MIT 초소형 변조 방지 ID 태그, 테라헤르츠파로 모든 것 인증

전자 및 센서 인사이더

MIT에서 개발한 암호화 태그가 테라헤르츠파를 사용해 태그를 물건 표면에 붙이는 접착제에 혼합된 미세 금속 입자의 고유 패턴을 인식해 물건을 인증합니다. (이미지: 호세-루이스 올리바레스, MIT. 칩 제공: 연구진)

기존 RFID보다 작고 저렴한 테라헤르츠 태그 개발

몇 년 전 MIT 연구진은 제품 진위 확인을 위해 제품에 부착되는 전통적 무선 주파수 태그(RFID)보다 몇 배 더 작고 훨씬 저렴한 암호화 ID 태그를 발명했습니다.

기존 RFID와 같은 보안 취약점: 태그 떼어내 위조품에 재부착 가능

이 초소형 태그는 RFID보다 향상된 보안을 제공하며, 무선파보다 작고 훨씬 높은 주파수인 테라헤르츠파를 사용합니다. 하지만 이 테라헤르츠 태그는 전통적 RFID와 주요 보안 취약점을 공유했습니다: 위조자가 정품에서 태그를 떼어내 가짜에 다시 붙이면 인증 시스템은 전혀 알지 못합니다.

접착제 내 미세 금속 입자 패턴으로 변조 방지 해결

연구진은 이제 테라헤르츠파를 활용해 초소형, 저렴, 보안 장점을 유지하면서 변조 방지 ID 태그를 개발해 이 보안 취약점을 극복했습니다.

태그를 물건에 붙이는 접착제에 미세 금속 입자를 혼합하고, 테라헤르츠파로 물건 표면에서 이 입자들이 형성하는 고유 패턴을 감지합니다. 지문처럼 이 무작위 접착제 패턴으로 물건을 인증한다고 전기공학 및 컴퓨터과학(EECS) 대학원생이자 변조 방지 태그 논문 주저자인 이은석(Eunseok Lee)이 설명했습니다.

"이 금속 입자들은 본질적으로 테라헤르츠파용 거울 같습니다. 거울 조각들을 표면에 뿌리고 빛을 비추면 그 방향, 크기, 위치에 따라 다른 반사 패턴을 얻습니다. 하지만 칩을 떼어내 다시 붙이면 그 패턴이 파괴됩니다."라고 EECS 부교수이자 연구실 전자공학 연구소 테라헤르츠 집적 전자공학 그룹 리더인 루오난 한(Ruonan Han)이 말했습니다.

4mm² 크기 광구동 변조 방지 태그, 머신러닝으로 99% 이상 정확도

연구진은 약 4제곱밀리미터 크기 광구동 변조 방지 태그를 제작했습니다. 또한 접착제 패턴 지문 유사성을 99% 이상 정확도로 식별해 변조 감지를 돕는 머신러닝 모델도 시연했습니다.

저비용·초소형으로 대규모 공급망 적용 가능, 기존 RFID로 불가능한 초소형 의료기기 부착도 가능

테라헤르츠 태그 생산 비용이 매우 저렴해 대규모 공급망 전반에 구현 가능합니다. 초소형 크기로 기존 RFID로는 불가능한 특정 의료기기 같은 너무 작은 물건에도 부착 가능합니다.

한 교수의 세차장 RFID 태그 경험에서 영감

이 연구 프로젝트는 한 교수가 즐겨 이용하는 세차장에서 부분 영감받았습니다. 업체가 앞유리에 RFID 태그를 붙여 세차 멤버십 인증에 사용했습니다. 보안 강화를 위해 태그를 깨지기 쉬운 종이로 만들어 정직하지 않은 고객이 떼어내 다른 앞유리에 붙이려 하면 파괴되게 했습니다.

하지만 그건 변조 방지용으로 그다지 신뢰할 만한 방법은 아닙니다. 예를 들어 누군가는 접착제 녹이는 용액으로 깨지기 쉬운 태그를 안전하게 제거할 수 있습니다.

태그 인증보다 물건 자체 인증이 더 나은 보안 솔루션이라고 한 교수는 말합니다. 이를 위해 연구진은 태그와 물건 표면 사이 접착제 인터페이스를 표적으로 삼았습니다.

태그 내 마이크로 슬롯으로 테라헤르츠파 투과, 접착제 내 금속 입자 반사 패턴 분석

변조 방지 태그에는 테라헤르츠파가 태그를 통과해 접착제에 혼합된 미세 금속 입자를 치게 하는 일련의 미세 슬롯이 포함됩니다.

테라헤르츠파는 입자 감지에 충분히 작지만, 더 큰 무선파는 입자를 볼 만큼 충분한 감도가 없습니다. 또한 1밀리미터 파장 테라헤르츠파 사용으로 연구진은 더 큰 오프칩 안테나 필요 없는 칩 제작 가능했습니다.

태그 통과 후 물체 표면 타격 반사파 수신기로 인증

태그 통과 후 물체 표면 타격, 테라헤르츠파는 반사(후방산란)돼 수신기로 인증에 사용됩니다. 파동이 어떻게 후방산란되는지는 금속 입자 분포에 따라 달라집니다.

연구진은 칩에 여러 슬롯을 둬 파동이 물체 표면 다른 지점 타격해 입자 무작위 분포 정보 더 많이 포착하게 했습니다.

"접착제 인터페이스가 위조자에 의해 파괴되는 한 이 반응들은 복제 불가능합니다."라고 한 교수가 말했습니다.

공급망 배치로 데이터 샘플 늘려 신경망 개선 계획

공급업체는 변조 방지 태그를 물건에 붙인 후 초기 판독값 취해 클라우드에 저장, 나중에 검증에 사용합니다.

하지만 변조 방지 태그 테스트 시 이은석이 문제에 부딪혔습니다: 두 접착제 패턴 일치 여부 판단 위해 충분히 정밀한 측정 수행이 매우 어렵고 시간 많이 걸렸습니다.

MIT 컴퓨터과학인공지능연구소(CSAIL) 친구에게 연락해 함께 AI로 문제 해결. 접착제 패턴 비교해 유사도 99% 이상 정확도 계산하는 머신러닝 모델 훈련시켰습니다.

"한 가지 단점은 이 시연용 제한된 데이터 샘플만 있었지만, 공급망에 대량 태그 배치되면 훨씬 더 많은 데이터 샘플로 미래에 신경망 개선 가능합니다."라고 이은석이 말했습니다.

전송 손실·각도 제약 등 한계 존재, 향후 연구로 해결 예정

인증 시스템은 테라헤르츠파가 전송 중 높은 손실 겪어 센서가 태그에서 약 4센티미터 이내 있어야 정확한 판독 가능하다는 제약도 있습니다. 이 거리는 바코드 스캔 같은 응용엔 문제없지만 자동 고속도로 톨게이트 같은 일부 잠재적 용도엔 너무 짧습니다. 또한 센서와 태그 사이 각도가 10도 미만이어야 테라헤르츠 신호 과도 저하 방지 가능합니다.

향후 연구로 이 한계들 해결 예정이며, 많은 기술적 과제에도 테라헤르츠파로 달성 가능한 것에 대해 다른 연구자들이 더 낙관적이길 바란다고 한 교수가 말했습니다.

"여기서 정말 보여주고 싶은 건 테라헤르츠 스펙트럼 응용이 광대역 무선을 훨씬 넘어갈 수 있다는 점입니다. 이 경우 ID, 보안, 인증에 테라헤르츠 사용 가능합니다. 가능성이 많이 있습니다."라고 덧붙였습니다.

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