密码学的基础:X.690和对应的BER CER DER编码
简介
之前我们讲到了优秀的数据描述语言ASN.1,很多协议标准都是使用ASN.1来进行描述的。对于ASN.1来说,只定义了数据的描述是不够的,它还规定了消息是如何被编码的,从而可以在不同的机器中进行通讯。
ASN.1支持一系列的编码规则,比如BER,DER,CER等。而X.690就是一个ITU-T的标准,它里面包含了一些对ASN.1进行编码的规则。
有人要问了,那么什么是ITU-T呢?
ITU-T的全称是International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector,也就是国际电联电信标准化部门,主要用来协调电信和信息通信技术标准。
X.690主要包含了Basic Encoding Rules (BER),Canonical Encoding Rules (CER)和Distinguished Encoding Rules (DER)这三种编码规则。
接下来,我们来看下这些编码规则的实现细节。
BER编码
BER的全称是Basic Encoding Rules,它是最早的编码规则,使用Tag-Length-Value(TLV)的格式对所有信息进行编码。
在BER中,每个数据元素都被编码为类型标识符、长度描述、实际数据元素,以及可选的内容结束标记,如下所示:
类型标识符 | 长度 | 实际数据 | 内容结束标记 |
---|---|---|---|
Type | Length | Value | 只用在不确定长度的情况 |
类型标识符
ASN.1的类型有下面几种,下表列出了ASN.1中类型和对应的十进制的关系:
type名称 | 基础类型还是组合类型 | Number(十进制) |
---|---|---|
End-of-Content (EOC) | 基础类型 | 0 |
BOOLEAN | 基础类型 | 1 |
INTEGER | 基础类型 | 2 |
BIT STRING | 两者皆可 | 3 |
OCTET STRING | 两者皆可 | 4 |
NULL | 基础类型 | 5 |
OBJECT IDENTIFIER | 基础类型 | 6 |
Object Descriptor | 两者皆可 | 7 |
EXTERNAL | 组合类型 | 8 |
REAL (float) | 基础类型 | 9 |
ENUMERATED | 基础类型 | 10 |
EMBEDDED PDV | 组合类型 | 11 |
UTF8String | 两者皆可 | 12 |
RELATIVE-OID | 基础类型 | 13 |
TIME | 基础类型 | 14 |
Reserved | 15 | |
SEQUENCE and SEQUENCE OF | 组合类型 | 16 |
SET and SET OF | 组合类型 | 17 |
NumericString | 两者皆可 | 18 |
PrintableString | 两者皆可 | 19 |
T61String | 两者皆可 | 20 |
VideotexString | 两者皆可 | 21 |
IA5String | 两者皆可 | 22 |
UTCTime | 两者皆可 | 23 |
GeneralizedTime | 两者皆可 | 24 |
GraphicString | 两者皆可 | 25 |
VisibleString | 两者皆可 | 26 |
GeneralString | 两者皆可 | 27 |
UniversalString | 两者皆可 | 28 |
CHARACTER STRING | 组合类型 | 29 |
BMPString | 组合类型 | 30 |
DATE | 基础类型 | 31 |
TIME-OF-DAY | 基础类型 | 32 |
DATE-TIME | 基础类型 | 33 |
DURATION | 基础类型 | 34 |
OID-IRI | 基础类型 | 35 |
RELATIVE-OID-IRI | 基础类型 | 36 |
ASN.1都是以字节为单位的,一个字节是8bits,其中7-8bits表示的是Tag class。2个bits可以表示4种class,如下:
class | value | 描述 |
---|---|---|
Universal | 0 | ASN.1的native类型 |
Application | 1 | 该类型仅对一种特定应用程序有效 |
Context-specific | 2 | 这种类型依赖于context |
Private | 3 |
还剩下5个bits,可以表示32个不同的值,但是对于ASN.1来说,它的类型是超出32范围的,所以这5个bits只用来表示0-30的值的范围。如下所示:
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【密码学的基础:X.690和对应的BER CER DER编码】如果想要表示超出30范围的值,那么可以使用两个byte,如下:
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前面一个byte的1-5bits全部用1表示,后面一个byte的第8bit用1表示,剩下的7个bits用来表示真实的值。
长度
type编码之后就是length编码,length编码有两种格式,一种是确定长度的length,一种是不确定长度的length。
如果数据的长度是可预见的,那么我们就可以使用确定长度的编码形式,如果长度是不确定的,那么就可以使用不确定长度的编码形式。
我们看下不同类型的长度编码形式:
文章图片
首先,如果是确定长度,并且长度比较短的情况下,那么在8bit位设置为0,剩下的7个bits可以表示0-127范围的长度情况。
如果长度超过了127,那么可以在8bit设置为1,并且剩下的7个bits表示的是后面存储长度的byte个数,byte个数的范围是(1-126)。
如果是非固定长度,那么在8bit位设置为1,剩下的7bits设置为0。
所有bits都设置为1的是保留值。
在非固定长度的情况下,如果内容结束之后,需要额外附加一个byte表示的End-of-Contents,用来表示非固定长度编码已经结束了。
内容
Contents是跟在长度后面的byte字段,Contents的长度可以为0,表示没有Contents内容。
总体来看BER编码,通过类型+长度+具体的内容字段来组成的。
CER编码和DER编码 CER的全称是Canonical Encoding Rules, DER的全称是Distinguished Encoding Rules,这两个编码都是从BER衍生过来的,他们都是BER的变体。
为什么会有这两个变体呢?首先考虑一下BER的定义,BER是Basic Encoding Rules,它是一个非常基础的编码规则,在很多情况下并没有提供具体的编码实现规则,所以需要具体的实现者自行对基础协议进行扩展。
那么对应的,如果一个实现者声明自己是支持BER编码协议的,那么就意味着这个实现者需要支持所有BER可能的变体编码规则。
BER为我们提供了一个基础标准,它的可扩展性很强,虽然我们在架构或者系统应用中经常提到可扩展性,但是在某些情况下,可变性和可扩展性并不是我们所希望的。比如在密码学中,我们希望编码规则的是固定的。这样的情况就需要用到CER和DER编码。
CER和DER编码都是BER的扩展,他们和BER相比,只规定了一种具体的编码规则,所以他们的确定性更强。
CER和DER相比,CER使用的是不确定长度的格式,而DER使用的是确定长度的格式。这就是说DER中始终包含了前导的长度信息,而CER则是是用一个字节的内容结束符来表示编码的结束。
另外,在DER中,Bit string, octet string 和受限的字符串必须使用基础类型,不能使用组合类型。
DER被广泛使用在数字证书中,比如X.509。
总结 以上就是X.690和对应的BER CER DER编码详解,看完本篇文章,你又多会了一门语言,oh yeah!
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