further comprises a microstructure on the substrate,
Wherein the microstructure is a periodically formed recess and the nanoparticles are located in the recess,
Wherein the recesses provide an address of the nanoparticles. 제6항에 있어서,
상기 물리적 복제방지 장치는 기판 상에 마이크로 구조물을 더 포함하고,
상기 마이크로 구조물은 랜덤하게 형성된 오목부로 상기 나노 입자들은 상기 오목부 내에 위치하고,
상기 오목부는 상기 물리적 복제방지 장치의 랜덤성을 향상시키는 난수 생성 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the physical copy protection device further comprises a microstructure on the substrate,
Wherein the microstructure is a randomly formed recess, the nanoparticles are located within the recess,
Wherein the concave portion improves the randomness of the physical copy protection apparatus.
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