[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김경민 교수팀이 모트 전이 반도체의 확률적 거동을 이용한 진성 난수(True Random Number) 생성기를 개발했다고 19일 밝혔다.

사물인터넷과 같은 고도의 기술들이 발전하며 수많은 기기들이 실시간으로 데이터를 주고 받는 초연결 시대 또는 메타버스(metaverse) 시대가 형성되고 있다.

이로 인해 하나의 기기로 다른 기기에 접근할 수 있으며 따라서 의도성을 가지고 연결망에 접근해 정보를 탈취하는 문제가 심각해질 것으로 예측되고 있다.

특히 현재의 보안 기술은 소프트웨어 기반으로 난수를 생성하고 이를 이용한 보안 기술을 구현하는데 기반을 두고 있어 통신망을 통해 외부에서 접근 가능하고 해킹이 가능하므로 강력한 보안 기술을 구현하기 어렵다.

하지만 진성 난수는 자연의 무작위적인 물리적 현상으로부터 얻어지는 인간이 예측할 수 없는 난수로 이를 얻는 것은 궁극의 보안 기술을 구현하기 위해 필수적이다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 열적 무작위성을 이용해 기존의 산화물 소자를 이용한 하드웨어 기반 난수 생성기보다 집적화된 구조로 빠르면서 저전력으로 구동 가능한 난수 생성기를 개발했다.

연구과정을 보면 진성 난수를 추출하기 위해 모트 전이 소재에 주목했다.

모트 전이 소재는 특정 온도에서 전기전도도가 부도체에서 도체로 전이하는 소재로 이 소재에 전류를 흘려주어 가열하면 부도체 상태와 도체 상태가 주기적으로 변하는 상태의 진동 현상을 관찰할 수 있음이 잘 알려져 있었다.

이 과정에서 주기적으로 소재의 가열과 냉각이 반복될 때 열의 생성과 발산이 예측 불가능함을 이론적으로 입증했다.

이후 모트 전이 소재에서의 예측 불가능한 특성을 진성 난수로 변환해주는 프로토타입의 진성 난수 생성기를 설계 및 제작해 진성 난수를 성공적으로 수집했다.

공동 제1저자인 KAIST 신소재공학과 김광민 석사과정과 인재현 박사과정은 “모트 전이 반도체를 기반으로 하는 진성 난수 생성기는 25 마이크로초(μs) 마다 5.22 나노줄(nJ)의 에너지로 1개의 난수를 생성할 수 있는데 이는 기존 기술에 대비 최소 2.5배 이상 빠르고 1,800분의 1 수준의 에너지로 저전력 동작이 가능하다”고 말했다.

이어 “이번 연구는 저항 변화 메모리의 셀렉터 등 제한된 분야에서만 사용되던 모트 전이 소재를 진성 난수 생성기에 적합하다는 것을 입증한 결과로 새로운 하드웨어 보안용 소재 개발 분야를 개척한 의의가 있다”고 덧붙였다.

이 연구는 산업통상자원부, 한국반도체연구조합, KAIST의 지원을 받아 수행됐고 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 5월 18일 게재됐다.

이 연구는 산업통상자원부, 한국반도체연구조합, KAIST의 지원을 받아 수행됐고 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 5월 18일 게재됐다.