KAIST 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 데이터보안과 개인정보 침해를 획기적으로 막을 수 있는 모트 전이 반도체의 확률적 거동을 이용한 진성 난수(True Random Number) 생성기 개발에 성공했다.

진성 난수는 자연의 무작위적인 물리적 현상으로부터 얻어지는 난수로 인간이 예측할 수 없다. 궁극의 보안 기술을 구현하기 위해 필수적인 숫자다.

기존의 난수는 소프트웨어로 생성되면서 전자기기 간에 대량의 데이터가 오갈 때 해독이 쉽고, 데이터 보안 등이 취약하다는 단점이 있었다.

김경민 교수 연구팀은 진성 난수를 추출하기 위해 모트 전이 소재에 주목했다. 모트 전이 소재는 특정 온도에서 전기전도도가 부도체에서 도체로 전이하는 소재다. 전류를 흘려 가열하면 부도체 상태와 도체 상태가 주기적으로 변하는 진동 현상이 발생하는데 이 과정에서 주기적으로 소재의 가열과 냉각이 반복될 때 열의 생성과 발산이 예측 불가능하다는 점을 이론적으로 입증했다.

연구팀은 모트 전이 소재의 예측 불가능한 특성을 진성 난수로 변환하는 프로토타입의 진성 난수 생성기를 설계 제작해 진성 난수를 성공적으로 수집했다.

공동 제1 저자인 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"며 "이는 저항 변화 메모리의 셀렉터 등 제한된 분야에서만 사용되던 모트 전이 소재를 진성 난수 생성기에 적합하다는 것을 입증한 결과로 새로운 하드웨어 보안용 소재 개발 분야를 개척했다는 의의가 있다"고 말했다.

이러한 진성 난수 생성기는 반도체 칩의 형태로 제작해 기존 전자기기와 호환할 수 있으며 휴대전화 등 전자기기의 보안을 위한 암호화 하드웨어로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 5월 18일자에 게재됐고, 산업통상자원부, 한국반도체연구조합, KAIST의 지원을 받아 수행됐다.