이제는 모두가 사용하는 생체인증의 대표인 지문인식. 많은 앱에서 본인 인증용으로 이만큼 간편한 게 없다. 물론 페이스 ID도 있지만, 코시국에 페이스 아이디는 여간 불편한 게 아니다. 지문인식은 시장이 커지다 못해 이제 당연한 기본 옵션이 되었다. 아이폰 같은 경우는 자꾸 페이스 아이디만 고수하는데, 나중엔 지문인식도 같이 넣어줄 것 같다. 분명히 넣는 것이 어려운 일은 아닐 텐데 왜 자꾸 안 넣는지 모르겠다. 갤럭시의 경우 안면과 지문인식이 모두 가능하기 때문. 어쨌든 지문인식은 당연한 것이 됐고, 지문인식 센서에 관한 기술이 달라지고 있다. 초기에 사용됐던 지문인식부터 요즘 사용하는 센서를 살펴보고자 한다. 첫 번째는 광학적 센서이다. 광학적 센서는 지문을 사진으로 찍어 인식하는 방법이다. LED를 이용해 빛을 쏘는 발광부와 빛을 받는 수광부로 구성된 모듈을 고밀도로 배치하여 지문의 밝기를 측정하고, 미세한 지문의 음영을 분석하여 패턴을 감지한다. 가장 오래된 기술이지만, 인식률이 떨어진다.  두 번째는 정전식 센서이다. 정전식 센서는 여러 개의 트랜지스터 배열로 이루어져 있다.
정전식 센서는 피부 표피 내부인 피하층이 전도성인 점을 이용하는데, 지문의 단면이 울퉁불퉁하기 때문에 센서에 상대적으로 더 많이 닿는 부분과 그렇지 않은 부분으로 나뉘게 된다. 이때 센서에 미세한 전류가 흐르면 감지되는 센서에 더 많이 닿는 부분과 그렇지 않은 부분에서 전기 신호의 차이가 나타나게 된다. 이를 이용해 지문의 모양을 수학적으로 재구성하는 것이다. 하지만 이물질이 묻거나 물이 젖어있으면 인식 속도가 떨어지는 단점이 있다. 현재 많은 기기들이 정전식 센서를 채택하고 있다. 세 번째는 초음파 센서이다. 광학식과 유사하지만, LED 대신 음파를 이용해 지문의 높낮이를 측정하는 방식이다. 음파가 피부를 통과하기 때문에 피부 표면의 이물질에 영향을 받지 않는다. 또한, 이를 응용하면 심박수 체크도 가능한데 이는 가깝게 오는 소리는 크게, 멀어져 가는 소리는 작게 들리는 도플러 효과를 이용한 것이다. 초단파를 보내고 반사파는 송신파 주파수보다 높은 것을 이용해 주기적으로 주파수가 높아졌다 낮아졌다 하는 것을 파악해 심박수를 체크하는 것이다. 초음파 센서의 초기인 2015년엔 샤오미나 VIVOVIVO 등 일부 스마트폰에 사용되었었으나 정전식을 더 선호했었다. 하지만 2018년 초에 퀄컴에서 새로운 초음파 지문 인식기를 개발했고 19년부터 본격적으로 채택된 스마트폰이 나올 것이라 발표하였고, 현재 갤럭시 시리즈에 들어간 센서는 내장형 초음파 센서이다. 초기에 다소 불안함을 보였지만, 이물질의 영향을 받지 않는 만큼 계속 채택이 될 것으로 보인다. 최근, 보안 기술이 강화되면서 생체 인식 기능이 활발히 이용되고 있다. 그중 가방 보편적인 것은 지문 인식 기능이다. 지문은 다른 사람과 중복될 일이 없기 때문에 신원을 확인하기 좋은 수단이다. 따라서 사용자를 확인할 수 있는 가장 정확하고 편리한 방법으로 지문 인식 기능이 널리 채택되고 있으며, 휴대폰과 노트북 등 여러 전자기기에 활발하게 이용되고 있다. 패드에 슬며시 손가락을 가져다 대기만 하면 기기가 사용자의 지문을 인식한다. 그런데, 기기가 우리의 지문을 인식하는 원리는 무엇일까? 이번에는 지문 인식 기능의 원리를 아래와 같이 설명한다. 지문 인식은 크게 두 단계로 나뉜다. 센서에 손가락을 대어 지문을 촬영하는 입력 단계, 촬영된 지문을 저장된 지문과 대조하여 일치 여부를 판단하는 인증 단계이다. 입력 단계에서 지문을 촬영하는 방식에 따라 정전식, 광학식, 초음파 방식 등이 있다. 1) 정전식 정전식은 지문의 융선과 골의 정전 용량 차이로 지문을 인식하는 방식이다. 쉽게 말해, 손끝을 가져다 대면, 미세한 높낮이로 인하여 지문의 패턴마다 서로 다른 전기량을 감지하게 된다. 정전식은 지문 접촉 방식에 따라 두 가지로 나뉘게 된다. 첫 번째는 스와이프 방식인데, 이는 지문 센서에 손가락을 대로 아래쪽으로 문질러 입력한다. 두 번째 방식은 에어리어 방식이다. 에어리어 방식은 스와이프 방식보다 상대적으로 넓은 센서에 손가락을 터치하여 입력한다. 스와이프 방식보다 에어리어 방식이 더 간편하고 빠르다. 그러나 에어리어 방식은 센서의 소형화가 어렵고 단가가 높다. 현재, 정전식 기술에서는 에어리어 방식이 많이 사용되고 있다. 2) 광학식 [출처:구글] 광학식은 반사된 지문 영상을 획득하여 기존에 등록된 지문 정보와 비교하는 방식이다. 지문 패드 아래쪽에서 위로 강한 빛을 쏘면 지문 형태가 그대로 반사되며 광학 스캐너에서 이미지를 추출할 수 있다. 이는 주민센터, 은행 등에서 흔히 볼 수 있는 방식으로 내구성이 좋지만 다른 기술에 비해 인식률이 상대적으로 낮다는 단점이 있다. 3) 초음파 방식 초음파 방식은 미세한 초음파를 발사하여 돌아오는 시간을 측정하고 지문의 높이 차이를 측정하여 지문을 인식하는 방식이다. 이 방식은 기존 광학식 지문 인식보다 보안성이 높다. 지문 이미지가 아닌 사용자의 지문 굴곡을 인식하기 때문이다. 초음파 방식은 물체를 투과할 수 있다는 특별한 장점이 있다. 손가락에 물 등 일부 이물질이 묻은 상태에서도 인식률이 높아, 정확도와 보안성이 매우 우수하다. 초음파 방식은 비교적 정확성과 내구성이 좋지만, 제작이 까다롭고 상대적으로 가격이 높다. 삼성전자 갤럭시 S10과 갤럭시 S10 플러스에 스마트폰 화면에서 지문이 식별되는 내장형 지문인식 초음파 센서가 탑재됐다. 초음파식 지문 스캐너는 위조 지문이나 종이 지문으로는 뚫리지 않아 보안 측면에서 유리하다. 최근 스마트폰에는 플래그십이나 보급형을 가리지 않고 지문인식 센서가 탑재되는 추세다. 화면 잠금을 해제하거나 각종 결제 프로세스의 인증 수단으로 보안성과 편의성이 상당히 높기 때문이다. 스마트폰에 사용되는 지문인식 기술에는 어떤 종류가 있고 어떤 원리로 작동하는 것일까? 신원을 증명해주는 기술, 지문인식지문은 태아의 피하층부터 만들어져서 한 번 생겨나면 바뀌지 않는다. 지문이 만들어지는 과정에서는 태아의 움직임, 핵분열 등 우리가 파악할 수 없는 요인에 영향을 받기 때문에 일란성 쌍둥이라 할지라도 서로 다르다. 지문이 일치할 확률은 10억분의 1에서부터 640억분의 1,870억분의 1까지 다양한 학설이 있다. 세계 인구가 74억 명이니 100억분의 1을 넘어서면 지구상에 같은 지문을 가진 사람이 없다는 표현이 맞다. 지문인식이란 지문의 특성을 이용해 손가락 지문으로 본인을 인증하는 기술로 지문을 등록하고 등록한 데이터와 입력된 지문을 비교해 일치하는지 판별한다. 지문인식은 크게 두 단계로 나뉜다. 센서에 손가락을 대어 지문을 촬영하는 입력 단계, 촬영된 지문을 저장된 지문과 대조해 일치 여부를 판단하는 인증단계다. 입력단계에서 지문을 촬영하는 방식에 따라 정전식, 광학식, 초음파 방식 등이 있다. 스마트폰 지문인식 기술의 종류와 원리정전식은 지문의 융선과 골의 정전용량의 차이로 지문을 인식하는 방식이다. 센서에서 지문의 패턴마다서로 다른 전기량을 감지해 형태를 인식하는 것이다. 정전식은 지문 접촉 방식에 따라 스와이프 방식과 에어리어 방식으로 나뉜다. 스와이프 방식은 지문센서에 손가락을 대고 아래쪽으로 문질러 입력한다. 에어리어 방식은 스와이프 방식보다 상대적으로 넓은 센서에 손가락을 터치하여 입력한다. 에어리어 방식이 스와이프 방식보다 더 간편하고 빠르지만, 센서의 소형화가 어렵고 단가가 높은 편이다. 현재 정전식 기술에서는 스와이프 방식보다 에어리어 방식이 더 많이 사용되고 있다. 광학식은 빛에 반사된 지문 영상을 획득해 기존 등록된 지문 정보와 비교하는 방식이다. 카메라와 광학 스캐너를 이용한다. 지문이 닿는 곳의 아래쪽에서 위로 강한 빛을 쏘면 지문 형태가 그대로 반사되며 광학 스캐너에서 이미지를 추출할 수 있다. 이를 디지털화하여 원본 데이터와 같은지를 판별한다. 주민센터나 은행 등에서 흔히 볼 수 있는 방식으로, 내구성이 좋지만 다른 기술에 비해 인식률이 상대적으로 낮다. 초음파 방식은 초음파를 발사하여 돌아오는 시간을 측정하고, 지문의 높이차를 측정해 지문을 인식한다. 이 방식은 기존 광학식 지문 인식보다 보안성이 높다. 지문 이미지가 아닌 사용자의 지문 굴곡을 인식하기 때문이다. 이 방식은 물체를 투과할 수 있다는 특별한 장점을 지니고 있다. 손가락에 물 등 일부 이물질이 묻은 상태에서도 인식률이 높아, 정확도와 보안성이 우수하다. 초음파 방식은 비교적 정확성과 내구성이 좋지만, 제작이 까다롭고 상대적으로 가격이 높다. 지문인식의 도입으로지문은 1890년대부터 경찰 수사에 본격적으로 사용되었다. 하지만 개인이 적극적으로 지문을 활용하는 시대는 스마트폰에 도입되면서부터다. 누구나 쉽게 휴대할 수 있는 스마트폰에 지문인식 기술이 적용되면서 모바일 생체인증의 대표주자로 자리 잡았다. 2011년 모토로라 ‘아트릭스‘에 첫 지문인식 센서가 도입된 후, 2013년에 애플 ‘아이폰5S’, 2014년 삼성전자 ‘갤럭시S5’에 지문인식 기술이 도입됐다. 이어 손끝에서 시작된 생체인증은 눈(홍채인식), 얼굴(안면인식)으로 확대됐다. 최근 공개된 삼성전자 ‘갤럭시S10/S10+’에는 스마트폰 화면에서 지문이 식별되는 내장형 지문인식 초음파 센서가 탑재됐다. 초음파식 지문 스캐너는 위조지문이나 종이지문으로는 뚫리지 않아 보안 측면에서 유리하고 세계 최초로 FIDO 얼라이언스 생체 부품 인증을 획득했다. 지문인식은 공공기관 서류 발급, 출입통제, 근태관리, 빌딩통합시스템, 금융권의 지문인증 기반 모바일뱅킹, 결제 서비스, 컴퓨터 보안 분야, 공항 출입국 무인 자동화 시스템 등 다양한 곳에서 사용되고 있다. 특히 금융업계에서는 핀테크(FinTech)와 결합한 지문인식 도입이 활발하다. 금융사들은 지문인식, 간편송금 등으로 활성화에 나서고 있다. 사용자는 이 같은 기술을 이용해 기존 방식보다 훨씬 간편한 지문인증을 통해 로그인 하고 결제를 할 수 있다. IT 기술이 등장하면서 상상하는 많은 것들이 현실화했고 혁신을 만들어내는 속도도 점차 빨라지고 있다. 19세기 말부터 활용되기 시작한 지문은 이제 일상으로 스며들었고 더욱 안전하고 편리한 기능을 탑재하며 점차 진화해가고 있다. ※이 칼럼은 해당 필진의 개인적 소견이며 삼성디스플레이 뉴스룸의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다. |
광학식 지문인식 원리 - gwanghagsig jimun-insig wonli
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