글│세바스티안 슈뢰더 (Sebastian Schreuder),
      마케팅 매니저, 카 액세스 및 이모빌라이저 담당
      독일 NXP반도체

자동차 키에 사용되는 전자장치는 이모빌라이저(immobilizer)에서 출발하였다. 90년대 초반에 차량 절도가 급증하면서 보험업계는 자동차 업체들에게 필요한 조치를 취해줄 것을 요구하게 되었고, RFID가 무선인식장치로 최초 도입되기에 이른다. 이 기술을 활용하면 수동형 무선 RFID 인터페이스를 통해 키가 해당 차량에 맞는 키인지를 확인할 수 있으므로 비전자식 키에 비해 도난 보안성이 향상된다.
동시에 차에 타지 않고도 버튼 하나로 시동을 껐다 켰다 할 수 있는 RKE(Remote Keyless Entry)가 인기를 끌게 되는데, 이 기술은 키에 들어가는 회로기판에 배터리까지 장착해야 하므로 공간 확보와 비용이 문제가 된다. 이 두 가지 문제를 해결하기 위해서 RKE와 이모빌라이저를 통합한 콤비칩(combi-chip)이 등장하는데, 이는 송신장치와도 통합되는 첨단 칩이다.
1999년 벤츠 S-Class에 처음 도입된 Passive Keyless Entry / Go 시스템은 키를 사용하지 않고도 문을 열 수 있는 편리성을 제공했다. 차에 탑승하기 위해 운전자가 도어 손잡이를 잡으려 하면 자동차가 이를 자동 인식하여 키와 차량 간의 교신을 통해 인증이 자동으로 이루어지고, 운전자가 이미 차량에 탑승한 상태에서는 시동 버튼만 누르면 키와 차량 간 교신이 시작되어 해당 키가 맞는지, 또 맞는 키가 차 안에 있는지 알려준다.
이보다 한단계 더 발전된 형태로 양방향 통신 키가 있다. 한쪽에서만 정보를 송신하고 차가 확실히 잠겨 있었는지 확인해 주지 않는 일반 RKE 시스템과 달리, 양방향 통신 키에는 회신 링크가 추가되어 차량이 이 회신 링크를 통해 잠금상태를 키로 피드백 해준다. 나중에라도 버튼 하나만 누르면 차량이 제대로 잠겼는지 확인할 수 있다. 이 회신 링크를 활용하면 첨단 보안 기능 등 더 많은 기능을 구현할 수 있게 된다.
Passive Keyless Entry and Go 시스템은 현재 200여종의 차량에 탑재되어 있으며 일부는 기본 옵션으로 제공되기도 한다. 양방향 통신이 가능한 키도 개발되어 현재 볼보의 S80 모델 등에 채택돼 있다. 끊임없이 기술적 진보를 이어가고 있는 이 분야의 다음 화두는 무엇일까? 현재 다른 기술 부문들과 마찬가지로 연결성(connectivity)으로 의견이 모아지고 있다.

자동차 키의 기능과 통신기술

현재 최첨단 자동차 키는 다음과 같은 기능들로 구성돼 있다:

● 이모빌라이저
● Remote Keyless Entry (RKE)
● Passive Keyless Entry / Go (PKE / PKG)

그림 1은 위와 같은 기능들에 사용되는 통신 인터페이스를 보여준다.
이모빌라이저 시스템은 보통 자동차 키에 내장된 트랜스폰더(transponder)와 엔진 제어장치(ECU)에 연결된 기지국(base station)으로 구성된다. 차에 키를 꽂고 돌려 엔진의 시동이 걸리면 엔진 제어장치가 트랜스폰더와 인증을 시작한다. 엔진 제어장치와 트랜스폰더는 서로 동일한 비밀키를 내장하고 있는데, 인증이 시작되면 엔진 제어장치가 임의의 숫자와 ECU 인증 코드를 트랜스폰더로 송신한다. ECU 인증 코드가 일치하면 트랜스폰더는 수신된 임의의 숫자를 암호화해 다시 차량으로 회신하면 인증이 완료된다.
ECU에 의한 트랜스폰더 확인 절차가 완료되면 엔진의 시동이 걸린다. 자동차(ECU)와 키(트랜스폰더)는 상호 간에 인증을 수행하기 때문에 이를 ‘상호인증’이라고 한다.
그러나 시중에 나와 있는 모든 이모빌라이저 트랜스폰더가 상호인증을 수행하는 것은 아니다. 소위 검사/응답(challenge-response) 방식을 사용하는 제품도 있는데, 차량에서 키로 검사신호가 전달되고 키의 응답을 확인함으로써 키 인증이 수행되는 방식이다. 이 경우 키에 의해서는 차량 인증이나 검사 절차가 수행되지 않기 때문에 도난사고에 대비한 검사/응답 정보의 수집 및 관리가 용이하다.
이모빌라이저 시스템은 보통 저주파(LF: 30 kHz~300 kHz)를 사용하는데, 저주파 통신에 일반적으로 사용되는 주파수는 125 kHz(e.g. NXP Hitag-2 솔루션)와 134.2 kHz(e.g. TI DST 솔루션)이다. 저주파 링크는 데이터 통신 외에도 트랜스폰더의 에너지 공급에도 사용된다. 키가 차에 꽂혀 있는 상태에서는 트랜스폰더와 기지국 안테나가 연계형(loosely coupled) 트랜스포머를 구성하게 되어 트랜스폰더는 저주파 신호로부터 에너지를 받아 작동한다.
유럽이나 북미 지역 대부분에서는 도난방지 시스템이 보험정책으로 의무화되어 있으며 일반 승용차에는 기본 옵션으로 제공되고 있다. 하지만, 중국이나 인도 등 일부 지역에서는 아직 도입 초기 단계에 있다. 인도에서는 모든 내수용 승용차에 이모빌라이저 시스템 장착을 정부 차원에서 곧 의무화할 방침이다.
RKE 시스템은 315 MHz, 434 MHz, 868 MHz를 사용하는 ISM(산업, 과학, 의료) 분야에서 일반적으로 이용되는 단방향 UHF 링크를 사용한다. 버튼을 누르면 키홀더가 UHF 신호를 차량으로 보내고, 이를 수신한 차량은 이 신호를 확인하고 버튼 명령을 분석한 다음 요청된 작업을 수행한다.
수신된 신호에는 암호화된 데이터 스트링이 포함돼 있는데, 이 데이터 스트링은 버튼 명령, 키 확인, 가변 코드 등을 나타낸다. 가변 코드는 키와 수신장치의 양쪽 모두에서 관리되며 항상 동기화 상태가 유지되어야 한다. 유효 신호의 도청이나 재실행에 의한 도난사고를 방지하기 위해 가변 코드를 임의의 수로 사용하여 암호화된 신호 데이터를 발생시킨다.
차량 밖에서 키홀더의 버튼을 여러 번 누르거나 하면 계수기 값이 틀려지게 되는데, 이 경우에는 서비스센터에 가서 재동기화 처리를 받아야 한다. 그러나 이모빌라이저와 RKE 기능이 하나의 칩에 통합된 콤비칩의 경우에는 운전자가 손댈 필요 없이 LF 이모빌라이저 인터페이스를 통해 자동으로 재동기화가 이루어진다.
양방향 RKE 시스템은 현재 개발 단계이지만, 양방향 키가 구현되면 운전자가 버튼만 누르면 차량으로부터 피드백을 받을 수 있어 시스템 보안 개선에 상당한 효과가 있을 것으로 보인다. 
칩 통합 기술이 훨씬 발전하면, Passive Keyless Entry / Go (PKE / PKG) 기능을 이모빌라이저 및 RKE와 함께 통합할 수 있게 된다.
PKE / PKG 시스템을 사용하면, 도어 손잡이만 당기면 차에 승차할 수 있고 대시보드에 있는 엔진시동 버튼만 누르면 시동을 걸 수 있어 키가 전혀 필요 없다.
PKE 시스템은 여러 대의 LF 송신장치 중 차량 쪽에 설치된 하나 이상의 키홀더와 UHF 수신 모듈로 구성되며, 각 키홀더에는 LF 수신장치와 UHF 송신장치가 내장돼 있다. PKE 시스템은 차량에서 키로 데이터를 보낼 때는 LF 링크를 사용하고, 키에서 차량으로 데이터를 보낼 때는 UHF 링크를 사용한다.
PKE 방식의 경우에는 운전자가 차로 걸어가서 도어 손잡이를 당긴다. 일단 이렇게만 하면 차량에서 키로 신호가 전달되어 차량과 키는 이모빌라이저 시스템과 마찬가지로 상호인증을 수행한다. 인증이 성공하면 도어의 잠금이 해제된다. PKG 방식도 PKE 방식과 상당히 유사하다. 시동 버튼을 누르면 상호인증이 시작되고 인증이 성공하면 시동이 걸린다.
앞서 언급한 차량 보안이나 편의장치들은 지속적인 발전을 거듭하겠지만 자동차 칩 제조업체, 시스템 공급업체, 자동차 OEM 업체들은 이미 ‘Connected Key’라는 미래형 키를 계획하고 있다.
기존의 키 기능 외에도 Connected Key는 핸드폰, PDA, PC 등 다른 장치와의 연결이 가능하다. 이러한 연결은 근거리 통신(Near Field Communication, NFC)을 통해 가능하다.
NFC 기술은 전자장치 간의 무선 단거리 연결성을 지원하는데, ISO18092로 표준화되어 NFC 포럼에 의해 운영되고 있다. 사용 주파수는 13.56 MHz이며 최대 424 Kbps의 데이터 속도를 지원한다. NFC로 연결된 장치들 간의 통신은 해당 장치들이 상호 근거리에 있을 때만 가능하기 때문에 그만큼 보안성이 향상되고 아주 직관적으로 “조작”이 이루어진다. 배터리를 켜서 원하는 전자장치를 작동시킬 수 있으며, 배터리를 정지시키고 작동중인 NFC 장치로부터 전원을 공급받을 수도 있다. NFC가 장착된 키는 수동 장치이기 때문에 별도의 배터리가 필요 없다.

Connected Key의 기능

Connected Key는 여러 가지 새로운 기능과 애플리케이션을 구현할 수 있다. 우선, 핸드폰으로 차량 정보를 확인할 수 있다. 예를 들면, 차에 타지 않고도 연료상태를 확인할 수 있다. 또한 키 리더기 등에 키를 꽂으면 인증을 통해 자동차영업소, 주유소, 상점 등에서 서비스나 할인 혜택을 받을 수 있다.
차량에 탑재된 내비게이션으로 길을 찾다보면 누구나 불편함을 느껴본 경험이 있을 것이다. 그러나 Connected Key만 있으면 편안하게 PC에서 미리 길을 찾아볼 수도 있고, 찾아낸 도로 정보를 나중에 NFC 리더기를 통해 키에 저장해 놓을 수도 있다. 차에 타기만 하면 저장해 놓은 도로 정보가 자동으로 내비게이션에 뜨게 되므로 시동을 걸고 바로 출발하면 된다.
핸드폰이나 차량에 내비게이션 기술이 적용되는 사례가 늘어갈수록 Connected Key의 또 한 가지 응용기술로 떠오르는 것이 ‘차량 추적’ 기능이다. 낯선 도시의 넓은 주차장에 차를 주차해 놓고 나중에 차를 찾을 때 무척 애먹어본 경험을 누구나 한번쯤은 했을 것이다. 이런 경우를 대비하여 차량의 내비게이션 시스템이 주차 위치를 키에 저장하는데, 차를 찾을 때는 핸드폰의 해당 키만 누르면 차 위치가 표시 창에 나타난다. 핸드폰의 GPS 시스템을 이용하면 차가 있는 곳까지 안내해 준다.
Connected Key는 흔히 디스플레이 키와 비교되는데, Connected Key가 더 풍부한 기능을 제공한다. Connected Key는 디스플레이를 내장할 필요가 없으며, 별도의 배터리도 필요 없다. 키에 장착된 디스플레이는 콘크리트 바닥에 떨어뜨리거나 다른 키로 인해 디스플레이 창에 흠이 가는 것을 방지하려고 표면을 거칠게 처리한다거나 흠 방지 처리를 해야 한다. 마지막으로, 핸드폰 디스플레이가 창이 더 크므로 키에 달린 디스플레이보다 보기에 더 편리할 것이다.
Connected Key가 제대로 성능을 발휘하려면 NFC 구축이 필수다. 현재 전세계에서 필드 테스트가 진행중이며 아직 시범 단계에 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 자동차 키는 여러 가지 통신 인터페이스를 지원한다. 표준화된 NFC와 같은 인터페이스를 추가하면 더 많은 기능을 구현할 수도 있다. 특히, NFC가 지원되는 핸드폰에서 차량 정보를 받아서 조회한다는 것은 엄청난 부가효과를 낳게 될 것이다.  NFC 인프라 구축이 여세를 몰아가고 있는 만큼 Connected Key의 미래는 매우 밝다고 할 수 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine