광학 물리적 복제불가능 함수(physical unclonable functions, PUFs)는 차세대 보안을 위한 유망한 암호학적 기본 요소로 부상하고 있다. 그러나 다양한 현대 네트워크와의 조화를 위해서는 고정된 규격을 갖는 경직된 키 공간으로 인해 기존 광학 PUF가 부적합하다. 본 연구에서는 스펙클 특성을 활용하여 다단계 키 생성을 위한 계층적으로 제어 가능한 난수 원천을 구현한다. 조명 지름을 조절하면 스펙클 크기를 조절할 수 있으며, 이를 통해 길이가 각각 64, 256, 1,024비트인 3단계 키를 추출할 수 있다. 성능 평가는 모든 수준에서 균일성, 유일성, 재현성 및 난수성이 모두 우수함을 보여준다. 또한 두 가지의 실현 가능한 응용이 제안된다. 첫째는 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 장치로부터 민감 정보에 이르기까지를 아우르는 계층적 인증 아키텍처로, 보안과 자원을 균형 있게 고려한다. 둘째는 다단계 이미지 암호화 알고리즘으로, 기존 XOR 기반 암호화에 비해 홀로크립틱(holocryptic) 성능이 더 우수함을 나타낸다. 이러한 다목적 플랫폼은 광학 PUF에 새로운 패러다임을 제시하며, 견고하고 확장 가능한 차세대 보안의 기반을 마련한다.

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