asn.1简要介绍

一．ASN.1介绍１．什么是ASN.1（抽象语法记法一)?ASN.1（AbstractSyntaxNotationOne）ASN.1是ITU-T的一个标准集，它用来编码及表示通用数据类型，这些数据类型有可打印串值八位位组串值，位串值，整数值以及用可移值方式组合而成的其他类型序列值。简单的说，ASN.1指定了以何种方式对非平凡的数据类型进行编码，以便其他任何平台及第三方工具都能够解释其内容。比如，字母a在一些平台以ASCII编码为十进制数值97，而在其他非ASCII平台上，可能会是另外的编码。而ASN.1指定了一种编码方式，在任何平台上，字母a的编码都是统一的。２．ASN.1语法．ASN.1语法遵循传统的巴科斯范式BNF风格。最基本的表达式如：Name::=type。表示为定义某个名称为Name的元素，它的类型为type。例如：MyName::=IA5String。表示为定义了一个名为MyName的元素或变量，其类型为ASN.1类型IA5String(类似于ASCII字符串)。２．１ASN.1显式值(ExplictValue)．有些时候，我们需要定义一种ASN.1类型，它的子集元素包含预定义值。Name::=type(ExplictValue)。显式值(ExplictValue)。必须是ASN.1类型允许选择的值，而且也必须是元素所允许的值。例：MyName::=IA5String(Tom)表示MyName是字符串Tom的IA5String编码。又例如：MyName::=IA5String(Tom|Joe)表示字符串的值既可以是Tom，也可以是Joe。这种语法的使用是为了扩展确定的解码器。例：PublicKey::=SEQUENCE{KeyTypeBOOLEAN(0),ModulusINTEGER,PubExponentINTEGER}PrivateKey::=SEQUENCE{KeyTypeBOOLEAN(1)ModulusINTEGER,PubExponentINTEGER,PrivateExponentINTEGER}２．２ASN.1容器(container)容器是值一个包含了其他相同或者不同类型元素的数据类型（例如序列值SEQUENCE或集合值SET类型）。目的是为了组合一些复杂的数据类型集。ASN.1规范定义了4种容器类型：序列，单一序列(SEQUENCEOF)，集合和单一集合(SETOF)。虽然它们意义不同，但是语法是一样的。Name::=Container{NameType[NameType...]}方括号中的内容和容器的元素个数都是可选项．还可以进行嵌套定义。例：UserRecord::=SEQUENCE{NameSEQUENCE{FirstIA5String,LastIA5String},DoBUTCTIME}将其粗略的翻译成Ｃ语言中的结构如下：structUserRecord{structName{char*First,char*Last,};time_tDoB;}将其粗略的翻译成ObjectPascal语言中的记录如下（ObjectPascal不支持嵌套记录):TypeName=recordFirst:String;Last:String;end;UserRecord=recordaName:Name;DoB:DateTime;end;２．３ASN.1修改器ASN.1定义了各种修改器，如可选(OPTIONAL)，默认(DEFAULT)，和选择(CHOICE)。他们可以改变表达式的声明。典型地用于定义一种要求编码灵活，而定义又不繁琐的类型。＜１＞．可选(OPTIONAL)。顾名思义，其表示改变一个元素以便在编码时它的类型是可选择的。即编码器可以忽略这个元素，解码器不能假设它将出现。但当邻接的两个元素具有相同的类型时，会给解码器带来一些问题。定义：Name::=TypeOPTIONAL例如：Float::=SEQUENCE{ExponentINTEGEROPTIONAL,MantissaINTEGER,SignBOOLEAN}当解码器读取这个结构时，在它看来第一个整数(INTEGER)可能是Exponent，也有可能认为是Mantissa。一般建议不使用这种方式定义结构。＜２＞．默认(DEFAULT)。默认修改器允许容器包含默认值。如果待编码的数据值等同于它的默认值，那么它将在发送的数据流中被忽略。例如：Command::=SEQUENCE{TokenIA5String(NOP)DEFAULT,ParameterINTEGER}如果编码器把Token看成是代表字符串NOP,那么序列将按照定义的那样编码为：Command::=SEQUENCE{ParameterINTEGER}＜３＞．选择(CHOICE)。选择修改器允许一个元素在给定的实例中可以有多个可能值。实质上说，解码器将尝试所有期望的解码算法，直到有一个类型符合为止。当一个复杂的容器中包含其他容器时，时候选择器就十分有用了。例如：UserKey::=SEQUENCE{NameIA5String,StartDateUTCTIME,ExpireUTCTIME,KeyDataCHOICE{ECCKeyECCKeyType,RSAKeyRSAKeyType}}上例简单的允许ＥＣＣ也允许ＲＳＡ密钥的公钥证书。３．ASN.1数据类型ASN.1针对广泛的应用定义了多种数据类型，我们这里只讨论跟密码学应用相关的数据类型。我们将讨论如下数据类型：布尔型(Boolean);八位位组串(OCTETString);位串(BITString);IA5String;可打印字符串(PrintableString);整数(INTEGER);对象标识符(OBJECTIdentifier,OID);世界协调时(UTCTIME);空(NULL);序列，单一序列;集合;单一集合;任何ASN.1编码都是以两个字节开始（或者八位位组，含有８个二进制位），不管什么类型，它们都是通用的．第一个字节是类型标识符，也包含一些修正位；第二各字节是长度．3.1ASN.1头字节头字节(hearderbyte)位于ASN.1编码的开始，由3部分组成。1.类别位。(位8位7)类别位(classificationbits)由两位表示，用来描述数据将要解释的上下文。00通用(Universal)01应用(Application)10上下文特定(ContextSpecific)11专用(Private)所有的类型中，通用类别最常用。2.结构化位。结构化位(constructedbit)表示一个给定的编码是否是相同类型的多种编码的结构化。结构化元素是容器类型必需的，因为在逻辑上，它们只是其他元素的集合。结构化元素有自己的头字节和长度字节，之后是元素各个要素组件的单独编码。也就是说，这些要素组件是独立地可解码ASN.1数据类型。严格的说，容器类是唯一允许使用结构化位的数据类型。这是因为对于其他数据类型，给定内容，只允许一种编码。所以其他所有数据类型的结构化位都为0。3.原始类型。ASN.1头字节的低5位定义了32种ASN.1的原始类型(primitivetype)代码ASN.1类型作用1布尔型储存布尔值2整数储存大整数3位串存储位数组4八位位串存储字节数组5空预留位（例如在选择修改器中）6对象标识符标识算法及协议16序列和单一序列未分类元素的容器17集合和单一集合已分类元素的容器19可打印字符串ASCII编码（忽略一些不可打印字符）22IA5StringASCII编码23世界协调时以统一格式表示的时间3.2ASN.1长度编码根据编码的实际长度，ASN.1定义了两种长度编码(lengthencoding)方法，长编码和短编码。编码字节的最高位代表的是短编码还是长编码；而低7位则形成一个长度立即数。1.短编码。在短编码中，负载的长度必须小于128字节。长度立即数用来表示负载的长度。例如，对于一个长度为65(0x41)的负载进行编码，其长度编码字节只需简单的设置为0x41即可。因为其最高位是0,则编码器可以判断出这是短编码，而且长度是65。2.长编码。在长编码中，定义了附加的抽象数据来对长度进行编码，它仅适用于所有长度为128字节或以上的负载。在这种模式下，长度立即数存储的是为了表示负载长度所需的字节数。这个长度必须以big-endian格式进行编码。（其实bigendian是指低地址存放最高有效字节（MSB），而littleendian则是低地址存放最低有效字节（LSB）。）。例如，为一个长度为47310(0xB8CE)的负载进行编码，因为它的长度大于127,所以要采用长编码方式。实际的长度需要两个字节来表示。则，长度编码字节为0x82;然后用big-endian格式存储的长度值为0xB80xCE。则全部长度编码为0x82B8CE。3.3ASN.1布尔类型布尔编码的负载或者是全0或者是全1的八位位组。头字节以0x01开始，长度编码字节为0x01,负载内容取决于布尔值的取值。布尔值编码False0x010100True0x0101FF3.4ASN.1整数类型整数类型表示一个有符号的任意精度的标量，它的编码是可移植，平台无关的。正整数的编码比较简单。每个字节表示的最大整数是255(0xFF)，存储的实际数值分成字节大小的数字，并且以big-endian格式存储。八位位组{Xk,Xk-1,....,X0}将以递减的顺序从Xk到X0进行存储。编码规定正整数的第一个字节的最高位必须是0，即Xk的最高为必须是0，为1的话则为负数。例如：x=49468=193*256+60=0xC1*0xFF+0x3C；即X1=0xC1，X0=0x3C。按正常规定，编码应该是0x0202C13C，但是X1的最高位是1，应该被看成负数。最简单的方法是用前端零字节进行填充。编码变为0x020200C13C。负整数的编码有些复杂。要先找到一个最小的256的幂，使它比要编码的负数的绝对值还要大。例如：x=-1555;被1555大的256的最小的幂是256^2=65536;然后将这个数跟负数相加以得到2的补码。65536+(-1555)=63981=0xF9*0xFF+0xED。则编码为0x0202F9ED.（？）以下是一些常用整数编码的例子值编码00x02010010x02010120x0201021270x02017F1280x02020080-10x0201FF-1280x020180-327680x0202800012345678900x0204499602D23.5ANS.1位串类型位串(BITSTRING)类型以可移植形式表示位数组。除了ASN.1头部两个字节之外，还有一个附加的头部用来表示填充数据(通常是一个字节，因为填充是为了形成一个完整的字节)。编码规则：位串的第一位放到第一个负载字节的第8位；位串的第二位放到第一个负载字节的第7位;依此类推。填充满第一个负载字节，就继续填充第二个负载字节。如果最后一个负载字节未被填充满，空的位用0来填充，0的个数存放到头部用来表示填充数据的那个字节里。下面举例说明：有一个位串{1,0,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1}，开始填充负载字节。第一个字节填充后为10001110=0x8E;第二个字节填充后为10010000=0x90,低位4个0为填充的空位。则负载为2个字节加上表示填充0个数的一个字节0x04总共3个字节。则完整的编码为：0x0303048E90。解码器通过计算8*负载长度-填充数来得到存储输出所需要的位数。3.6ASN.1八位位组串类型八位位组串(OCTETSTRING)是保存字节数组，它和位串类型(BITSTRING)很相似。这种编码非常简单，像其他类型一样对头部进行编码，然后直接将八位位组复制过去即可。例如：对{FE,ED,6A,B4}编码；首先存储类型0x04，接着是长度0x04，然后是字节本身0xFEED6AB4；完整的编码为0x0404FEED6AB4