양자컴퓨터의 등장은 기존 공개 키 암호 시스템에 심각한 위협으로 인식되고 있다. 기존 공개 키 암호 시스템은 수학적 난제를 기반으로 하고 있기 때문에 양자 컴퓨터를 이용하면 다항 시간 내에 풀이할 수 있음으로 안전하지 않다. 따라서 양자컴퓨터에 대응하는 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography, PQC)에 대한 지속적인 연구가 필요하다. 미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards Technology, NIST)는 양자내성암호의 표준화를 위해 4차례의 공모전을 진행하였으며 공개 키 암호화 방식의 양자내성암호인 Module Lattice- based Key-Encapsulation Mechanism (ML-KEM) 알고리즘이 최종 라운드에서 선정되었다. ML-KEM은 캡슐화 (Encapsulation)와 역캡슐화(Decapsulation)에 필요한 캡슐화 키(Encapsulation Key, EK)와 역캡슐화 키(Decapsulation Key, DK)를 생성하는 Key generation 동작, 암호화를 수행하여 공유 비밀 키(Shared Secret Key, SK)를 생성하는 캡슐화(Encapsulation) 동작, 복호화를 수행하여 공유 비밀 키를 도출하는 역캡슐화(Decapsulation) 동작이 있다. 또한 이를 AES-128, AES-192, AES-256과 같은 수준의 세 가지 보안 등급(Level 1, Level 3, Level 5)을 지원한다.
본 논문에서는 가변적인 ML-KEM 아키텍처를 제안한다. 자유로운 보안 등급 선택을 위하여 키 길이에 따른 가변적인 데이터 처리를 수행할 수 있는 2-병렬(Parallel) 구조의 파이프라인(Pipeline) 구조를 제안하였으며, Key generation, Encapsulation, Decapsulation 동작을 수행하기 위해 내부 모듈의 재구성이 가능한 구조를 제안하였다. 또한 ML-KEM에서 다항식 연산을 수행하는 NTT(Number-Theoretic Transform) 알고리즘에 대한 효율적인 PE(Processing Element)를 가지는 메모리 기반 NTT 아키텍처를 제안한다.