量子保密通信有着无可比拟的技术优势，是量子物理、电子信息科学和计算机科学等多学科交叉融合的研究领域。其中量子密钥分发(QKD)系统是量子保密通信的重要组成部分。QKD系统除了基本的量子信道之外，还需要经典通信网络来进行基矢比对、身份认证、纠错和保密放大。经典信道处理采用TCP/IP协议栈，该协议栈是基本网络协议的集合。目前QKD系统由众多芯片和器件搭建而成，存在各种缺陷。随着QKD技术的发展和成熟，系统朝着小型化、集成化的方向发展。QKD的SoC设计对提高量子密钥的安全性具有十分重要的意义。　　本文中TCPHP的VLSI设计是“量子通信系统中央控制与数据处理器”的重要组成部分，主要完成对TCP/IP报文的接收、发送和状态管理等操作。首先，通过分析TCP/IP系列协议，对其中的相关原理、功能、报文格式等方面进行解读，从而完成系统框架的整体设计。然后按照自顶向下的设计方法，根据系统架构将TCP/IP硬件结构划分模块，并对子模块的内部结构、外部接口信号和互连通信方式进行详细设计，重点介绍了定时器电路、序号产生电路、检验和计算电路以及各功能模块的状态机电路，实现了TCP、UDP、IP、ICMP和ARP的精简结构。本设计采用Verilog语言完成了对各模块的描述，然后搭建了验证平台，通过RTL仿真和FPGA验证了网络传输功能，结果表明该结构能够满足QKD的网络带宽需求。最后基于SMIC55nm工艺库，通过Design Compiler和IC Compiler进行逻辑综合与布局布线，得到了时序、面积和功耗相关参数。　　本文主要贡献有:第一，TCP/IP硬件结构能够独立处理自定义端口的网络数据，量子密钥分发系统的CPU不需要参与协议的解析工作，从而降低因软件缺陷导致网络泄露密钥的风险;第二，实现的主要协议功能有TCP、UDP、IP、ICMP和ARP，能够满足网络传输的要求;第三，根据TCP协议对字节流处理的特点，实现了TCP的序号、确认号与储存地址的映射关系，降低了系统对数据处理的复杂度;第四，使用简洁高效的乱序重组方法，不需要在硬件中维护复杂的链表机制，直接将乱序数据在储存器中的适当地址进行放置;第五，实现了报文段的重传功能，只需保存报文段的特定信息，降低了电路规模。