동물에게는 ‘내비게이션’이 있다?

‘스마트폰 혁명’과 함께 더욱 주목받고 있는 공간정보*기술, ‘내비게이션’으로 대표되는 위치 찾기 시스템은 이제 우리 일상에서 없어서는 안 될 문화로 자리 잡았다. GPS(Global Positioning System)에서 출발하여 GIS(Geographic Information System), DGPS(Differential GPS) 등으로 활용폭을 넓혀가며 진보하고 있는 공간정보, 이는 인간만이 사용하고 있는 것이 아니다. 내비게이션이 등장하기 훨씬 이전부터 동물들은 다양한 방법을 통해 목적지를 향한 발걸음을 내딛었다. 

*'공간정보 / GPS / GIS / DGPS'에 관한 자세한 설명은  http://nstckorea.tistory.com/67 참조하세요.

개미의 내비게이션, ‘태양’

실험1. 개미가 집으로 향하는 길에 판자를 세워 햇빛을 차단했다. 그 결과 개미는 더 이상 진행하지 못하고 우왕좌왕했다. 그 판자를 치우자 개미는 다시 방향을 잡고 가던 길을 갔다.
실험2. 실험1과 같이 판자를 세운 후, 판자 맞은편에 거울을 세워 햇빛을 반사시켰다. 개미는 집과 정반대 방향으로 움직이기 시작했다.


이화여대 최재천 교수가 저술한 ‘개미제국의 발견’에 등장한 내용이다. ‘개미의 행동을 알아보기 위한 재미있는 실험’으로 소개된 이 실험을 통해 저자는 개미가 태양의 위치를 확인하면서 갈 방향을 잡는다는 사실을 알게 되었다고 한다.
뿐만 아니라 책에 따르면, 사하라 사막에 사는 개미의 일종은 방향을 바꾸며 모래 위를 빠르게 움직이다가 먹이를 발견해 입에 문 후에는 정확하게 집을 찾아간다고 한다. 방향을 바꿀 때마다 태양과의 각도를 측정해 움직인 거리를 계산해 두고, 이를 바탕으로 목적 달성 후 집 쪽을 정확히 알고 찾아간다는 것이다.

연어의 내비게이션, ‘감각’
연어는 강에서 태어나 대양을 돌아다니다가 어른이 되어 알을 낳을 때가 되면 자기가 태어난 강으로 돌아가는 것으로 유명하다. 신기한 것은 현재 위치가 어느 곳이건 관계없이 곧바로 알을 낳을 장소, 즉 태어난 곳을 향해 회유를 한다는 것이다.
아직 과학적으로 연어의 회유를 이끄는 원인이 밝혀지지는 않았지만, 과학자들은 연어가 태어난 곳으로 필요한 아무런 이정표가 없음에도 가고자 하는 장소로 갈 수 있는 것은 어떤 형태의 ‘감각지도(map sense)'를 가지고 있기 때문일 것이라고 추정하고 있다.


단, ‘위치’에 대한 연어의 뛰어난 지각력은 이해를 도울 수 있다. 해양생물학자들에 따르면, 연어는 태양의 방위와 고도에 대해 지각력이 뛰어나 하루 중 어느 때인지를 알며, 지리상의 북쪽을 찾는 방법도 알고 있다고 한다.
또한 연안에 가까워져 강어귀에 들어오면 후각의 흔적인 화학적 기억을 따라 태어난 곳으로 향하는 것으로 분석된다. 연어가 떠나온 경로상의 물에 있는 페로몬(pheromone)* 같은 물질을 인식하고 그 방향으로 항해한다는 것이다.

*페로몬 :  동물이 경고나 유인을 위해 몸 밖으로 분비하는 물질.

또 다른 주장은 오클랜드 대학교의 과학자들이 발견한 신경계에서 기인한다. 이 대학 과학자들은 연어나 송어의 눈 뒤에서 뇌로 향하는 조직을 따라 있는 신경망에 자석이 있음을 발견, 연어의 새끼가 성장해 바다로 나갈 때 화학적 호르몬 변화가 일어나 자신의 신경계에 그 시점의 위도와 경도를 기억시킨다고 해석하고 있다. 그리고 어른이 되어 알을 낳고자 할 때의 연어 뇌에는 현재의 위치와 자기가 태어난 곳의 위치가 기억되어 있다는 주장이다.

‘후각’으로 집을 찾는 바다제비


바닷가 절벽의 굴에서 사는 바다제비는 암흑 속에서도 정확하게 둥지를 찾아간다. 이는 바로 어떤 새보다도 민감한 후각 덕분이다. 프랑스 과학자들이 다른 형태의 집을 짓고 사는 9종류의 바다제비를 두고, 각 종이 어떻게 집에 찾아가는 지 알아본 실험에 따르면, 바다제비는 낮에는 눈을, 밤에는 냄새에 크게 의존한다고 한다. 즉, 자신의 둥지에서 풍기는 특유의 강한 냄새가 바다제비에게는 ‘내비게이션’인 셈이다.

참고자료 | ‘개미제국의 발견’ 최재천 저, 사이언스북스, 1999.
글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 김 병 호

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

오늘은 과학수사 2탄입니다.
예전 과학수사는 바로 유전자 감식법에 관한 것이었는데요.
이번 순서는 바로 디지털 과학수사~!! 즉, 사이버수사에 관해 알려드리려고 합니다.

영화 다이하드4를 보시면 FBI 사이버수사대에서 해커의 IP 추적과 휴대전화 위치 추적, 하드디스크에서 지우려고 했던 정보를 복원, 이메일 수신내용을 추적하는 장면들이 나옵니다.
이 장면들을 보면서 저런 것들이 현실적으로 가능할까? 라는 생각을 하게 되는데요.
과연 어떤 원리로 움직이는 것일까요?

디지털 포렌식 (Digital Forensics)
정보화 사회가 되면서 컴퓨터를 이용한 범죄가 나날이 늘어나고 있습니다. 일반 범죄에서도 중요 증거가 컴퓨터 등 디지털 매체에 남겨진 경우도 많고요. 이런 경우 증거를 분석하고 수집하기 위해 전문적인 디지털 포렌식 기술이 요구되는데요, 여기서 말하는 ‘디지털 포렌식’이란 ‘컴퓨터 법의학’이라고도 불리며, 디지털 매체에 대한 과학적인 수사를 의미합니다. 즉, 컴퓨터에 남아있는 여러 자료(전자증거물)를 수집하여 사법기관에 제출하기 위해 법적 효용성 있는 데이터를 수집하고 분석하는 디지털 수사과정으로, 범용 컴퓨터를 대상으로 하는 '컴퓨터 포렌식'과 모바일 기기나 디지털 카메라 같은 다양한 디바이스를 대상으로 하는 '임베디드(모바일) 포렌식', 그리고 컴퓨터, 핸드폰과 같은 통신 디바이스에서 네트워크 정보, 사용자 로그, 인터넷 사용 기록 등과 같은 정보를 수집, 분석하는 '네트워크 포렌식'으로 구분 됩니다.

디지털 포렌식의 절차는 다음과 같습니다. 첫째, 증거 수집 - 둘째, 증거 분석 - 그리고, 셋째, 증거 제출 입니다. 증거수집 절차는 손상되거나 사라지기 쉬운 디지털 증거가 저장된 저장매체에서 데이터의 무결성을 보장하면서 데이터를 읽어내야 합니다. 그리고, 이렇게 얻은 데이터로부터 유용한 정보를 찾아내는 기술이 증거분석 절차입니다. 증거분석 기술 중에서 삭제된 파일 복구 기술, 암호화 파일 해독 및 문자열 검색 기술 등이 주로 사용됩니다.
마지막으로 증거 제출 절차에서는 디지털 증거수집, 운송 및 보관, 조사-분석 단계의 모든 내용을 문서화하여 법정에 제출하게 됩니다.

디지털 포렌식의 기본 5대 원칙
1) 정당성의 원칙 : 획득학 증거 자료가 적법한 절차를 준수해야 하며, 위법한 방법으로 수집된 증거는 법적 효력을 상실한다.
2) 무결성의 원칙 : 수집 증거가 위,변조되지 않았음을 증명할 수 있어야 한다.
3) 연계 보관성의 원칙 : 증거물 획득, 이송, 분석, 보관, 법정 제출의 각 단계에서 담당자 및 책임자를 명확히 해야 한다.
4) 신속성의 원칙 : 시스템의 휘발성 정보수집 여부는 신속한 조치에 의해 결정되므로 모든 과정은 지체 없이 신속하게 진행되어야 한다.
5) 재현의 원칙 : 피해 직전과 같은 조건에서 현장 검증을 실시하였다면, 피해 당시와 동일한 결과가 나와야 한다. 

언제 어디로 가든 흔적이 남는 디지털 정보

보통 사이버범죄는 영화에서처럼 해커가 해킹을 해서 정보를 빼내고 시스템을 다운시키는 일이 많이 등장합니다. 하지만 현실에서는 주로 산업스파이에게 많이 이용되고 있는데요.
하지만 이러한 산업스파이가 아무래 정보를 빼내고 주고받은 흔적을 지워도 그 흔적은 결코 완벽하게 지워지지 않는답니다. 예를 들어 영화에서 주로 이용하는 정보유출에는 이메일도 있지만 USB를 많이 사용하는 것을 볼 수 있습니다. 하지만 윈도우 운영체제는 USB와 같은 이동장치를 연결하는 순간 레지스트리 파일이 기록된다고 합니다. 그 레지스트리 파일을 보면 USB가 컴퓨터에 연결된 시간과 USB메모리의 고유번호, 주고받은 파일과 제거한 시점까지 모두 알 수 있다고 하네요. 해서 요즘 범죄자들은 레지스트리를 모두 지우고 안티포렌식을 사용하여 모든 데이터를 지운다고 합니다. 하지만 삭제해도 언제나 기록이 남게 된다는 것이 문제죠.

삭제해도 파일을 복원할 수 있다?

아무리 삭제를 해도 파일은 영구삭제가 되지 않는다?
이 말은 곧 그 파일은 충분히 다시 복원할 수 있다는 말과 같습니다. 그렇다면 과연 그 원리는 무엇일까요? 보통 우리가 윈도우에서 파일을 지우고 휴지통을 비우면 영구 삭제된다고 생각하지만 실은 그렇지 않습니다. 영구 삭제 프로그램을 돌리지 않는다면 휴지통에서 삭제 했음에도 충분히 다시 복원할 수 있는데요. 윈도우 운영체제는 컴퓨터의 CPU나 램이 사용되지 않는 때를 이용해 컴퓨터를 정리한다고 합니다. 대표적으로 하드디스크를 정리하는 조각모음 같은 일을 하는 것입니다.
컴퓨터가 보통 파일을 저장할 때는 한 파일 전체를 저장하는 것이 아니라, 군데군데 남는 공간에 나눠 저장을 하게 되는데요. 이 파일을 다시 읽으려면 곳곳에 널린 파일조각을 모두 읽어야 하기 때문에 시간이 오래 걸리게 됩니다. 이런 파일을 한곳으로 모으는 일이 조각모음인 셈입니다. 하여 조각모음을 할 때는 항상 시간이 오래 걸리는 것입니다. 이 조각모음을 컴퓨터가 자동으로 하게 되면 지웠다고 생각했던 파일들의 조각이 하드디스크의 다른 곳에 남아 있기 때문에 이를 복원하여 지웠던 파일을 다시 복원할 수 있게 되는 것입니다.

범인의 위치 추적은 어떻게?
     

이글아이 자동차내비게이션 위치 추적

미션임파서블 휴대전화 GPS 위치추적

영화 ‘미션임파서블’이나 ‘이글아이’를 보시면 휴대전화 위치와 자동차 위치를 추적하는 것이 나옵니다. 휴대전화는 통화를 하지 않는다고 해도 기지국과 늘 통신을 하고 있기 때문에 기지국의 전산기록을 조사하면 기지국 근처에 있던 휴대전화의 위치를 쉽게 알 수 있다고 합니다. 물론 휴대전화를 통한 위치추적은 우리가 영화에서 보는 것과 같이 세밀하고 정확한 위치를 나타내기는 어렵고 약간의 오차를 감안해야 한다고 하네요.

또한 차량을 운전할 시 쓰는 내비게이션에도 차량을 운행한 기록이 저장되며 차량에 설치하는 블랙박스 또한 영상에 위치정보를 기록하는 GPS정보가 남는다고 합니다. 블랙박스는 1초 간격으로 위도, 경도, 시간 등의 GPS정보가 저장됩니다.

정말 컴퓨터가 발전한 디지털시대 완벽한 범죄는 정말 존재하기 힘들 것 같습니다. 삭제된 파일도 복원하고 휴대전화 통화내용과 GPS 위치 기록까지 전부 알 수 있다니 이제 범죄자들도 쉽게 범행을 저지를 수는 없을 겁니다. 


자료 참조 | '디지털 포렌식 기술 및 동향' (http://ettrends.etri.re.kr/PDFData/22-1_097_104.pdf), 전자통신동향분석 제22권 제1호 2007.2
글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 최 형 일

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

2011 디지털국토엑스포, 공간정보의 최첨단 속으로!

2011 디지털국토엑스포 현장

10월 26일(수)부터 29일(토)까지 나흘간, 일산 킨텍스(KINTEX)에서는 ‘2011 디지털국토엑스포’가 열렸습니다. 올해로 4회째를 맞이한 ‘디지털국토엑스포’는 국내 유일의 정부주최 공간정보 산업전시회로서, 올해는 국토해양부 주최, 대한지적공사·한국토지공사·대한측량협회·국토연구원의 주관으로 펼쳐졌습니다.

*공간정보란?
 - 우리가 살아가는 지상공간부터 지하, 수상, 수중, 우주까지 공간상에 존재하는 모든 자연물이나 인공물의 위치와 관련한 정보입니다. GPS, 내비게이션, 로드뷰 등이 모두 공간정보를 활용하여 개발된 시스템이며, 최근 ‘스마트폰 혁명’과 함께 전 세계적으로 더욱 주목을 받고 있는 분야입니다. 







올해는 GIS, 지적, 측량, 해양 등의 분야에서 100여 개 기관·기업·대학이 참가하여 공간정보기술의 첨단 신기술을 소개하고 비전을 제시하였으며, 학생·연구원·기업관계자 등 많은 관람객이 우리나라 공간정보 기술의 현재와 미래를 확인하였습니다.



*GIS(지리정보시스템, Geographic Information System)
 - 지리공간 데이터를 분석·가공하여 교통·통신 등과 같은 지형 관련 분야에 활용할 수 있는 시스템

디지털국토엑스포를 방문한 국토해양부 권도엽 장관


국토해양부 권도엽 장관님께서도 현장을 방문하시어 참가업체 관계자들을 격려해 주셨고요.

그럼 전시장에서 눈길을 끌었던 전시부스 속으로 함께 들어가 보실까요?

하늘에서 바라보는 도시

(주)지노시스템 부스

이곳은 (주)지노시스템의 전시부스입니다.
‘에어스케이프(Air scape)'라는 장치를 소개하고 있는데요, 서울시 전역을 ‘하늘’에서 3D로 감상할 수 있는 장비입니다.

에어스케이프(Airscape)

에어스케이프(Airscape)

이 장비는 ‘Geoterra' 라는 엔진을 이용하여 항공에서 촬영한 서울시 사진을 3D로 모델링 하여, 이용자가 조종을 통해 마치 서울 하늘을 날아다니는 듯한 체험을 할 수 있게 하는 실시간 도시체험 시뮬레이션 시스템입니다.

(주)지오시스템 관계자는 “현재 포털사이트에서 제공하는 로드뷰, 항공뷰 등은 실 사진을 2D로 편집한 것이지만, 에어스케이프는 3D로 제작하여 더욱 실감나는 영상을 제공하고 있다”며, “현재는 여의도, 강남 등 서울의 주요 산업구역을 중심으로 데이터화되어 있지만 전국으로 그 대상을 확산시켜 제공할 경우, 교육용, 홍보용, 감상용으로 그 활용가능성이 무궁무진할 것” 이라고 말했습니다.

항공에서 촬영한 도시의 모습은 도시의 미래 모습을 계획하는 데에도 활용되고 있었습니다.

인천광역시 전시부스

인천광역시 전시부스 모습입니다.
이곳에서는 인천의 경제자유구역을 수년간 촬영해 온 항공사진을 데이터화함으로써, 도시의 모습을 기록하고, 미래 도시를 설계하는 데 반영하고 있다고 합니다.

해당구역의 항공전경은 물론이고, 도로, 표지판, 건물 등의 공간정보, 그리고 오른쪽 사진에서 도표로 나타난 ‘맨홀박스_하수대장조서’처럼 지하 구조물의 정보까지 기록되어 있기 때문에 시‧구청의 토지정보과와 도시계획과 등에서 활용되고 있다고 하네요. 해당 지역을 직접 가지 않아도 된다는 점에서, 업무에 무척 효율적인 프로그램인 것 같습니다.


                                                                                                                                 2편에서 이어집니다

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

‘공간정보’를 통해 견학하는 우리 문화재
도시에 이어 소개할 곳은 우리 선조들의 ‘공간’입니다.

대한지적공사 부스

대한지적공사가 운용 중인 ‘지상레이저측량시스템’을 통해 전국에 있는 고궁이나 박물관을 자세히 들여다볼 수 있었습니다.

지상레이저측량시스템
 - 지상에서 측량대상물을 스캐닝하는 방식으로 표면에 무수히 많은 레이저 광선을 발산하여 위치와 형상정보를 취득하는 최첨단측량기술.

지상레이저측량시스템을 설명하고 있다.

대한지적공사는 이를 통해 전국 각지에 위치한 우리의 소중한 문화유산을 관리하고 홍보하고 있다고 합니다. “그런 일이 있어서는 안되겠지만, 문화재가 훼손되는 일이 일어났을 때도 이 시스템을 통해 원형을 복원시킬 수 있다”고 관계자는 전했습니다.
뿐만 아니라, 많은 문화재에 새겨진 기록들이 일반인들이 잘 이해하기 어려운 한자이지만, 이 시스템은 해당 기록들의 한글설명을 함께 제공하고 있어 우리 문화재를 더욱 깊게 이해하는 데 무척 유용했습니다.

네이버 맵

‘네이버 지도’에서도 이와 유사한 프로그램이 있었습니다.
‘로드뷰’가 건물 속으로 들어가, 전국의 각 박물관을 구경할 수 있는 프로그램인데요.

(좌) 영친왕비대흥원삼, (우)국립중앙박물관 청자실

왼쪽은 국립고궁박물관에 전시되어 있는 ‘영친왕비대흥원삼(왕실의 예복 종류)’, 오른쪽은 국립중앙박물관의 ‘청자실’ 모습입니다. 커다란 스크린 화면으로 보니 실제 박물관 현장에 온 것 같은 기분이었습니다.

‘GPS시대’에서 ‘DGPS시대’로
마지막으로 소개할 분야는 ‘우주로부터 얻는 공간정보’입니다.

국토해양부 해사안전관

이곳은 국토해양부 해사안전관에서 전시한 위성항법보정시스템(DGPS)입니다. Global Positioning System, 즉 GPS는 이미 우리 생활 속에서 다양하게 활용되고 있지만, 여러 오차(위성시계, 위성궤도 등)를 포함하고 있어 실제 10~30m 정도의 오차를 가지고 있다고 합니다.

‘스마트폰 혁명’으로 대표되는 GPS 정보를 보다 넓게 활용하기 위해서는 오차의 감소가 필수적인데, 이를 위해 개발된 것이 바로 DGPS(Differential GPS)입니다.
GPS가 ‘위성신호를 수신하여 위치를 측정하는 시스템’ 이라면, DGPS는 ‘GPS 수신기를 2개 이상 사용하여 상대적 위치를 측정하는 시스템’ 으로 볼 수 있습니다. 고정된 위치에 기준국(기준용 GPS/이미 알고 있는 정확한 위치)을 설치하고 GPS위성신호를 수신 후, 측정된 거리와 알고 있는 거리를 비교하여 그 오차값을 계산‧보정하여 송출하는 방식입니다. 참고로, DGPS의 오차는 1m 내외라고 하네요.
한 관계자는 “이동통신이 2G(CDMA/GSM)에서 3G(WCDMA/와이브로), 그리고 4G(LTE/UMB) 방식으로 점차 발전해온 것처럼, 위성신호를 활용한 위치정보 역시 지금까지의 ‘GPS시대’에서 벗어나, 더욱 정밀한 위치정보의 수요에 따라 점차 ‘DGPS시대’가 될 것”이라고 말했습니다.

위성으로부터는 육지뿐만 아니라 바다의 공간정보도 함께 얻을 수 있는데요.
한국해양연구원 해양위성센터가 운용하고 있는 천리안해양관측위성(GOCI)은 한반도 주변의 바다를 하루 8번 촬영하여 전송하고 있었습니다. 이를 통해 해류의 흐름, 해수의 색 등 바다의 모습을 실시간으로 관측하여 기후변화, 해양예보, 해양환경 등을 파악하고 있다고 합니다.

이밖에도 2011 디지털국토엑스포에서는 전 세계 공간정보산업의 흐름과 우리나라 공간정보기술의 현재를 파악할 수 있는 다양한 프로그램이 소개되었습니다. ‘스마트폰 혁명’을 이끈 주요소 중 하나로 평가받는 공간정보기술, 앞으로 더욱 진보하여 전 세계인들의 일상을 더욱 ‘신기한 시간’으로 이끌어주었으면 하는 바람입니다.


글,사진 | 국가과학기술위원회 블로그기자 김병호

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