(좌측부터) 유호천 한양대 교수, 박태현 한양대 박사후 연구원, 박별리 성균관대 교수

한양대학교 융합전자공학부 유호천 교수 연구팀과 성균관대학교 박별리 교수 연구팀은 공동 연구를 통해 빛을 소리로 변환해 고유한 암호 키를 생성하는 ‘광음향 기반 물리적 복제방지장치(Photoacoustic Physically Unclonable Function, PA-PUF)’를 개발했다고, 18일 밝혔다.

물리적 복제방지장치(PUF)는 소재·구조·제작 과정에서 자연스럽게 형성되는 미세한 불규칙성을 ‘디지털 지문’처럼 활용해, 하드웨어 고유의 암호 키를 생성하는 보안 기술이다. 동일한 공정으로도 완전히 동일한 구조를 재현할 수 없어 물리적 복제가 불가능하며, 위변조 방지와 인증 시스템의 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 기존 전자식 PUF는 전극 기반 신호 추출로 인한 제작 공정 복잡성, 대면적 확장 한계, AI 기반 머신러닝 공격 취약성 등의 제약이 있었다.

연구팀이 개발한 PA-PUF는 광음향(photoacoustic) 효과를 활용해 이러한 한계를 극복했다. 가시광을 흡수하는 CuO 나노입자와 분산 매트릭스 역할을 하는 SnO₂ 나노입자를 혼합한 난수성 나노복합체에서 발생하는 초음파 신호를 암호 키로 변환하는 방식이다. 해당 기술은 전극이나 회로 패턴 없이도 고유 신호 추출이 가능해, 곡면·유연 기판·피부 등 다양한 표면에 부착할 수 있다.

연구팀은 나노초 레이저 펄스로 복합체를 자극해 생성된 불규칙한 광음향 신호를 250×250 비트의 암호 매트릭스로 변환했다. 10개의 소자 측정 결과, 비트 균일도·기기 간 해밍거리·엔트로피 등 안전한 키 생성에 필요한 보안 성능에서 이상적인 수치를 확보했다. 또한 로지스틱 회귀, 서포트 벡터 머신, CNN 등 AI 기반 추론 공격에 강한 저항성을 나타냈으며, 손등에 부착한 상태에서 체온 변화, 움직임, 굴곡, 환경 소음에도 95% 이상의 유사도를 유지하며 안정적으로 동작했다.

유호천 교수는 “이번 연구는 빛을 소리로 변환하는 물리적 경로를 이용해 유연하고 착용 가능한 차세대 보안 플랫폼을 구현한 최초 사례”라며, “웨어러블 인증, 사물인터넷(IoT) 보안 등 다양한 분야로 확장 가능성이 크다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원의 정보통신방송혁신인재양성(인공지능반도체고급인재양성) 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 『Nature Communications』에 2025년 8월에 온라인 게재됐다. 해당 논문 「Light in, sound keys out: photoacoustic PUFs from stochastic nanocomposites」에는 한양대 박태현 박사후 연구원이 제1저자, 한양대 유호천 교수와 성균관대 박별리 교수가 교신저자로 참여했다.