북한 해킹공격 더 이상 안 통할까…세계 최초 ‘암호 반도체’ 국내 개발

기존 대비 면적·소모 전력 수천분의일
실리콘 기반 반도체 설비도 이용 가능

[사진 출처 = 픽사베이]

사물인터넷, 자율주행 등 시대에 소자·기기 간 정보 교환이 늘어나면서 해킹 공격도 발전하고 있는 가운데 국내 연구팀이 세계 최초로 해킹을 막는 보안용 암호 반도체 소자 개발에 성공했다.

카이스트는 최양규·류승탁 전기및전자공학부 교수 공동연구팀이 해킹을 막는 세계 최초 보안용 암호 반도체를 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 연구팀은 “트랜지스터 하나로 이루어진 독창적 구조를 갖고 있다”며 “뿐만 아니라 동작 방식 또한 독특한 특성을 가진 난수발생기”라고 설명했다.

가장 널리 사용되는 보안 칩인 ‘고급 암호화 표준(AES)’에서 난수발생기는 핵심 요소다. 난수발생기는 AES 보안 칩 전체 면적의 약 75%, 에너지 소모의 85% 이상을 차지한다. 이 때문에 모바일 혹은 사물인터넷(IoT)에 탑재가 가능한 저전력·초소형 난수발생기 개발이 시급한 상황이다. 이와 함께 실리콘 금속 산화막 반도체(CMOS) 공정과의 호환성이 떨어진다는 단점도 있다.

연구팀은 100% 실리콘 호환 공정으로 제작된 핀펫(FinFET) 기반 보안용 암호반도체 크립토그래픽 트랜지스터(이하 ‘크립토리스터’)를 세계 최초로 개발했다. 하나의 트랜지스터로 구성돼 기존 난수발생기보다 면적과 소모 전력을 수천 분의 1 수준으로 낮추는 데 성공했다. 또한 실리콘 기판 하부에 절연층이 있는 ‘실리콘 온 인슐레이터(SOI)’ 위에서 전위 불안정성을 이용해 난수를 생성하도록 했다. 무작위로 0과 1 신호를 만들어 해킹 공격을 막는 방식이다.

개발한 보안용 암호 반도체 소자 개념도 [사진 제공 = 카이스트]

연구팀은 크립토리스터 기반 난수발생기 연구는 국제적으로도 구현한 사례가 없는 세계 최초의 연구라고 설명했다. 크립토리스터 기반 난수발생기는 기존 실리콘 기반 반도체와 같은 구조를 가지고 있어 반도체 설비를 이용해 저렴한 비용으로 양산이 가능하다.

연구에 참여한 김승일 카이스트 박사과정 연구원은 “초소형·저전력 난수발생기는 특유의 예측 불가능성으로 보안 기능을 강화해 칩 간의 통신 보안으로 안전한 초연결성을 지원할 수 있다”며 “특히 기존 연구 대비 에너지, 집적도, 비용 측면에서 탁월한 장점을 갖고 있어 사물인터넷(IoT) 기기 환경에 적합하다”고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업, 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 이변 연구 성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 온라인에 2월 게재됐다.