(출처:Apple)
아이폰의 생체인식 보안 기술은 크게 두 가지로 나뉩니다. 지문인식 방식인 터치ID와 얼굴인식 방식인 페이스ID입니다. 애플이 처음 채택한 방식은 터치ID인데요. 아이폰 5S부터 사용됐습니다. 페이스ID는 아이폰 X부터 쓰이고 있어요.터치ID는 보급형인 아이폰 SE 시리즈에 들어가고요.
초창기, 페이스ID를 우려하는 목소리가 적지 않았습니다. 지난 2017년 첫 공개 시연부터 불안했는데요. 3번의 시도 끝에 겨우 아이폰 잠금 해제에 성공했죠. 페이스ID가 등장하기 전부터 얼굴인식을 지원하는 스마트폰이 많았어요. 하지만 사진이나 눈을 감은 상태에서도 스마트폰 잠금이 해제되면서, 인식이 썩 좋진 않았습니다.
(출처:Apple)
걱정과 달리, 페이스ID는 달랐습니다. 페이스ID는 눈을 감아도 잠금이 풀리지 않고, 사진과 같은 2D 이미지에 반응하지 않아요. 지문인식만큼 빠르게 사용자 얼굴을 인식해서 스마트폰 잠금을 해제합니다. 어두운 환경에서도 작동하고, 지난해 IOS 15.4 업데이트 이후부터 마스크를 쓴 상태에서도 사용할 수 있어요.
이제 애플 페이스ID가 기존 스마트폰에 탑재된 얼굴인식보다 뛰어나다는 건 누구나 알고 있습니다. 여기서 한 가지 궁금증이 생기는데요. 그렇다면 페이스ID는 도대체 어떤 원리로 작동하는 걸까요? 함께 알아봅시다.
페이스ID 작동에 필요한 부품은 어디 있지?
(출처:Apple)
애플은 노치 안에 다양한 부품을 집약했어요. 적외선 카메라, 도트(Dot) 프로젝터, 투광 조명 센서, 근접센서, 조도 센서, 스피커, 마이크, 전면 카메라 등 많은 부품이 노치에 포함돼 있죠. 이중에는 페이스ID에 필요한 부품도 있습니다. 처음 나열한 적외선 카메라, 도트 프로젝터, 투광 조명 센서입니다.
(출처:Techinsights)
세 가지 부품은 페이스ID 구동에 필요한 트루뎁스 카메라 시스템의 핵심 요소입니다. 아이폰 14 시리즈 고급형(프로·프로맥스)부터 노치 대신 알약형 펀치홀 디자인이 적용됐는데요. 형태는 변했지만, 페이스ID에 쓰이는 부품이 들어가 있다는 건 같아요. 디자인이 변하면서 부품의 배치가 바뀌었을 뿐이죠.
페이스ID는 어떻게 얼굴을 인식할까
페이스ID는 사용자가 트루뎁스 카메라 시스템을 바라봐야 작동해요. 눈을 마주쳐야 한다는 거죠. 이때‘투광 조명 센서’가 적외선을 쏴 사용자 얼굴을 인식합니다. 적외선을 사용하기에, 어두운 곳에서도 얼굴을 쉽게 감지할 수 있어요. 이어 ‘도트 프로젝터’가 얼굴에 적외선 광원을 투사해요. 적외선 광원의 수는 3만여개에 달하는데요. 이를 통해 사용자 얼굴을 3D 매핑하는 겁니다. ‘적외선 카메라’는 매핑된 사용자 얼굴을 촬영합니다.
아이폰은 사용자 얼굴의 굴곡과 눈, 코, 입 등의 위치를 수치화해요. 괜히 3만개에 달하는 점을 투사해 사용자 얼굴을 매핑하고 촬영하는 게 아닙니다. 사용자 얼굴을 3차원으로 정확히 본뜨고 수학적으로 계산하기 위함이죠.
(출처:Apple)
이다음이 중요해요. 아이폰은 적외선으로 매핑한 사용자 얼굴 데이터를 뉴럴엔진(Neural Engine)으로 보냅니다. 뉴럴엔진은 인간의 뇌 신경망을 본떠 만든 신경망처리장치(NPU)입니다. 신경망처리장치는 실시간으로 여러 데이터를 동시에 처리할 수 있어요. 그리고 그간 축적한 데이터를 바탕으로 최적의 결과물을 내놓아서 딥러닝에 쓰이죠.
애플은 스마트폰 업계 처음으로 신경망처리장치를 애플리케이션 프로세서(AP)에 접목했어요. 아이폰X부터 페이스ID를 지원했다고 했죠. 애플이 AP에 뉴럴엔진을 심은 시기도 이때입니다. 아이폰X에 탑재된 A11부터 뉴럴엔진이 포함되기 시작했어요. A11의 뉴럴엔진은 초당 6000억회 연산 능력을 갖췄는데요. 최신 AP A16 연산 능력은 초당 17조번에 달합니다.
(출처:삼성전자)
본론으로 돌아와서, 뉴럴엔진은 트루뎁스 카메라 시스템이 촬영한 사용자 얼굴과, 기존에 저장된 얼굴 데이터를 비교·대조합니다. 페이스ID를 처음 사용할 때 사용자 얼굴을 등록하잖아요. 여기서 저장된 데이터란 이때 등록한 얼굴 데이터를 의미합니다. 트루뎁스 카메라 시스템이 인지한 얼굴과 수치화한 값이 아이폰에 저장된 사용자 얼굴 데이터와 일치하면 스마트폰 잠금을 해제해요.
앞서 애플 뉴럴엔진이 인공지능을 활용한 연산 장치고, 딥러닝에 탁월하다고 설명해 드렸죠. 뉴럴엔진 덕에 페이스ID는 사용자 얼굴이 변해도 정확히 인식해요. 안경을 끼거나, 모자를 쓰거나, 수염이 자라더라도 문제 없습니다.
페이스ID, 보안은 괜찮을까
쉽게 말해 페이스ID 적외선을 활용해 사용자 얼굴을 매핑한 뒤, 저장된 데이터와 일치하면 잠금을 해제하는 방식입니다. 이런 안면인식 방식을 입체구조광(SL)이라고 하는데요. 3D 안면인식이라고 이해하시면 됩니다. 그럼 2D 방식도 있겠죠. 당연하지만, 3D인 입체구조광 방식이 훨씬 더 진보한 기술이에요.
(출처:Apple)
2D 방식은 사용자 얼굴의 특징을 잡아내기 위해 눈·코·입 등 구성 요소에 100여개의 점을 찍습니다. 그리고 점의 위치와 간격 등을 저장된 데이터와 비교·분석하는데요. 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 장점이 있지만, 비교적 보안에 취약합니다. 예를 들어 사용자 얼굴이 정면으로 나온 사진에 잠금이 풀릴 수 있습니다.
페이스ID는 얼굴의 굴곡처럼 2D 방식에서 얻기 어려운 정보를 활용하기에 사진에 뚤리지 않습니다. 물론 페이스ID도 100% 완벽하진 않아요. 얼굴이 정말 유사하면 페이스ID가 잠금을 해제하는 경우가 있거든요. 쌍둥이처럼요. 단 이는 굉장히 드문 사례입니다. 애플에 따르면 타인의 얼굴로 페이스ID를 풀 확률은 100만분의 1에 불과해요.
(출처:Apple)
얼굴은 개인의 신원을 확인할 수 있는 중요한 데이터에요. 이에 얼굴 유출을 우려하시는 분들이 계실 텐데요. 안심해도 좋을 듯해요. 페이스ID에 사용되는 사용자 얼굴 데이터는 암호화 처리 뒤 AP에 통합된 보안구역(Secure Enclave)에 저장됩니다. 사용자 아이폰 외부로 얼굴 데이터가 유출될 가능성이 거의 없다는 겁니다.
아무렇지 않게 사용해 왔던 페이스ID. 겉보기엔 단순한 생체인식 기술로 생각했지만, 이면에는 복잡한 작동 원리가 숨겨져 있었네요. 특히 정말 짧은 시간 안에 트루뎁스 카메라 시스템이 작동하고, 신경망처리장치가 데이터를 분석한다는 점이 인상적입니다. 페이스ID의 원리를 이해하는 데 도움이 되셨나요.
✔ 페이스ID 작동 원리 요약
1. 페이스ID는 트루뎁스 카메라 시스템으로 작동해요.
2. 페이스ID에 필요한 부품은 노치나 전면 펀치홀에 위치합니다.
3. 트루뎁스 카메라 시스템은 사용자 얼굴 데이터를 적외선으로 매핑해요.
4. 아이폰 뉴럴엔진이 얼굴 매핑 데이터를 분석해서, 잠금을 해제해요.
5. 페이스ID는 얼굴 데이터 유출을 걱정하지 않아도 돼요.
테크플러스 에디터 윤정환
tech-plus@naver.com
