최양규·류승탁 교수 공동연구팀, 보안용 암호 반도체 소자 개발
크기·전력소모 대폭 개선한 세계 유일 구조의 난수 발생기 만들어
▲KAIST 전기및전자공학부 최양규 교수, 류승탁 교수, 김승일 박사과정(왼쪽부터)
카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 전기및전자공학부 최양규 교수와 류승탁 교수 공동연구팀이 해킹을 막는 세계 최초 보안용 암호 반도체를 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.
연구팀은 100% 실리콘 호환 공정으로 제작된 핀펫(FinFET) 기반 보안용 암호 반도체 '크립토그래픽 트랜지스터'를 세계 최초로 개발하는데 성공했다.
이는 트랜지스터 하나로 이루어진 독창적 구조를 갖고 있을 뿐만 아니라 동작 방식도 독특해 세계에서 유일무이한 특성을 가진 난수발생기다.
인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율주행 등의 모든 보안 환경에서 가장 중요한 요소는 난수발생기이다. 가장 널리 사용되는 보안 칩인 '고급 암호화 표준(AES)'에서 난수발생기는 핵심 요소로, AES 보안 칩 전체 면적의 약 75%, 에너지 소모의 85% 이상을 차지한다.
따라서, 모바일 혹은 사물인터넷에 탑재 가능한 저전력·초소형 난수발생기 개발이 시급한 상황이다.
그러나 기존 난수발생기는 전력 소모가 매우 크고 실리콘 CMOS 공정과의 호환성이 떨어진다는 단점이 있고, 회로 기반의 난수발생기들은 점유 면적이 매우 크다는 단점이 있다.
이번 공동연구팀은 기존 세계 최고 수준의 연구에 비해 전력 소모와 점유 면적을 모두 수천분의 일 이하로 줄인 작은 암호 반도체인 단일 소자 기반의 크립토리스터를 개발했다.
절연층이 실리콘 하부에 형성돼 있는 '실리콘 온 인슐레이터(SOI)' 기판 위에 제작된 핀펫(FinFET)이 가지는 내재적인 전위 불안정성을 이용해 무작위적으로 0과 1을 예측 불가능하게 내보내는 난수발생기를 개발한 것이다.
일반적으로 모바일 기기 등에서 정보를 교환할 때 데이터를 암호화하는 알고리즘은 해커가 예측할 수 없도록 하는 것이 중요한데, 이 난수발생기는 무작위의 0과 1의 배열이 매번 다른 결과가 나오게 해 예측 불가능하도록 함으로써 공격자가 예측하지 못하도록 차단하는 방식이다.
특히, 크립토리스터 기반 난수발생기 연구는 국제적으로도 구현한 사례가 없는 세계 최초의 연구로, 기존 논리 연산용 또는 메모리용 소자와 동일한 구조의 트랜지스터이기 때문에 현재 반도체 설비를 이용한 양산 공정으로 100% 제작이 가능하며 저비용으로 빠르게 대량생산이 가능하다는 점에서 의미가 크다.
연구를 주도한 KAIST 김승일 박사과정은 “초소형·저전력 난수발생기는 특유의 예측 불가능성으로 보안 기능을 강화해 칩 또는 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 연구의 의의를 설명했다.
이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 김승일 박사과정이 제1저자, 유형진 석사가 공저자로 참여했으며 국제학술지 '사이언스'의 자매지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 2024년 2월 온라인판에 정식 출판됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업, 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
;){kind=link}