[TTA] 생체신호를 이용한 개인인증 기술 및 DB 구축

 

 

 

■ 전 세계 바이오인식 시장 규모

 

- 2015년 9조 772억 원, 2016년에는 12조 6,294억 원(2015년 전망치), 2020년에는 41조 이상으로 성장할 것
으로 예상되고 있다.

 

 

 

■ 생체인식(바이오인식 biometrics) vs. 생체신호

 

- 바이오인식(biometrics, 생체인식)은 신체의 고유한 특성(지문, 홍채, 정맥, 얼굴)이나, 행동적인 특성(목소리, 필체, 걸음걸이, 특정 행동)을 이용하여 개인을 식별하는 기술인데, 외형적으로 표출된 해부학적, 물리학적 형태의 정보를 이용하는 것이기 때문에, 위조나 변조의 위험성이 존재하여 중요한 보안에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

 

- 생체신호는 신경계, 혈관계 등의 생리학적 원리에 의하여 신체 내부에서 발생하는 신호로 외부적으로 보이지 않으며, 개인마다 신체적 특성에 따라 다르게 나타나고 있다. 또한 신호가 복잡하여 외부에서 복제하여 나타내기가 매우 어려우므로 위조와 변조에 강한 장점을 갖고 있다고 할 수 있다.

 

- 최근에는 시스템온칩(SoC) 기반 웨어러블 디바이스 및 인공지능-패턴인식 기술의 발전으로, 생체신호를 이용하여 개인 인증 기술을 개발하는 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

 

 

 

■ 개인 인증에 적용 가능한 생체신호의 형태

 

- 전기적 생체신호: 신경세포나 근세포에 의해 발생되는 뇌파나 심전도, 근전도

 

- 기계적-물리적 생체신호: 압력이나 가속도, 온도 등의 변수에 의해 변하는 생체신호

 

- 광학적 신호: 가시광선 또는 적외선 범위의 파장을 이용하여 신체 내부 특성을 알아내는 방식

 

 

 

■ 대표적 생체신호

 

① 심전도(ECG, Electrocardiography)

 

- 심전도는 심장의 근육이 수축하면서 발생하는 전기신호를 기록하는 것으로, 주로 병원에서 심장의 상태 및 질환을 진단하는 데 활용되고 있다.

 

- 심전도를 이용한 개인인증 연구는 현재 생체 신호를 이용한 인증에서 가장 활발한 분야이다.

 

 

② 뇌전도(EEG, Electroencephalography)

 

- 뇌전도, 혹은 뇌파는 뇌의 전기적 활동에 대한 신경생리학적 생체신호로, 두피에 부착한 전극을 통해 대뇌 피질의 활동 상태를 기록한다.

 

- 뇌파를 이용한 개인인증 연구에서는 사람마다 각자의 고유한 신경회로망을 가지므로 뇌파 역시 사람마다 다른 특징을 보이는 점을 이용한다.

 

- 뇌파는 신경생리학적 상태에 따라서 조금씩 다른 변화를 보인다. 따라서 특정 신체 상태의 뇌파만이 개인인증을 하도록 요구한다고 볼 수 있다. 그러나 특정 상황에서의 뇌파만이 인증을 성공시킨다는 점이 오히려 시스템의 보안성을 높여 줄 것으로 기대되기도 한다.

 

 

③ 심탄도(BCG, Ballistocardiography)

 

- 심장이 좌심실을 통하여 혈액을 대동맥으로 방출하는 과정에서 집단적인 혈액의 움직임은 외부에 미약한 반작용의 힘을 가하게 된다. 이 미세한 힘은 외부 신체의 표면 또는 힘이 전달될 수 있는 위치에 설치된 민감한 센서를 통하여 기록할 수 있다.

 

- 몸에 특별히 센서를 부착하지 않고 비침습적, 무구속적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.

 

- 심탄도 파형은 심장 및 혈관의 구조, 심박출 능력, 신장, 체중, 성별 나이 등 사람에 따라서 다른 여러 인자에 의하여 영향을 받기 때문에 인증 기술에 이용할 가능성을 제시하고 있다.

 

 

④ 광용적맥파(PPG, Photoplethysmography)

 

- 광학적으로 혈관의 용적변화를 측정한 용적맥파이다.

 

- 피부에 빛을 조사하고 반사 또는 흡수되는 빛의 차이를 이용하여서 혈액 내 헤모글로빈의 산소포화도를 측정하는 펄스 산소측정법(Pulse oxymetry)과 보통 함께 측정한다.

 

- 광용적맥파는 근본적으로 심장 및 심혈관계의 활동 상태를 반영하고 있으므로 심전도를 이용한 개인 인증과 유사한 수준의 성능을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

 

- 애플 워치, Fitbit 등 심박 측정을 목적으로 많은 웨어러블 기기들이 광용적맥파 기술을 사용하고 있다.

 

- 광용적맥파를 이용한 개인인증 기술은 정확도가 낮은 단점이 있지만 웨어러블 기기에서 쉽게 측정될 수 있는 장점이 있어서 심전도와 마찬가지로 지문, 홍채 등 다른 인증 수단과 함께 멀티모덜(multi-modal) 인증 수단으로서 응용될 가능성이 높다.

 

 

 

■ 생체신호 기반 인증기술 개발을 위해서는 개인식별성이 높은 생체신호 특징점 추출 및 알고리즘 성능평가가 필수적이다.

 

 

 

 

 

 

 

■ 생체인증 기술 개발을 위한 DB 구축

 

- 보다 정확한 생체신호 기반 인증기술 개발을 위하여 단계적이고 객관적인 DB 구축이 필요하다.

 

- MIT와 하버드 대학에서는 환자들의 심전도 및 뇌전도 기록들을 데이터베이스화하여 연구용으로 오픈소스로 제공하고 있으나 단일 측정한 데이터가 대부분으로 재현성 검증이 힘든 문제점이 있다.

 

- 따라서 객관적이고 현실성 있는 생체신호 인증기술을 개발하기 위해서 여러 번 측정이 된 형태의 시험용 DB가 필요하다.

 

 

 

** 출처: [TTA] 생체신호를 이용한 개인인증 기술 및 DB 구축

165-2-3-4.pdf