[한국강사신문 장한별 시민기자] 충남대학교(총장 이진숙)는 자연과학대학 물리학과 김종현 교수 연구팀이 네마틱 액정 기반의 진성난수 생성 소자를 개발했다고 밝혔다

이번 연구 성과는 'Advanced Optical Materials'(IF: 10.05, Q1)에 9월호로 게재됐으며, 이번 연구는 이준용 박사, 이재훈 박사과정생이 제1저자로, 김종현 교수가 교신저자로 참여했다.(논문 제목: Robust and Accessible True Random Number Generator Exploiting the Structural Frustration of Nematic Liquid Crystals)

최근 IoT(Internet of Things)의 발달과 함께 사용자의 전자기기와 어플리케이션이 인터넷으로 연결됨에 따라 개인정보를 위협하는 위조 및 해킹 기술 역시 빠르게 발달하고 있어 정보를 암호화하기 위한 기술이 주목받고 있다.

특히, 암호화 기술에 활용되는 진성난수(true random number)는 시드(seed)가 존재하는 의사난수(pseudo random number)와는 달리 자연상에서 발생하는 무작위성을 이용해 예측 불가능한 난수를 발생시킨다.

이에 연구팀은 에너지를 최소화하는 구조로 분자들이 정렬하는 자기조립(self-assembly) 성질이 있는 네마틱 액정을 활용해 진성난수 생성 소자를 개발했다. 연구팀이 네마틱 액정을 이용해 제작한 진성난수 생성기는 제작이 쉽고 휴대할 정도로 소형화가 가능하며, 광학적인 이미지를 이용해 사용자가 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀이 활용한 네마틱 액정은 장축의 정렬 방향에 대해 180도의 회전 대칭성을 갖는데 동일한 모양의 전극 위에서 액정분자들은 전기장 인가시 에너지가 동등하지만 회전 방향에 차이를 보이는 두 가지 구조를 가진다. 이 액정분자들은 광학적으로 서로 다른 바람개비 형태의 이미지를 나타내 이미지 프로세싱을 통해 0과 1로 이루어진 무작위의 이진수 배열(binary sequence)로 바꿀 수 있다.

연구팀은 네마틱 액정 기반 소자가 생성한 무작위 발생 배열이 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 엄격한 통계적인 무작위성 테스트에서 매우 높은 합격률(0.992 이상)과 높은 균일도 보이는 것을 확인했다.

또, 연구팀은 발생한 이진화 배열을 간단한 방법으로 십진수로 변환하는 방법을 소개했으며, 변환한 십진수 역시 균일한 분포를 가지는 것을 확인했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단(지역대학우수과학자, 양자제어물성연구소(대학중점연구소지원사업), BK21 Four)와 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.