최준일 교수 연구팀, 서울대와 공동으로 카이랄 나노입자를 이용한 새로운 가시광 통신 암호화 기술 개발

<(좌측부터) 최준일 교수, 한건호 석박통합과정, 서울대 한정현 박사과정, 지아웨이 류 박사, 남기태 교수>

최근 높은 주파수와 직진성을 가지며 많은 인프라에 구축된 조명 장치에 이용되는 가시광에 기반한 차세대 통신 기술이 주목받고 있다. 가시광 통신은 보안성과 데이터 전송 속도가 높다는 장점이 있으나, 여전히 신호 누설로 인한 도청 가능성이 존재하여 암호화 기술 개발은 필수적이다. 기존에 카이랄 나노입자의 카이랄 광학 특성을 가시광 통신에 접목하려는 시도가 없었으나, 공동 연구팀은 편광과 카이랄 광학 특성의 상호작용을 통해 암호화 성능이 증대할 수 있는 기술을 제시한 것이다.

최준일 교수 연구팀은 서울대학교 재료공학부 남기태 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 카이랄 나노 입자의 카이랄 광학 특성을 이용하여 보안 성능을 향상시킨 가시광 통신 기술을 개발했다.

공동 연구팀은 가시광 통신 도청을 원천적으로 차단하기 위해 정당한 수신자만 보유하는 카이랄 나노입자의 카이랄 광학 특성에 최적화된 편광을 통해 보안성을 향상시킬 수 있다는 사실을 시뮬레이션을 통해 규명했다.

<그림 1. 본 연구에서 개발한 카이랄 나노입자를 이용한 신개념의 편광 기반 가시광 통신 암호화 시스템의 개념도>

공동 연구팀은 카이랄 나노입자를 통과하여 수신되는 신호에 카이랄 광학 특성 중 하나인 좌우원편광 흡수율 차이에 의해 새로운 차등 채널 (differential channel)이 발생함을 유도하였고, 차등 채널을 통과하여 수신되는 신호의 세기를 조절하여 암호화 성능을 향상시킬 수 있음을 보고했다.

또한 정당한 수신자와 도청자의 비트 에러 오류율을 비교하여 복제 및 탈취가 불가능한 가시광 통신의 암호화 성능이 증대함을 보고했고, 카이랄 광학 특성에 편광 상태를 최적화하여 가시광 통신의 보안성과 에너지 효율성을 선택적으로 활용할 수 있음을 밝혀냈다.

최준일 교수는 “재료공학과 전기공학 전공자의 공동 연구로 이런 훌륭한 연구 성과를 도출할 수 있었다”며 “앞으로 나노입자 기반의 가시광 통신 기술을 더욱 발전시켜 도청이 원천적으로 불가능한 통신 기술을 개발하고자 한다”고 밝혔다.

전기및전자공학부 한건호 석박통합과정, 서울대학교 한정현 박사과정, 서울대학교 지아웨이 류 박사후연구원이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 최고 권위 다학제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 9월호에 출판됐다. (논문명: Spatiotemporally modulated full-polarized light emission for multiplexed optical encryption) 한편 이번 연구는 국방과학연구소 미래도전국방기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.