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[IT뉴스][알쓸신기] 사진 속 내 얼굴에는 반응하지 않는다…스마트폰 생체인식의 비밀

온카뱅크관리자

2026-10-31 07:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> (29) 어두운 방에서도 내 얼굴에 3만 개의 점을 쏜다…적외선 입체 지도와 광학 센서 
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 스마트폰 잠금을 해제할 때 손가락을 화면에 살짝 올리거나 기기를 얼굴 앞으로 가져가는 동작은 매일 수십 번씩 반복하는 일상이다. 숫자 비밀번호를 누르거나 복잡한 패턴을 그릴 필요 없이, 0.1초도 안 되는 찰나의 순간에 화면 자물쇠가 풀린다.
 과거에는 내 얼굴 사진을 화면 앞에 가져다 대면 잠금이 풀려버리는 허술한 보안 사고가 뉴스에 나오기도 했다. 하지만 최신 스마트폰은 고화질 사진이나 정교한 가면을 들이대도 속지 않으며, 불을 끈 한밤중 방안에서도 주인의 얼굴을 정확히 알아채 문을 열어준다. 화면 유리 밑에 숨겨진 지문 센서 역시 종이에 찍은 가짜 지문 도장을 단번에 걸러낸다. 내 몸의 고유한 형태를 가장 안전한 열쇠로 바꾸어놓은 '생체인식(Biometrics)' 하드웨어의 과학을 살펴본다.
 ◆ 3만 개의 점으로 입체 지도를 그리는 트루뎁스
 일반 카메라를 이용한 얼굴 인식은 사진 한 장으로도 쉽게 뚫리는 치명적인 약점이 있었다. 카메라 렌즈에 맺히는 이미지는 명암과 색상으로 이루어진 평평한 2차원 평면 그림에 불과하기 때문이다.
 스마트폰 상단 노치나 펀치홀 구멍 속에는 이 한계를 극복하기 위해 일반 셀카 렌즈 외에 특수 광학 부품 묶음이 숨겨져 있다. 그 핵심이 바로 '도트 프로젝터(Dot Projector)'와 '적외선 카메라'다.
 화면을 바라보는 순간, 도트 프로젝터는 사람의 눈에 전혀 보이지 않는 940나노미터 파장의 적외선 레이저 점 3만 개 이상을 사용자의 얼굴을 향해 한꺼번에 쏘아 뿌린다. 이 수만 개의 보이지 않는 점들은 콧날처럼 튀어나온 곳, 눈두덩처럼 푹 꺼진 곳, 볼의 완만한 곡선을 따라 촘촘하게 내려앉는다.
 이때 적외선 카메라가 얼굴에 맺힌 점들의 위치와 왜곡된 형태를 촬영한다. 코끝에 닿은 점은 렌즈와 가까워 간격이 넓어지고, 볼 안쪽으로 들어간 점은 간격이 좁아지는 등 기하학적 형태 변화가 생긴다. 스마트폰의 인공지능 신경망 칩(NPU)은 이 점들의 왜곡 데이터를 역추적하여 사용자의 얼굴을 정밀한 '3차원 입체 등고선 지도(메시 데이터)'로 복원해 낸다.
 평평한 종이 사진이나 모니터 화면 속 얼굴에는 깊이감(입체 굴곡)이 전혀 없기 때문에, 레이저 점들이 일정한 간격으로 평평하게 맺혀 즉시 가짜로 판정된다. 또한 자체적으로 적외선 빛을 쏘아 얼굴을 비추기 때문에, 가로등 하나 없는 깜깜한 어둠 속에서도 대낮처럼 선명하게 3차원 얼굴을 인식할 수 있다.
 ◆ 눈동자의 깜빡임까지 감시한다
 3차원 입체 지도를 그릴 수 있다면, 사용자의 얼굴 굴곡을 본뜬 3D 밀랍 가면이나 정교한 특수 분장 마스크를 쓰면 뚫릴 수 있지 않을까? 보안 엔지니어들은 이 문제를 막기 위해 '생체 활성 감지(Liveness Detection)'라는 2차 방어선을 구축했다.
 스마트폰의 적외선 조명기(플러드 일루미네이터)가 얼굴을 비출 때, 센서는 피부 표면뿐 아니라 눈동자의 각막과 망막에서 튕겨 나오는 반사광을 함께 분석한다. 살아있는 사람의 안구는 렌즈 표면에 고유한 적외선 빛 굴절을 만들어낸다.
 더 나아가 시스템은 사용자의 눈이 실제로 스마트폰 화면을 응시하고 있는지 감시한다. 사용자가 잠들어 있거나 눈을 감고 있을 때는 잠금이 절대 풀리지 않도록 설정되어 있어, 잠든 틈에 다른 사람이 스마트폰을 얼굴에 가져다 대더라도 열리지 않는다.
 여기에 실리콘이나 플라스틱 가면이 흉내 낼 수 없는 '피부 조직의 빛 흡수율' 분석이 더해진다. 사람의 생체 피부는 핏줄 속 헤모글로빈과 수분 때문에 특정 파장의 적외선을 흡수하고 산란시키는 고유한 광학 특성을 띤다. 인공 가면에 쓰이는 고무나 합성수지는 이 빛 반사 스펙트럼이 사람의 피부와 완전히 다르기 때문에, 아무리 겉모습을 똑같이 조각한 가면이라도 센서 앞에서는 한순간에 가짜임이 드러난다.
 ◆ 유리 밑에서 파도를 쏜다
 얼굴 인식과 함께 가장 널리 쓰이는 생체 열쇠는 바로 손가락 끝의 '지문'이다. 최신 스마트폰들은 화면 아래쪽에 별도의 버튼을 두지 않고, 매끄러운 디스플레이 유리 밑에 센서를 완전히 숨겨놓은 '온디스플레이 지문인식' 기술을 사용한다.
 초기 온디스플레이 지문인식은 화면 밝기를 최대로 켜서 지문 표면을 사진 찍듯 밝혀 촬영하는 '광학식'을 썼다. 하지만 손에 물이 묻어있거나 화면에 빛이 강하게 반사되면 인식이 실패하고, 유리 표면에 남은 지문 잔상을 특수 필름으로 본떠 뚫을 수 있는 보안 취약점이 있었다.
 이를 극복하고 플래그십 기기에 탑재된 방식이 바로 잠수함의 소나 탐지기 원리를 적용한 '초음파(Ultrasonic) 지문 센서'다.
 화면 유리 아래에 숨겨진 압전 소자가 사람 귀에 들리지 않는 초고주파 음파를 디스플레이 유리와 접착층을 통과해 손가락 표면으로 쏘아 올린다. 소리는 통과하는 매질(물질)의 밀도에 따라 튕겨 나오는 성질이 다르다.
 손가락 지문에서 볼록하게 솟아오른 살점인 '융선(Ridge)'은 유리 표면에 착 달라붙어 있어 초음파를 강하게 튕겨내지만, 융선과 융선 사이의 파인 골짜기인 '골(Valley)'에는 미세한 공기층이 갇혀 있어 초음파의 반사 속도와 강도가 달라진다.
 센서는 되돌아오는 초음파 파동의 미세한 시간차를 수백만 개의 감지 셀로 측정하여 손가락 표면의 지문 융선과 골짜기, 심지어 살갗의 미세한 땀구멍 형태까지 3차원 입체 형상으로 재구성한다. 초음파는 유리에 묻은 기름때나 물방울, 각질층을 뚫고 지나가 피부 깊은 곳의 진피층까지 도달하기 때문에, 손에 물이 묻어 있어도 오차 없이 인식되며 종이에 인쇄한 2차원 지문 위조는 원천 차단된다.
 ▶ '알쓸신기' 토크 어바웃 - "유출되면 바꿀 수 없는 비밀번호, 생체 정보의 보안"
 영어나 숫자로 된 비밀번호는 해킹을 당하거나 노출되었을 때 언제든지 사이트에 접속해 새로운 번호로 변경하면 그만이다. 하지만 지문, 얼굴, 홍채 같은 생체 정보는 평생 단 하나뿐이며, 한 번 유출되면 비밀번호처럼 새로 바꿀 수 없다는 치명적인 특성을 지닌다.
 만약 스마트폰 제조사의 서버나 클라우드 컴퓨터에 내 3D 얼굴 데이터나 지문 사진이 그대로 저장되어 있다면, 서버가 해킹당하는 순간 전 세계 수억 명의 지문 데이터가 영원히 털려버리는 끔찍한 재앙이 일어날 수 있다.
 이 때문에 스마트폰 제조사들은 생체 정보를 다룰 때 매우 엄격한 보안 하드웨어 원칙을 적용한다. 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 모바일 프로세서(AP) 내부에는 외부 인터넷과 완전히 단절된 독립된 보안 금고 구역인 '트러스트존(TrustZone)' 또는 '보안 엔클레이브(Secure Enclave)'라는 물리적 격리 반도체가 따로 들어있다.
 센서가 측정한 얼굴의 등고선 점들이나 지문 초음파 데이터는 이미지 사진 형태로 저장되지 않는다. 복원이 불가능한 일련의 수학적 암호 코드(해시값)로 변환된 뒤, 오직 이 독립된 보안 금고 칩 내부에만 봉인된다. 스마트폰의 일반 운영체제(OS)나 앱들은 이 금고 안을 절대 들여다볼 수 없으며, 단지 금고 칩을 향해 "방금 인식한 얼굴이 주인의 암호 코드와 일치합니까?"라고 묻고 "일치한다/일치하지 않는다"라는 단답형 승인 신호만 받아 잠금을 해제할 뿐이다.
 신체 부위를 열쇠로 쓰는 편리함 뒤에는, 가장 민감한 개인정보를 안전하게 지키기 위한 하드웨어 암호화 공학자들의 방어선이 겹겹이 쳐져 있다.
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 ▶ 알쓸신기 키워드 번역기
 ·생체인식 (Biometrics) : 지문, 얼굴, 홍채, 음성 등 인간의 고유한 신체적·행동적 특성을 측정하여 신원을 식별하고 보안 인증을 수행하는 기술이다.
 ·도트 프로젝터 (Dot Projector) : 눈에 보이지 않는 미세한 적외선 광선 점을 수만 개 투사하여 대상 표면의 3차원 굴곡과 거리를 측정할 수 있게 돕는 광학 부품이다.
 ·초음파 지문 센서 (Ultrasonic Fingerprint Sensor) : 높은 주파수의 음파를 쏘아 지문의 융선과 골짜기에서 반사되는 파동의 시간차를 계산함으로써 지문의 3차원 입체 형상을 읽어내는 센서다.
 ·트러스트존 / 보안 엔클레이브 : 모바일 프로세서 내부에서 일반 시스템과 물리적·논리적으로 완전히 분리되어, 생체 데이터나 암호화 키 등 핵심 보안 정보만을 안전하게 처리하는 독립 보안 하드웨어 영역이다.
 ·융선 (Ridge) : 지문 표면에서 볼록하게 솟아올라 물건을 잡을 때 마찰력을 높여주는 살갗의 미세한 곡선 줄기다.
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