學(xué)習(xí)資料：ASN.1編碼規(guī)則詳解

一.簡(jiǎn)介

ASN.1(Abstract Syntax Notation dotone),抽象語(yǔ)法標(biāo)記1。是定義抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型形式的標(biāo)準(zhǔn),是用于描述數(shù)據(jù)表示、表示、傳輸、編碼的記法。

ASN.1只包含信息結(jié)構(gòu)，不處理具體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，它不是一個(gè)編程語(yǔ)言。

ASN.1沒(méi)有限定編碼方法，各種ASN.1編碼規(guī)則提供了由ASN.1描述其抽象句法的數(shù)據(jù)的值的傳送語(yǔ)法（具體表達(dá)），常見(jiàn)的編碼規(guī)則有：基本編碼規(guī)則(BER),規(guī)范編碼規(guī)則（CER，CanonicalEncoding Rules）、唯一編碼規(guī)則（DER，DistinguishedEncoding Rules）、壓縮編碼規(guī)則（PER，PackedEncoding Rules）和XML編碼規(guī)則（XER，XMLEncoding Rules）。這些編碼規(guī)則描述了如何將定義在ASN.1中的值譯成適合傳輸?shù)碾姶a。

ASN.1在OSI的ISO8824/ITU X.208（說(shuō)明語(yǔ)法）和ISO8825/ITU X.209（說(shuō)明基本編碼規(guī)則）規(guī)范。

幾個(gè)概念：

(1)實(shí)際語(yǔ)法

指諸如C、ObjectiveCaml等這樣實(shí)際編程語(yǔ)言；

(2)抽象語(yǔ)法（AbstractSyntax）

指ASN.1，是協(xié)議采用ASN.1規(guī)范描述的描述文本。描繪了與任何表示數(shù)據(jù)的編碼技術(shù)無(wú)關(guān)的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。抽象語(yǔ)法使得人們能夠定義數(shù)據(jù)類(lèi)型，并指明這些類(lèi)型的值。抽象語(yǔ)法只描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)形式，與具體的編碼格式無(wú)關(guān)，同時(shí)也不涉及這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)內(nèi)如何存放。

(3)傳輸語(yǔ)法（TransferSyntax）

指表示層交換數(shù)據(jù)的表示方法，是實(shí)際通訊系統(tǒng)間的碼流。當(dāng)數(shù)據(jù)在兩個(gè)表示層實(shí)體之間傳輸時(shí)，這些數(shù)據(jù)的實(shí)際比特模式表示方法就是傳送語(yǔ)法。

(4)編碼

指將抽象語(yǔ)言法轉(zhuǎn)換成實(shí)際通訊系統(tǒng)間比特流;

(5)編碼規(guī)則

將抽象語(yǔ)言法轉(zhuǎn)換成實(shí)際通訊系統(tǒng)間比特流所遵循的語(yǔ)法規(guī)則;

二.相關(guān)背景知識(shí)

1.為了順利完成應(yīng)用音的通訊，需使用以下概念：

(1)抽象語(yǔ)法：定義了數(shù)據(jù)的常用結(jié)構(gòu)（包括不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型），并且建立了和應(yīng)用層對(duì)話所用的構(gòu)架。

(2)實(shí)際語(yǔ)法：本地的，并且定義本地系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表示方法。

(3)傳輸語(yǔ)法：定義兩個(gè)系統(tǒng)間的表示層間交換數(shù)據(jù)的表示方法。

(4)編碼規(guī)則：提供從本地實(shí)際語(yǔ)法到傳輸語(yǔ)法和其相反操作的方法。(從抽象語(yǔ)法到傳輸語(yǔ)法，由ASN.1編譯器按照編解碼規(guī)則實(shí)現(xiàn))

2.應(yīng)用層Application Layer

應(yīng)用層向表示層發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)告知表示層自己的ASN.1名字(即對(duì)象標(biāo)識(shí)符)，ASN.1名字標(biāo)記了一個(gè)ASN.1語(yǔ)法——用以解釋數(shù)據(jù)中各字段的含義。通過(guò)參考ASN.1定義，表示可以得知數(shù)據(jù)單元的類(lèi)型和長(zhǎng)度，以及傳輸時(shí)應(yīng)當(dāng)采用的編碼方法。

3.表示層Presentation Layer

兩個(gè)系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)前需要協(xié)商共用的編碼方式，事實(shí)上編碼方式在應(yīng)用層發(fā)出的數(shù)據(jù)中已經(jīng)確定，應(yīng)用數(shù)據(jù)中包含抽象語(yǔ)法/傳輸語(yǔ)法的組合關(guān)系，告訴表示層數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、含義以及傳輸語(yǔ)法規(guī)則。表示層參考抽象語(yǔ)法，將應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傳輸語(yǔ)法定義的比特流。

4.邊界對(duì)齊

同樣一條消息，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中是以Byte為單位存儲(chǔ)的，在鏈路上則是以bit為單位傳送的。

如果一個(gè)信元的第一個(gè)bit也恰好是Byte流中某Byte的開(kāi)始bit時(shí)，我們稱(chēng)之為開(kāi)始于邊界對(duì)齊的；

如果信元的最后一個(gè)bit也恰好是Byte流中某Byte的最后一個(gè)bit時(shí)，則可以稱(chēng)之為結(jié)束于邊界對(duì)齊的。

對(duì)于不是結(jié)束于邊界對(duì)齊的情況，一般要進(jìn)行補(bǔ)位。有兩種方式：

(1)對(duì)每個(gè)信元的結(jié)束立即進(jìn)行補(bǔ)位，保證下一個(gè)信元是開(kāi)始于邊界對(duì)齊的；

(2)從信元結(jié)束的位置開(kāi)始新的信元，到消息結(jié)束時(shí)再進(jìn)行一次補(bǔ)位操作。(用于無(wú)線空口中)

5.大小端(BigEndian vs Little Endian)

(1).大端方式，也叫網(wǎng)絡(luò)序，從左往右，第一個(gè)8位表示高位，例如0X0102,用比特流表示是0000000100000010。

(2).小端方式，也叫主機(jī)序，與大端方式相反，數(shù)字0X0102用比特流表示則是0000001000000001，低8位在前，高8位在后。

Motorola的PPC系列、IP協(xié)議中使用大端方式;VAX計(jì)算機(jī)、Intel的x86系列中使用小端方式。

三.ASN.1的基本語(yǔ)法規(guī)則

1.ASN.1使用巴科斯范式(BNF):

在雙引號(hào)中的字("word")代表著這些字符本身。而double_quote用來(lái)代表雙引號(hào)。

在雙引號(hào)外的字（有可能有下劃線）代表著語(yǔ)法部分。

尖括號(hào)(< > )內(nèi)包含的為必選項(xiàng)。

方括號(hào)([ ] )內(nèi)包含的為可選項(xiàng)。

大括號(hào)({ } )內(nèi)包含的為可重復(fù)0至無(wú)數(shù)次的項(xiàng)。

豎線(| )表示在其左右兩邊任選一項(xiàng)，相當(dāng)于"OR"的意思。

::=是“被定義為”的意思。

這是用BNF來(lái)定義的Java語(yǔ)言中的For語(yǔ)句的實(shí)例：

　　FOR_STATEMENT::=

　　"for""(" ( variable_declaration |

　　(expression ";" ) | ";" )

　　[expression ] ";"

　　[expression ]

　　")"statement

2.在ASN.1中，符號(hào)的定義沒(méi)有先后次序：只要能夠找到該符號(hào)的定義即可。

3.所有的標(biāo)識(shí)符、參考、關(guān)鍵字都要以一個(gè)字母開(kāi)頭，后接字母(大、小寫(xiě)都可以)、數(shù)字或者連字符“-”(但不能以連字符“-”結(jié)尾，也不能連續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)連字符)，不能出現(xiàn)下劃線“_”。

4.關(guān)鍵字一般都是全部大寫(xiě)。

5.在標(biāo)識(shí)符中，只有類(lèi)型和模塊名字是以大寫(xiě)字母開(kāi)頭的，其它標(biāo)識(shí)符都是以小寫(xiě)字母開(kāi)頭。

6.ASN.1中實(shí)數(shù)實(shí)際定義為三個(gè)整數(shù)：尾數(shù)、基數(shù)和指數(shù)。沒(méi)有小數(shù)表示方式。

7.ASN.1不對(duì)空格、制表符、換行符和注釋做翻譯。但是在定義符號(hào)（或者分配符號(hào)Assignment）“::=”中不能有分隔符。

四.ASN.1中的類(lèi)型

類(lèi)型是一個(gè)非空的值的集合，可以被編碼后傳輸。相比與高級(jí)語(yǔ)言中復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，ASN.1中的類(lèi)型主要是為了數(shù)據(jù)的傳輸。

1.ASN.1中的類(lèi)型分為基本類(lèi)型(內(nèi)建數(shù)據(jù)類(lèi)型)和組合類(lèi)型，組合類(lèi)型由一個(gè)或多個(gè)基本類(lèi)型構(gòu)成。

內(nèi)建數(shù)據(jù)類(lèi)型

類(lèi)型	含義
NULL	只包含一個(gè)值NULL，用于傳送一個(gè)報(bào)告或者作為CHOICE類(lèi)型中某些值
INTEGER	全部整數(shù)（包括正數(shù)和負(fù)數(shù)）
REAL	實(shí)數(shù)，表示浮點(diǎn)數(shù)
ENUMERATED	標(biāo)識(shí)符的枚舉（實(shí)例狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)）
BITSTRING	比特串
OCTETSTRING	字節(jié)串
OBJECT IDENTIFIER, RELATIVE-OID	一個(gè)實(shí)體的標(biāo)識(shí)符，它在一個(gè)全世界范圍樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中注冊(cè)
EXTERNAL,EMBEDDED PDV	表示層上下文交換類(lèi)型
…String(除了BITSTRING、OCTETSTRING外)	各種字符串，有NumericString、PrintableString、VisibleStirng、ISO64String、IA5String、TeletexStirng、T61String、VideotexString、GraphicString、GeneralString、UniversalString、BMPString和UTF8String
CHARACTERSTRING	允許為字符串協(xié)商一個(gè)明確的字符表
UTCTime,GeneralizedTime	日期

組合類(lèi)型

類(lèi)型	含義
CHOICE	在類(lèi)型中選擇(相當(dāng)于C中的聯(lián)合)
SEQUENCE	由不同類(lèi)型的值組成一個(gè)有序的結(jié)構(gòu)(相當(dāng)于C中的結(jié)構(gòu)體)
SET	由不同類(lèi)型的值組成一個(gè)無(wú)序的結(jié)構(gòu)
SEQUENCEOF	由相同類(lèi)型的值組成一個(gè)有序的結(jié)構(gòu)(相當(dāng)于C中的數(shù)組)
SETOF	由相同類(lèi)型的值組成一個(gè)無(wú)序的結(jié)構(gòu)

2.類(lèi)型定義

<新類(lèi)型的名字>::= <類(lèi)型描述>

例：

Married ::= BOOLEAN

Age ::= INTEGER

Picture ::= BIT STRING

Form ::= SEQUENCE

{

name PrintableString,

age Age,

married Married,

marriage-certificate PictureOPTIONAL

}

Married類(lèi)型是一個(gè)基本類(lèi)型BOOLEAN，Form類(lèi)型是一組基本類(lèi)型的有序序列

注意：在SEQUENCE和SET等(好像應(yīng)該是所有組合類(lèi)型的)定義中，最后一個(gè)成員結(jié)尾沒(méi)有逗號(hào)“,”。

為了接收方能正確解碼，發(fā)送方為每個(gè)值的類(lèi)型附加一個(gè)數(shù)，稱(chēng)為tag，在描述中以“[]”標(biāo)識(shí)。缺省情況下，編碼器會(huì)使用universal的tag。在給合類(lèi)型中，為了明確各個(gè)成員，有必要指明每個(gè)成員的Tag：

Coordinates ::= SET

{

x [1] INTEGER, //這證明好像也可以用類(lèi)來(lái)直接聲明變量

y [2]INTEGER,

z [3]INTEGER OPTIONAL

}

Tag會(huì)在傳輸規(guī)則使用到，用于在比特流中指明數(shù)據(jù)的具體類(lèi)型。

為了準(zhǔn)確描述一個(gè)類(lèi)型，我們需要對(duì)值的集合進(jìn)行一定的限制。這用到子類(lèi)型約束，在類(lèi)型之后用圓括號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

如：

Lottery-number::= INTERGER(1..49)表示取1-49任一一個(gè)值

Lottery-draw ::=SEQUENCESIZE(6) OF Lottery-number指定了該SEQUENCE類(lèi)型由6個(gè)Lottery-number類(lèi)型有序組成。

Upper-case-words::= IA5String (FROM(“A”..”Z”))表示按ASCII取A-Z中任一一個(gè)，IA5String是ASCII字符串類(lèi)型

為了方便在新的版本中往現(xiàn)有類(lèi)型中添加新成員，可用“…”來(lái)標(biāo)記可能以后是其它類(lèi)型的地方：

Type ::= SEQUENCE

{

component1 INTERGER,

component2 BOOLEAN,

…

}

以后新的版本中，描述可能為：

Type ::= SEQUENCE

{

component1 INTERGER,

component2 BOOLEAN,

…,

[[component3REAL]], -- version 2

…

}

注意：新加入的類(lèi)型成員要嵌套在“[[]]”中,--version 2指定新版本號(hào)

3.值定義

<新的值的名字><該值的類(lèi)型> ::=<值描述>

其中：

<新的值的名字>是以小寫(xiě)字母開(kāi)頭的標(biāo)識(shí)符；

<該值的類(lèi)型>可以是一個(gè)類(lèi)型的名字，也可以是類(lèi)型描述；

<值描述>是基于整數(shù)、字符串、標(biāo)識(shí)符的組合。

如：

counter Lottery-number ::= 45

sextuple Lottery-draw ::= { 7, 12, 23, 31, 33, 41 }

4.信息對(duì)象類(lèi)和信息對(duì)象

<信息對(duì)象類(lèi)>::= CLASS <類(lèi)描述>

WITHSYNTAX <信息描述>

用于表達(dá)比注釋更為正式的一些信息

5.模塊定義

<模塊名字> DEFINITIONS <缺省Tag>::=

BEGIN

EXPORTS <導(dǎo)出描述>

IMPORTS <導(dǎo)入描述>

<模塊體描述>

END

一般協(xié)議由一個(gè)或者多個(gè)模塊組成，模塊用來(lái)收集數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義。

模塊名字必須以大寫(xiě)字母開(kāi)頭。模塊能以一種“全局指針”(UniversalPointer)的方式來(lái)引用，稱(chēng)為對(duì)象標(biāo)識(shí)符（ObjectIdentifier），用花括號(hào)標(biāo)識(shí)在名字之后。

如：

Module2 { isomember-body(2) f(250) type-org(1) ft(16)

asn1-book(9)chapter5(0) module2(1) }

DEFINITIONS AUTOMATICTAGS ::=

BEGIN

EXPORTS Type2;

IMPORTS Type1, valueFROM Module1 {iso member-body(2)

f(250) type-org(1)ft(16) asn1-book(9) chapter5(0) module1(0)};

Type2 ::= SEQUENCE OFChoice

Choice ::= CHOICE

{

a INTEGER (0..value),

b Type1

}

END

(1).AUTOMATICTAGS是指缺省Tag，說(shuō)明不關(guān)注模塊的Tag。

(2).IMPORTS聲明在其它模塊定義但在本模塊會(huì)用到的類(lèi)型或者值。

EXPORT聲明在本模塊之外可以訪問(wèn)的類(lèi)型或者值。

IMPORTS的語(yǔ)法為：

IMPORTS <名字>,value FROM <其它模塊的ObjectIdentifier >;

EXPORTS的語(yǔ)法為：

EXPORTS<名字>;

(3).對(duì)象標(biāo)識(shí)符(OBJECTIDENTIFIER,OID)類(lèi)型用層次的形式來(lái)表示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。標(biāo)識(shí)符樹(shù)通過(guò)一個(gè)點(diǎn)分的十進(jìn)制符號(hào)來(lái)定義，這個(gè)符號(hào)以組織，子部分然后是標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)型和各自的子標(biāo)識(shí)符開(kāi)始．

例如：MD5的OID是1.2.840.113549.2.5表示為"iso(1)member-body (2) US (840) rsadsi(113549) digestAlgorithm (2) md5 (5)",所以當(dāng)解碼程序看到這個(gè)OID時(shí),就知道是MD5散列。

OID在公鑰算法標(biāo)準(zhǔn)中很流行,它指出證書(shū)綁定了哪種散列算法。

OID在傳輸時(shí)編碼規(guī)則:

• 前兩部分如果定義為x.y,那么它們將合成一個(gè)字40*x+ y,其余部分單獨(dú)作為一個(gè)字節(jié)進(jìn)行編碼。

• 每個(gè)字首先被分割為最少數(shù)量的沒(méi)有頭零數(shù)字的7位數(shù)字.這些數(shù)字以big-endian格式進(jìn)行組織,并且一個(gè)接一個(gè)地組合成字節(jié).除了編碼的最后一個(gè)字節(jié)外,其他所有字節(jié)的最高位(位8)都為1。

MD5OID的編碼:

<1>.將1.2.840.113549.2.5轉(zhuǎn)換成字?jǐn)?shù)組{42,840, 113549, 2, 5}。

<2>.然后將每個(gè)字分割為帶有最高位的7位數(shù)字，{{0x},{0x86,0x48},{0x86,0xF7,0x0D},{0x02},{0x05}}。

<3>.最后完整的編碼為0x0608 86 48 7 0D 02 05?！?/span>

6.模塊和分配(Assignment)

(1).定義一個(gè)新類(lèi)型

TypeReference ::=CHOICE

{

integer INTEGER,

boolean BOOLEAN

}

(2).給類(lèi)型賦值

在ASN.1中給類(lèi)型賦的值不會(huì)被編碼(ASN.1語(yǔ)法只是一種語(yǔ)法規(guī)則用來(lái)描述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而不會(huì)被當(dāng)成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))，這種值常用作DEFAULT，上下界或者信息對(duì)象中。

value-referenceTypeReference ::= integer:12

如果兩個(gè)類(lèi)型在語(yǔ)法上是完全一樣的，則這兩種類(lèi)型的值可以相互賦值。如：

Pair::= SEQUENCE

{

x INTEGER,

y INTEGER

}

Couple::= SEQUENCE

{

x INTEGER,

y INTEGER

}

pairPair ::= {x 5, y 13}

coupleCouple ::= pair

(3).值集合

在語(yǔ)義上，一個(gè)值集合相當(dāng)于一個(gè)添加約束后的類(lèi)型。如：

PrimeNumbers INTEGER ::= {2 | 3 | 5 | 7 | 11 | 13}