가상 키보드
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1. 개요
가상 키보드는 일반 키보드 사용이 어려운 사용자, 다국어 사용자, 또는 물리적 키보드가 없는 사용자에게 대체 입력 방식을 제공한다. 데스크톱, 모바일 기기, 증강 현실 및 가상 현실 환경에서 다양한 형태로 구현되며, 언어 설정 변경, 키 배열 변경, 숨김 기능 등을 제공한다. 가상 키보드는 키 입력 로깅에 대한 보안을 제공하지만, 숄더 서핑 공격에 취약할 수 있으며, 물리적 키보드에 익숙한 사용자는 적응에 시간이 걸릴 수 있다.
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| 가상 키보드 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 유형 | 입력 장치 |
| 발명 연도 | 1968년 |
| 관련 | 터치스크린 |
| 다양한 이름 | |
| 다른 이름 | 화면 키보드 소프트 키보드 온스크린 키보드 (OSK) |
| 설명 | |
| 설명 | 가상 키보드는 컴퓨터 화면에 표시되는 키보드 레이아웃을 사용하는 소프트웨어 구성 요소이다. |
| 작동 방식 | 일반적으로 마우스나 터치스크린과 같은 컴퓨터 포인팅 장치를 통해 키를 눌러 작동한다. |
| 사용 | |
| 사용 분야 | 접근성 모바일 장치 키오스크 보안 |
| 접근성 기능 | |
| 접근성 | 가상 키보드는 신체 장애가 있는 사용자를 위한 접근성 기능으로 사용될 수 있다. |
| 모바일 장치 | |
| 모바일 장치 | 가상 키보드는 터치스크린이 있는 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터와 같은 모바일 장치에서 일반적이다. |
| 키오스크 | |
| 키오스크 | 가상 키보드는 공공 장소에 설치된 키오스크에서 데이터 입력을 위해 사용될 수 있다. |
| 보안 | |
| 보안 | 일부 가상 키보드는 키로거로부터 보호하기 위해 설계되었다. |
2. 종류
가상 키보드는 구현 방식과 사용 환경에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다. 대표적인 구현 방식으로는 터치스크린 화면이나 센서를 이용하는 방식,[2] 프로젝션 키보드처럼 레이아웃을 투사하거나 유사한 감지 영역을 활용하는 방식,[4][5] 카메라 등으로 손가락 움직임을 광학적으로 감지하는 방식 등이 있다.[6]
주요 사용 환경에 따라 데스크톱 컴퓨터용 가상 키보드와 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 등 모바일 기기용 가상 키보드로 구분할 수 있다. 데스크톱 환경에서는 주로 접근성 향상이나 다국어 입력 지원을 위해 사용되며, 모바일 환경에서는 공간 제약으로 인해 기본적인 입력 방식으로 널리 활용된다.[10]
이 외에도 웹 브라우저 상에서 자바스크립트를 이용해 구현되어 외국어 입력 등을 돕는 가상 키보드가 있으며, 가상 머신 에뮬레이션 소프트웨어처럼 특수한 환경에서 사용되기도 한다.
2. 1. 데스크톱 컴퓨터용 가상 키보드
데스크톱 컴퓨터에서 가상 키보드는 일반 키보드를 사용하기 어려운 장애가 있는 사용자에게 유용한 대체 입력 수단을 제공한다. 또한, 여러 문자 집합이나 문자를 자주 바꿔 써야 하는 다국어 사용자에게 편리하며, 기존 키보드가 없는 상황에서도 임시로 사용할 수 있다.가상 키보드는 물리적인 키 입력 장치와 다른 방식으로 작동하므로, 사용자가 입력하는 키 정보를 몰래 알아내는 키로깅에 대해 어느 정도 보안을 제공하는 장점이 있다.[1] 사용자는 입력하려는 언어에 맞춰 키 위의 글자를 바꾸거나 키보드 레이아웃을 자유롭게 변경할 수 있으며, 사용하지 않을 때는 화면에서 숨길 수도 있다.
하지만 물리적 키보드에 익숙한 사람들은 가상 키보드로 빠르게 입력하는 법을 배우는 데 상당한 시간이 필요할 수 있다. 손가락으로 키를 직접 느낄 수 없어 키의 위치를 파악하기 어렵고, 이로 인해 입력 속도가 느려질 수 있다. 이러한 단점은 PDA나 다른 전자기기용 외부 물리 키보드가 개발되는 배경이 되기도 했다.
가상 키보드는 다음과 같은 다양한 방식으로 활용될 수 있다.
- 터치스크린 화면이나 센서를 활용한 방식[2]
- 메뉴, 키/마우스 조합, 또는 키를 길게 누르는 방식으로 문자 변형, 구두점, 특수 문자 등을 입력하는 방식
- 숫자 입력을 쉽게 하기 위한 숫자 키패드 기능[3]
- 프로젝션 키보드처럼 레이저 등으로 키보드 레이아웃을 투사하거나 유사한 감지 영역을 활용하는 방식[4][5]
- 카메라 등으로 사람의 손과 손가락 움직임을 광학적으로 감지하여 입력하는 방식[6]
- 별도의 설정 변경 없이 여러 언어 세트를 지원하는 방식
다양한 자바스크립트 기반 가상 키보드는 웹 브라우저 상에서 구현되어, 사용자가 외국어 키보드 환경에서도 자신의 언어를 입력할 수 있도록 돕는다. 멀티터치 화면 기술은 태블릿 컴퓨터,[7] 터치스크린, 터치패드, 유선 장갑 등에서 사용되는 가상 코드 키보드의 개발을 가능하게 했다.[8][9]
2. 2. 모바일 기기용 가상 키보드
포켓 컴퓨터, 개인 정보 단말기 (PDA), 태블릿 컴퓨터, 터치스크린이 장착된 휴대 전화와 같이 물리적 키보드를 장착할 공간이 부족한 모바일 기기에서 화면 입력 방식으로 흔히 사용된다. 텍스트는 주로 가상 키보드의 키를 손가락으로 누르거나 화면 위에서 손가락을 미끄러뜨리는 방식으로 입력한다.[10] 스타일러스 펜을 이용해 입력하기도 한다.운영체제(OS)에 기본적으로 내장된 가상 키보드 외에도, 사용자는 구글 플레이나 앱 스토어 등에서 Gboard, SwiftKey와 같은 다양한 기능을 제공하는 서드파티 키보드 앱을 내려받아 설치하고 사용할 수 있다. 가상 키보드는 입력하려는 언어에 맞춰 키 위의 글자를 변경할 수 있으며, 사용자의 편의에 따라 키보드 레이아웃을 자유롭게 바꿀 수도 있다. 또한, 키보드를 사용하지 않을 때는 화면에서 숨겨 더 넓은 화면 공간을 확보할 수 있다.
물리적 키보드와 달리 키를 누르는 촉감이 없어, 물리 키보드 사용에 익숙한 사람은 가상 키보드로 빠르게 입력하는 데 익숙해지기까지 시간이 걸릴 수 있다. 손가락으로 키의 위치를 직접 느끼기 어려워 입력 속도가 느려질 수 있다.
2. 3. 특수 가상 키보드
스마트폰과 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR) 안경처럼 가상 세계를 구현하는 기기 등 다양한 디지털 환경에서는 텍스트 입력 기능이 필요하다. 이를 위해 물리적 키보드 외에 다음과 같은 특수한 형태의 가상 키보드 기술들이 개발되었다.광학 가상 키보드는 1992년 IBM 엔지니어에 의해 발명 및 특허 등록되었다.[25] 이 기술은 사람의 손과 손가락 움직임을 광학적으로 감지하고 분석하여, 실제 키가 없는 표면(예: 페인트로 칠해진 키보드 그림) 위에서의 입력을 인식한다. 이를 통해 마우스나 키보드를 포함한 다양한 종류의 수동 입력 장치를 가상으로 구현할 수 있으며, 사용 환경이나 사용자의 신체 조건에 맞춰 최적화된 입력 방식을 제공할 수 있다.
삼성전자가 개발한 '셀피 타입(Selfie Type)'은 이러한 광학 가상 키보드 기술의 한 예시다. 이 기술은 스마트폰의 전면 카메라(셀피 카메라)를 사용하여 사용자의 손가락 움직임을 추적하고, 사용자가 스마트폰 앞의 테이블이나 다른 평평한 표면 위에 마치 보이지 않는 키보드가 있는 것처럼 타이핑할 수 있도록 설계되었다.[26][27] 셀피 타입은 국제전자제품 박람회(CES) 2020에서 선보였으나[28][29][30], 실제로 상용 제품으로 출시되지는 않았다.
증강 현실(AR) 환경에서 가상 키보드는 사용자에게 텍스트 입력 기능을 제공하기 위해 사용된다. 일반적인 방법 중 하나는 Unity의 TouchScreenKeyboard 기능처럼 평면 형태의 가상 키보드를 AR 공간에 띄우는 것이다. 마이크로소프트의 HoloLens에서는 사용자가 머리를 움직여 키보드의 글자를 가리키는 방식으로 입력할 수도 있다.[31] 다른 접근 방식으로는 손가락의 움직임을 직접 추적하는 기술이 있다. 2003년 한국과학기술원(KAIST)의 U-VR 랩에서는 웨어러블 장치를 사용하여 손가락 움직임을 추적함으로써 실제 키보드를 가상 키보드로 대체하는 연구를 진행했다. 이 연구는 키 입력 시 사용자에게 시각 및 청각적 피드백을 제공하여, 사용자가 실제 키보드를 사용하는 것처럼 더 자연스럽게 텍스트를 입력할 수 있도록 하는 것을 목표로 했다.[32] 매직 리프(Magic Leap)의 Magic Leap 1 기기에도 증강 현실 가상 키보드가 구현되어 있다.[33]
가상 현실(VR) 환경에서도 사용자에게 텍스트 입력 방법을 제공하는 것이 중요하다. 많은 VR 시스템은 사용자의 손 움직임을 직접 추적하지 않기 때문에, 컨트롤러 등을 이용해 가상 키보드의 문자를 가리켜 선택하는 방식(포인팅)이 주로 사용된다.[34] 2016년 9월, 구글(Google)은 구글 데이드림(Google Daydream) VR 헤드셋용 가상 키보드 앱을 출시했다. 이 앱에서 사용자는 컨트롤러를 사용하여 문자를 가리키는 방식으로 텍스트를 입력한다.[35][36] 2017년 2월, 로지텍(Logitech)은 실제 키보드를 가상 환경으로 가져오는 실험적인 방식을 선보였다. 이 방식은 HTC 바이브(HTC Vive) 트래커와 로지텍 G 게이밍 키보드를 결합하여, 별도의 장갑 착용 없이 사용자의 손가락 움직임을 추적한다. 로지텍은 이 기술을 시험하고 활용할 수 있도록 BRIDGE 개발자 키트와 함께 50개의 키트를 선정된 개발자들에게 제공했다.[37][38]
3. 역사
가상 키보드는 휴대용 기기의 주요 입력 방식으로 자리 잡기까지 여러 단계를 거쳐 발전했다. 초기 PDA에서는 스타일러스를 이용한 가상 키보드가 사용되었으나, 당시 기술적 한계로 사용 편의성은 다소 떨어졌다.[11] 이후 스마트폰 시대가 열리면서 멀티터치 기술이 도입되었고, 이는 가상 키보드의 사용성을 크게 향상시키는 계기가 되었다.[12] 현재는 안드로이드나 iOS와 같은 주요 모바일 운영 체제 환경에서 사용자들이 직접 가상 키보드를 개발하거나 맞춤 설정할 수 있을 정도로 기술이 발전하였다.
3. 1. PDA
개인 휴대 정보 단말기(PDA)에 텍스트를 입력하는 주요 방식은 스타일러스로 조작하는 가상 키보드, 외부 USB 키보드, 필기 키보드, 그리고 획 인식 등이 있다. 마이크로소프트의 모바일 운영 체제 접근 방식은 실제 키보드를 그대로 모방하는 것이었으나, 이는 지나치게 복잡한 배열을 만들었다.[11] 멀티터치 기술 지원이 없었기 때문에 PDA 가상 키보드는 사용하기 불편한 점이 있었다.
3. 2. 스마트폰 초기
2007년 애플이 아이폰을 처음 선보였을 때, 물리적인 키보드가 없다는 점은 단점으로 여겨지기도 했다.[12] 하지만 애플은 멀티 터치 기술을 아이폰에 성공적으로 적용하여, 기존 PDA 등에서 지적되던 사용성의 한계를 극복하는 모습을 보여주었다.3. 3. 현재
가장 일반적인 모바일 운영 체제인 안드로이드와 iOS는 개발자 커뮤니티에 개별적으로 사용자 정의 가상 키보드를 개발할 수 있는 가능성을 제공한다.4. 현재 구현 및 사용
가상 키보드는 터치스크린 레이아웃이나 센서[2], 프로젝션 키보드 레이아웃[4][5], 또는 사람의 손과 손가락 움직임을 광학적으로 감지하는 방식[6] 등 다양한 기술을 통해 구현된다. 웹 브라우저에서는 자바스크립트를 이용해 가상 키보드를 만들어 사용자가 외국 키보드에서도 자신의 언어를 입력할 수 있도록 지원하기도 한다. 멀티터치 화면 기술은 태블릿 컴퓨터[7], 터치스크린, 터치패드, 유선 장갑 등에서 가상 코드 키보드 구현을 가능하게 했다.[8][9]
이러한 가상 키보드는 주로 물리적 키보드를 장착할 공간이 부족한 포켓 컴퓨터, 개인 정보 단말기 (PDA), 태블릿 컴퓨터, 터치스크린이 장착된 휴대 전화 등에서 화면 입력 방식으로 흔히 사용된다.[10] 텍스트 입력은 일반적으로 가상 키보드를 탭하거나 손가락으로 추적하는 방식으로 이루어진다.[10] 또한, 컴퓨터 키보드보다 버튼 수가 적은 시스템을 위한 가상 머신 에뮬레이션 소프트웨어에도 가상 키보드가 탑재되기도 한다.
물리적 키보드에 익숙한 사용자는 가상 키보드로 빠르게 입력하는 데 적응 시간이 필요할 수 있다. 손가락으로 키를 직접 느낄 수 없고 키의 위치에 익숙하지 않아 입력 속도가 느려질 수 있기 때문이다. 이러한 점은 PDA나 다른 전자기기를 위한 외부 물리 키보드 개발의 배경이 되기도 했다.
가장 일반적인 모바일 운영 체제인 안드로이드와 iOS는 개발자들이 자신만의 사용자 정의 가상 키보드를 개발할 수 있도록 지원하며, 이를 통해 다양한 형태의 가상 키보드가 만들어져 사용되고 있다.
4. 1. 안드로이드
안드로이드 SDK는 "InputMethodService"를 제공한다.[13] 이 서비스는 입력 방식의 표준 구현을 제공하여 안드로이드 개발 커뮤니티가 자체 키보드 레이아웃을 구현할 수 있도록 한다. InputMethodService는 키보드 뷰와 함께 제공된다.[14] InputMethodService를 사용하여 키와 제스처 입력을 사용자 정의할 수 있으며, Keyboard 클래스는 키보드의 XML 설명을 로드하고 키의 속성을 저장하는 데 사용된다.[15]
결과적으로, 안드로이드 기기에는 다양한 종류의 가상 키보드를 설치하여 사용할 수 있다. 가상 키보드는 하나의 애플리케이션처럼 작동하며, Gboard나 SwiftKey와 같은 앱들이 많이 다운로드되어 사용된다. 사용자는 안드로이드 설정 메뉴에서 원하는 가상 키보드를 선택하여 간단하게 활성화할 수 있다.[16]
4. 2. iOS
애플의 iOS 운영 체제는 사용자 정의 키보드 개발을 허용하지만, 사전이나 일반적인 키보드 설정에는 접근할 수 없다. iOS는 사용자가 텍스트 입력 필드에 텍스트를 입력하면 시스템 키보드와 사용자 정의 키보드 간에 자동으로 전환된다.[17][18]
UIInputViewController는 사용자 정의 키보드 앱 확장 프로그램의 기본 뷰 컨트롤러이다. 이 컨트롤러는 사용자 정의 키보드의 사용자 인터페이스, 보조 어휘 획득 또는 사용자 정의 키보드의 주 언어 변경과 같은 사용자 정의 키보드 구현을 위한 다양한 메서드를 제공한다.[19]
4. 3. 윈도우
마이크로소프트 윈도우는 공통 텍스트 프레임워크 서비스를 통해 가상 키보드를 제공한다.4. 4. 기타 기능
가상 키보드는 물리적 입력 장치와 달리 키로거(keystroke logging)에 대해 상대적인 보안성을 제공한다.[2] 또한, 입력 언어에 따라 키 위의 문자를 변경하거나 키보드 레이아웃을 자유롭게 바꿀 수 있으며, 사용하지 않을 때는 화면에서 숨길 수 있다.단어 예측 및 자동 완성 기능은 사용자의 입력 패턴을 학습하여 다음에 입력할 단어를 예측하고 자동 완성을 제공함으로써 입력 속도를 향상시킨다. 2000년대 초반 연구에서 이미 이러한 기능의 효과가 입증되었으며[20][21], 초기에는 주로 정적 사전을 기반으로 구현되었다. 구글은 2013년 안드로이드 4.4 버전에 예측 입력 기능을 도입했고[22], SwiftKey나 Swype와 같은 서드파티 키보드 앱들이 이 분야의 기술 발전을 이끌었다.[22] 2014년 애플 역시 iOS 8에서 사용자가 입력하는 동안 키보드 위에 예상 단어를 보여주는 'QuickType' 기능을 선보였다.[23]
햅틱 피드백은 키를 눌렀을 때 진동이나 소리로 사용자에게 물리적인 키 입력과 유사한 촉각적 피드백을 제공하는 기능이다. 이를 통해 키가 성공적으로 눌렸음을 확인할 수 있다. 특히 히스테리시스 원리를 적용하면, 키를 누를 때뿐만 아니라 뗄 때도 실제 키가 원위치하는 듯한 느낌을 구현하여 더욱 현실적인 사용 경험을 제공한다. 이 기술은 Aleks Oniszczak과 Scott Mackenzie가 2004년 발표한 논문에서 처음 소개되었다.[24]
이 외에도 가상 키보드는 일반 키보드 사용이 어려운 장애가 있는 사용자나, 여러 언어를 자주 전환해야 하는 다국어 사용자에게 유용한 입력 방식을 제공한다.
5. 보안 고려 사항
가상 키보드는 물리적인 키보드 입력 대신 화면상의 키를 마우스 등으로 클릭하여 입력하는 방식으로, 특정 상황에서 키 입력 로깅과 같은 보안 위협을 줄이는 데 사용될 수 있다.[39] 예를 들어 일부 온라인 뱅킹 서비스에서는 비밀번호 입력 시 가상 키보드를 활용한다. 이는 악성 코드가 실제 키 입력을 감시하는 것보다 화면과 마우스 움직임을 동시에 추적하여 정보를 알아내는 것이 더 어렵기 때문이다.
하지만 화면을 직접 캡처하거나(스크린샷) 마우스 클릭 정보를 기록하는 방식의 공격에는 여전히 취약할 수 있으며,[40][41] 오히려 어깨너머 훔쳐보기에는 더 취약할 수 있다는 단점도 존재한다. 사용자가 화면을 직접 보며 입력하기 때문에 주변 사람이 입력 내용을 엿보기 쉬울 수 있고, 일부 가상 키보드의 시각적 피드백이나 상대적으로 느린 입력 속도 또한 이러한 위험을 높일 수 있다.
5. 1. 키로깅 방지
가상 키보드는 물리적인 키보드와 작동 방식이 다르기 때문에, 키보드 입력 내용을 몰래 기록하는 키로깅 공격에 대해 어느 정도 보안을 제공할 수 있다.[39] 예를 들어, 웨스트팩 은행(Westpac)의 온라인 뱅킹 서비스나 미국 재무부의 TreasuryDirect 서비스(그림 참조)는 비밀번호를 입력할 때 가상 키보드를 사용한다. 악성 코드가 실제 키보드의 입력을 감시하는 것보다, 가상 키보드를 통해 입력되는 데이터를 알아내기 위해 화면(스크린샷)과 마우스 움직임을 동시에 감시하는 것이 더 어렵기 때문이다. 그러나 주기적으로 화면을 캡처하거나 마우스 클릭 시점을 기록하는 방식 등으로 정보를 빼내는 것은 여전히 가능하다.[40][41]
한편, 마우스 클릭으로 입력하는 화면 키보드는 어깨너머 훔쳐보기에 의한 비밀번호 노출 위험을 높일 수 있다.
- 옆에서 지켜보는 사람은 키보드를 볼 때보다 화면을 보는 것이 더 쉽고 덜 의심스러우며, 마우스 커서가 어떤 글자 위로 이동하는지 쉽게 볼 수 있다.
- 일부 가상 키보드는 사용자가 키를 클릭했을 때 잠시 색깔이 변하는 등 시각적인 피드백을 주기도 하는데, 이는 옆에서 보는 사람이 입력 내용을 더 쉽게 알아챌 수 있게 만든다. 최악의 경우, 다음 키를 누르기 전까지 마지막으로 누른 키가 계속 강조 표시되어(포커스 (컴퓨팅)), 관찰자가 각 문자를 충분히 읽을 시간을 줄 수도 있다.
- 사용자는 일반적으로 키보드로 입력하는 것보다 마우스로 클릭하는 속도가 느리기 때문에, 관찰자가 입력 내용을 훔쳐보기 더 쉬워진다.
5. 2. 숄더 서핑 주의
사용자가 마우스 클릭으로 입력하는 화면 키보드를 사용할 경우, 숄더 서핑 (컴퓨터 보안)으로 인해 비밀번호 등이 노출될 위험이 커질 수 있다. 주변 사람이 실제 키보드를 훔쳐보는 것보다 화면을 보는 것이 더 쉽고 덜 의심스러우며, 마우스 커서가 이동하는 문자를 따라가며 입력 내용을 알아낼 수 있기 때문이다.또한, 일부 가상 키보드는 사용자가 클릭한 키의 색상을 잠시 바꾸는 등 시각적인 피드백을 제공하는데, 이는 관찰자가 입력 내용을 더 쉽게 파악하도록 도울 수 있다. 심한 경우에는 다음 키를 누르기 전까지 마지막으로 클릭한 키에 포커스 (컴퓨팅)가 유지되어, 관찰자가 각 문자를 충분히 확인할 시간을 주기도 한다. 마지막으로, 일반적으로 사람들은 키보드로 직접 입력하는 것보다 마우스로 클릭하는 속도가 느리기 때문에, 훔쳐보는 사람이 입력 내용을 파악하기 더 쉬워진다.
6. 한계
키보드 레이아웃이 일반적으로 실제 키보드와 비슷할지라도, 물리적 키보드 사용에 익숙한 사람들은 가상 키보드로 빠르게 입력하는 방법을 배우는 데 상당한 시간을 들여야 하는 경우가 많다. 물리적 키보드와는 달리 손가락으로 키를 직접 느낄 수 없기 때문이다. 이로 인해 키의 위치에 익숙해지기 어렵고 입력 속도가 느려질 수 있다. 이러한 점은 PDA 등에서 사용하기 위한 외부 물리 키보드가 개발되는 배경이 되기도 했다.
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