이제 더 이상의 해킹은 없다.
이제 더 이상의 해킹은 없다.
  • 한국에너지
  • 승인 2021.10.12 14:09
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세계 최초로 진성난수발생기 개발
암호시장 140년만에 천지개벽
원자력·전자통신 연구원 공동개발
난수를 이용한 데이터 암호화 방법

[한국에너지] 컴퓨터나 이동통신의 해킹을 원천적으로 방지할 수 있는 진성난수 기술을 국내에서 개발했다.

불규칙한 임의의 숫자를 의미하는 난수(Random number)는 모든 암호보안 시스템의 핵심요소로 난수의 무작위성이 시스템의 보안 수준을 결정한다.

원자력연구원 김종범 박사와 전자통신연구원 박경환 박사 공동 연구팀이 세계 최초로 니켈~63 베타선으로부터 난수를 생성하는 핵심회로를 집적화해 작은 칩으로 만드는데 성공했다고 연구원이 최근 밝혔다.

이 연구는 20189월부터 과기부 과제로 현재 진행 중이다.

진성난수를 고속으로 제공하는 소형 양자난수발생기 칩은 방사성동위원소 니켈~63에서 나오는 베타선 신호의 간격을 이용해 난수를 생성한다. 베타선 신호는 무작위로 발생하기 때문에 통계학적으로 완벽하게 분산된 숫자, 즉 다음 숫자를 절대 예측할 수 없는 완벽한 난수를 만들 수 있다.

방사성 동위원소가 붕괴하며 나오는 방사선이나 단일 광자의 양자 역학적 물리현상에서 무작위 신호를 추출해 얻은 난수를 양자 진성난수라고 한다.

단일 광자를 이용한 무작위 신호 추출은 온도나 전원상태 등 외부 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나 방사성 동위원소의 붕괴로 추출하는 신호는 외부 요인에 영향을 받지 않아 가장 이상적인 난수를 발생한다.

특히 베타선은 에너지가 작기 때문에 방사선 검출 센서에 영향을 주지 않고 끊임없이 사용할 수 있어 난수를 고속으로 생성할 수 있다.

지금까지는 소형화한 검출 센서와 신호 처리칩이 개발되지 않아 실용화가 불가능 했다.

연구팀은 베타선원 박막 제조기술과 저잡음 CMOS(상보성 금속 산화막 반도체) 기술을 적용해 베타 양자 난수발생기 핵심회로를 집적화함으로써 칩에 넣을 수 있는 수준으로 소형화 하는데 성공한 것이다.

베타선원 박막 제조기술은 아주 작은 양의 니켈-63을 코팅하는 기술로서 베타선원은 난수 발생기 내부 검출 센서에만 전달되며 칩 외부로 나가지 않는다.

에너지가 작은 베타선의 신호를 잡아내기 위해서는 신호 추출을 방해하는 반도체 자체의 잡음(노이즈)을 줄여야 한다. 저잡음 CMOS 기술을 활용하면 난수 생성에 필요한 신호 처리 회로를 집적화해 크기를 줄이고 노이즈를 최소화 할 수 있다.

이번 연구 결과는 세계 최초로 베타 양자난수발생기를 1.5mm 크기의 칩으로 소형화하여 실용화가 가능해졌다는 의미다.

난수발생기는 컴퓨터 이동통신 등 다양한 분야에서 정보를 암호화 하는데 사용되고 있다. 아직까지는 별도의 물리적 장칭 없이 알고리즘으로 생성할 수 있는 유사난수가 활용된다.

그러나 유사난수는 해킹 기술 발전으로 난수생성 알고리즘을 해독할 수 있다. 따라서 보안성을 높이는 근본적인 해결책은 진성나수를 사용하는 것이다.

암호시장은 유사난수 체계에서 진성난수 기반체계로 바뀌는 전환기에 있는데 우리나라가 진성난수 기술을 세계 최초로 개발한 것이다. 전 세계적으로 암호시장은 약 10조 원에 이르며 국내 시장은 15백억 정도다.

연구과제는 올해 말까지다.

 

참고

난수의 중요성

암호화 과정에는 반드시 난수가 필요하다. 1882년 프랭크 밀러라는 사람이 제시한 원문의 문자를 난수만큼 이동시키는 암호화 방법을 지금까지 사용 중이다.

그동안 암호학자들은 암호화에 필요한 고유하고 진정한 난수를 만드는 것이 정말 어렵다는 사실을 알고 있었다.

따라서 암호 학자들은 난수처럼 보이는 숫자들을 생성하는 알고리즘을 연구하고 이렇게 만들어진 유사난수를 현재까지 대부분의 암호화 시스템에 사용하고 있다.

이러한 유사난수는 패턴이 분석되고 노출돼 보안이 뚫리는 해킹사고가 빈번하다. 그러나 암호화 시스템에 유사난수발생기를 사용하면 난수의 패턴 자체가 없기 때문에 해킹이 절대 일어날 수 없게 된다.

최근 진성난수 연구에 많은 진전이 있어 140년 동안의 숙원인 진성난수를 암호화 하여 시스템에 사용하려고 했지만 가격이 너무 비싸고 속도가 느리며 부피가 크다는 점 때문에 실용화가 이루어지지 못했다.

베타선을 이용하는 양자난수발생기는 초소형화 저가화를 통한 대량 생산이 가능하고 고속난수발생기 구현이 가능하기 때문에 상용화가 가능하다는 점이다.

이번에 개발한 베타선 기반 양자난수발생기는 국제표준 난수 검증프로그램인 NIST SP 800~90B 테스트를 모두 통과하였다.

 

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