Alan's Blog

1. 什么是 ASN.1#

ASN.1 抽象语法标记（Abstract Syntax Notation One）：一种描述数据结构的标准（类似结构体的定义方式）。其定义了一种抽象语法，用于描述资料的结构，包括资料的类型、值范围、结构和命名。e.g.

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StudentCards DEFINITIONS AUTOMATIC TAGS ::= BEGIN
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StudentCard ::= SEQUENCE {
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    dateOfBirthday DATE,
5
    student StudentInfo
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}
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StudentInfo ::= SEQUENCE {
9
    studentName VisibleString (SIZE (3..50)),
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    homeAddress Address,
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    contactPhone NumericString (SIZE (7..12))
12
}
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Address::= SEQUENCE {
15
    street VisibleString (SIZE (5 .. 50)) OPTIONAL,
16
    city VisibleString (SIZE (2..30)),
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    state VisibleString (SIZE(2) ^ FROM ("A".."Z")),
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    zipCode NumericString (SIZE(5 | 9))
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}
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END

在上述的例子中，我们不难发现 ASN.1 与编程语言的 结构体（如 C 的 struct ） 有着许多相似之处。两者都用于描述复合数据类型的结构，即一个数据结构应由哪些字段组成，每个字段的数据类型、顺序、以及可能的长度和用途。

2. ASN.1 的编码格式#

DER 则是 ASN.1 的一种实现，是一种将 ASN.1 结构编码为二进制的方式（编码规则）。 即 ASN.1 定义“长什么样”，DER/BER 基于 TLV 格式定义把它“怎么存”。

DER、PEM 等是 ASN.1 编码后的“序列化格式”。区别是：

• DER 是以 二进制 编码表示 ASN.1
• PEM 是以 base64 编码表示 ASN.1

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ASN.1（抽象结构定义）
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    ↓ 编码为 TLV
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DER / BER / CER（编码规则，序列化为二进制）
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    ↓ Base64 + 标头/尾
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PEM（适合文本传输的表示方式）

证书的文件扩展名可以是很多种，如

• .crt、.cer 它们均取自证书 Certificate 的缩写，内容通常是 X.509 公钥证书，其编码格式可以是二进制的 .der 也可以是 base64 的 .pem。
• .der 和 .pem 则是直接表名了该证书文件是以什么编码格式编码的。
• .key 通常表示 RSA 或 EC 私钥。

3. TLV#

TLV 是解析 ASN.1 编码（如 DER）时的核心概念之一，ASN.1 的编码实现也是基于 TLV 的。

TLV 由三个部分组成 Tag 标识数据类型、Length 长度、Value 真实的数据内容。

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10000010 00000001 00111001 ...

1
82 01 39 ...

1
304502206483816d342350b68a425f9a4e9490dd049764b4af5056d39548d06abfe9075302210093bba6b3e0090483c53340394ff77f22a37f08f11b8c84f16c1f796fe2140611

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30 45
2
02206483816d342350b68a425f9a4e9490dd049764b4af5056d39548d06abfe9075302210093bba6b3e0090483c53340394ff77f22a37f08f11b8c84f16c1f796fe2140611

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30 45
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    02 20
3
        6483816d342350b68a425f9a4e9490dd049764b4af5056d39548d06abfe90753
4
    02 21
5
        0093bba6b3e0090483c53340394ff77f22a37f08f11b8c84f16c1f796fe2140611

4. X.509#

X.509 是一套 数字证书的国际标准，它定义了证书应有哪些字段、每个字段的格式要求（比如 subject、issuer、public key、有效期等）。

或许你也会有一样的困惑，认为 X.509、ASN.1 、DER、TLV 设计的很繁琐冗余，为什么不能直接用 X.509 套上 TLV，下面就让我们来简单说说。

1. 当定义好证书该具备哪些字段后，会发现没有约束这些信息的 顺序，没有一套标准的解析顺序则会导致人们不知道这些字段应该什么格式、什么时候出现的。
2. 当使用 ASN.1 约束好信息的顺序后，我们会发现我们定义的证书机构的名字可能是以 ASCII 编码的一串字符串，签名值又可能是一串 hex 编码的字符串，我们又缺失一套将不同编码格式的字段转为二进制的规定。
3. 接着，我们使用了 DER 等规定，将不同编码的数据按照约定好的方式转换成二进制进行传输，最终这些证书终于可以正常传输被大家正常解析了，
4. 但是很快我们发现，代码按照预设的处理逻辑可以很快地识别出这是什么数据、要如何分析这些数据，但是肉眼却很难直观的识别。最终，我们想到了将 DER 再转换成 BASE64 并附上 提示符 （如 -----BEGIN CERTIFICATE-----）以便识别。

5. openssl 库的使用#

除了在线的分析网站，如ASN.1 JavaScript decoder，pkitools-asn1之外，openssl 库自身就带 ASN.1 结构数据的解析功能。

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openssl asn1parse -in cert.der -inform DER

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# PEM → DER
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openssl x509 -in cert.pem -outform der -out cert.der
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# DER → PEM
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openssl x509 -in cert.der -inform der -out cert.pem

6. 参考#

1. microsoft about-sequence
2. 密码学系列之.1接口描述语言详解