나노기술 및 정책 정보

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플로리다 대학교(University of Florida) 연구팀이 고유한 임의성에 기반한 지문으로 활용할 수 있는 전자 기계 스펙트럼 서명을 탐색하는 나노 스케일 태그를 시연했음. 나노전자기계(NEMS) 태그의 초소형 크기와 투명한 구성 요소는 물리적 변조 및 복제 노력에 대한 상당한 내성을 제공했음. NEMS는 일반적으로 초저전력 무선 전자 장치를 위한 안정적인 전원을 개발하여 주위의 기계적 및 진동 에너지를 전력으로 변환할 수 있음. 또한 연구팀은 스펙트럼 서명을 이진 지문으로 디지털 변환하는 적응형 알고리즘을 개발했음. 이 실험은 다양한 제품 및 소비재에 대한 정품 식별 및 인증을 보호하는 NEMS의 잠재력을 강조했음.

위조품의 무역은 글로벌 경제 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 확대되어 광범위한 사회적 피해를 입히고 화이트칼라 범죄의 원인으로 국제 안보 위협을 가할 수 있음. 위조품 거래는 일반적으로 디지털 지문이나 워터 마크를 생성하여 정품을 식별, 인증 및 추적하기 위해 물리적 태그를 사용하여 왔음. 연구원들은 빠른 응답(QR) 패턴, 범용 제품 코드(UPC) 및 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 포함한 다양한 범용 물리적 태그 기술을 개발했음. 그러나 이러한 기술은 제한적이므로 보안 위험이 있음. 따라서 과학자들은 최근 식별 및 인증 태그의 위조 한계를 식별하기 위해 나노 규모의 물리적 복제 불가능 함수 또는 나노 물리적 복제 불가능 함수 (PUF)를 개발했음. 이 연구에서 복제가 불가능한 물리적 태그를 만들기 위해 나노전자기계시스템(NEMS)을 사용하는 근본적으로 다른 접근법을 제시했음. 이 구조는 다양한 제품에 대한 일반적인 적용 가능성으로 변조 및 복제에 대한 상당한 내성을 유지했음.

NEMS 태그는 대량의 고품질 계수(Q) 공명 피크로 구성된 전기 기계 스펙트럼 시그니처를 보여주었음. 일반적으로 Q 계수는 발진기 또는 공진기의 특성과 공진기의 저장된 에너지의 특성을 규정함. 여기서 Q가 높을수록 진동이 천천히 분산되어 에너지 손실률이 낮음을 나타냄. 공명기의 초소형 크기 및 투명한 구성 요소와 결합된 이러한 물리적 특성은 물리적 변조 및 복제 노력에 대한 NEMS 태그의 내성을 보장함. 비용 효율적인 태그는 주위 소음과 간섭이 큰 복잡한 환경에서도 사용할 수 있음. NEMS 태그를 생성하려면 두 금속층 사이에 얇은 압전 필름을 끼우고 투명 재료를 선택하여 구성층을 만들어 태그를 강화한 다음 유리 기판에 태그를 구현하여 투명도를 평가했음. 구성 요소는 작은 자기력으로도 기계적 공명 모드의 여기를 허용하기 위해 큰 전기 기계 결합 계수를 제공했음. 연구팀은 궁극적으로 NEMS 태그를 패턴하고 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 제품을 관찰하여 광학 투명성을 확인했음.

NEMS 태그를 개발하는 동안 과학자들은 식별을 용이하게 하기 위해 전기 기계 스펙트럼 시그니처의 속성을 연구했음. 연구팀은 NEMS 태그의 측면 형상을 설계하여 작은 관심 주파수 범위 (80-90MHz)에 걸쳐 높은 Q 기계적 공명 모드 세트를 생성했음. 공명 모드에 해당하는 피크의 다양한 특성을 기반으로 NEMS 태그에 이진 문자열을 할당했음. 재료 분포의 임의적 특성으로 인해 스펙트럼 서명에만 반영되어 리버스 엔지니어링이 거의 불가능한 고유한 디지털 지문을 사용하여 시각적으로 동일한 NEMS 태그를 만들 수 있었음. 라벨 구성 요소의 무작위적이고 내재적인 불확실성은 두 가지 보안 이점을 제공하므로 바람직했음. 첫째, 연구팀은 제작된 각 장치에 대해 고유한 식별자 또는 지문을 만들 수 있었음. 둘째, 재료 기반 고유 임의성은 제조 과정에서의 정보를 활용하여 위조 제품을 방지하는 데 유리했음. 확인 절차에는 무선 질문 및 디지털 번역 구성 요소가 포함되어 있으며 연구팀은 각 NEMS 태그에 지정된 고유한 이진 문자열을 읽어내기 위해 일련의 정교한 단계를 구현했음.

본 연구 성과는 ‘Microsystems & Nanoengineering’ (“Clandestine nanoelectromechanical tags for identification and authentication”) 지에 게재됨