ASN.1 语法・二

本篇是前一篇 X.690 规范的延续，主要说明如何解读 ASN.1 抽象语法

一般来说用于 ASN.1 编码的数据结构都会有一个用于描述其编码方式的声明结构，就像 C 语言里面声明一个结构体一样。如下所示是一个 X.509 证书的 ASN.1 声明：

Certificate  ::=  SEQUENCE  {
    tbsCertificate       TBSCertificate,
    signatureAlgorithm   AlgorithmIdentifier,
    signatureValue       BIT STRING  
}

TBSCertificate  ::=  SEQUENCE  {
    version         [0]  EXPLICIT Version DEFAULT v1,
    serialNumber         CertificateSerialNumber,
    signature            AlgorithmIdentifier,
    issuer               Name,
    validity             Validity,
    subject              Name,
    subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
    issuerUniqueID  [1]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
                         -- If present, version MUST be v2 or v3
    subjectUniqueID [2]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
                         -- If present, version MUST be v2 or v3
    extensions      [3]  EXPLICIT Extensions OPTIONAL
                         -- If present, version MUST be v3
}
Version  ::=  INTEGER  {  v1(0), v2(1), v3(2)  }

CertificateSerialNumber  ::=  INTEGER

Validity ::= SEQUENCE {
    notBefore      Time,
    notAfter       Time 
}

Time ::= CHOICE {
    utcTime        UTCTime,
    generalTime    GeneralizedTime 
}

UniqueIdentifier  ::=  BIT STRING

SubjectPublicKeyInfo  ::=  SEQUENCE  {
    algorithm            AlgorithmIdentifier,
    subjectPublicKey     BIT STRING  
}

Extensions  ::=  SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF Extension

Extension  ::=  SEQUENCE  {
    extnID      OBJECT IDENTIFIER,
    critical    BOOLEAN DEFAULT FALSE,
    extnValue   OCTET STRING
                -- contains the DER encoding of an ASN.1 value
                -- corresponding to the extension type identified
                -- by extnID
}   

那么上面这一段声明要如何解释呢？

ASN.1 抽象语法

ASN.1 的语法遵循的是巴科斯范式，这是一种形式化的语法表达式，用于描述一种形式体系，或者说抽象结构。巴科斯范式使用如下的定义表示结构：

::= 是左边被定义为右边的意思，比如姓名被定义为一个字符串 name ::= String
"word" 双引号引用的字符串表示字符串本身，" 使用 double_quote 表示，双引号外边的字符串均有语法含义
<> 尖括号包含的是必选项
[] 中括号包含的是可选项
{} 大括号包含的是可重复 0 至无数次的项
| 相当于 or ，表示左右两边任选一项

ASN.1 由两部分组成：一部分描述信息内数据，数据类型及序列格式；另一部分描述如何将各部分组成消息。如下面的例子：

User ::= SEQUENCE {
    id              OCTET STRING,
    name            OCTET STRING,
    phoneNumber     OCTET STRING,
    address         Address
}
Address ::= SEQUENCE {
    province    OCTET STRING,
    city        OCTET STRING,
    street      OCTET STRING
}

上述的例子中定义了一个 User 的结构体，它由 ASN.1 的 SEQUENCE 结构组成。该结构中包含 id， name，phoneNumber 三个字符串信息和 address 这个Address 信息。Address 又由 province，city，street 三个字符串信息组成的 SEQUENCE 结构定义。

抽象语法中的 Tag

上一遍 X.690 规范有说道 ASN.1 的 tag 具有很多的类型，那么这些类型是如何在抽象语法中体现的呢？在证书结构的定义中我们可以看到 issuerUniqueID [1] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL, 这样的数据结构，这里的 [1] ， IMPLICIT 和 OPTIONAL 代表什么呢？

Tag 一共有四种类型：universal，application，context-specific 和 private，这里不推荐使用 application 和 private 。

universal 中的 Tag 是 ASN.1 标准定义的，给每一种内建类型定义一个固定 tag 值，具体的 Tag 值可以参考 X.690 规范中的 ASN.1 原生类型表
application 唯一标识应用内的每一个类型，如：Order-number ::= [APPLICATION 0] NumericString 这里 Order-number 的二进制表示为 0100 0000，也就是 Tag Class 为 APPLICATION，TagNumber 为 0 ，假设 NumericString 是 Primitive 类型。

context-specific 的 Tag 只能出现在 SEQUENCE，SET 和 CHOICE 类型的组件中，如果这些结构类型本身也是另一个结构类型的组成，也可以递归的使用。只要不产生歧义，相同的 tag number可以在不同结构中反复使用。

  A-possible-type ::= SET 
  {
      integer [0] CHOICE {
          a       [0] INTEGER,
          b       [1] INTEGER 
      },
      boolean [1] CHOICE {
          a       [0] BOOLEAN,
          b       [1] BOOLEAN
      }
  }

如果没有明确的写明 Tag Class，那么默认为 Context-Specific。如 [0] 和 [CONTEXT-SPECIFIC 0] 是一样的。
注意上面的例子中，SET 嵌套了两个 CHOICE，同时两个CHOICE 中都有 a 和 b 两个元素，由于它们在 CHOICE 那一层做了 Tag Number 的区分，所以这里相同的 Tag Number 是允许的
Number ::= [0] INTEGER 二进制表示为 1000 0000， Tag Class 为 CONTEXT-SPECIFIC，TagNumber 为 0 ， INTEGER 是 Primitive 类型

private 在一家公司或一个国家内唯一标志一个类型，如 Number ::= [PRIVATE 0] INTEGER 二进制表示为 1100 0000， Tag Class 为 PRIVATE，TagNumber 为 0 ， INTEGER 是 Primitive 类型

IMPLICIT & EXPLICIT 模式

IMPLICIT

当一个 Tag 被声明为 IMPLICIT 时，编码的时候会用 IMPLICIT 前面的 Tag 替换 IMPLICIT 后面的 Tag。

Number ::= [0] IMPLICIT INTEGER
- 用于替换的 Tag 二进制表示为 1000 0000， Tag Class 为 CONTEXT-SPECIFIC，TagNumber 为 0 ， INTEGER 是 Primitive 类型
- 被替换的 Tag 二进制表示为 0000 0010， Tag Class 为 UNIVERSAL，TagNumber 为 2 ， INTEGER 是 Primitive 类型
Number ::= [0] IMPLICIT [1] INTEGER
- 用于替换的 Tag 二进制表示为 1000 0000， Tag Class 为 CONTEXT-SPECIFIC，TagNumber 为 0 ， INTEGER 是 Primitive 类型
- 被替换的 Tag 二进制表示为 1000 0001， Tag Class 为 CONTEXT-SPECIFIC，TagNumber 为 1 ， INTEGER 是 Primitive 类型

当复合类型 SEQUENCE，SET 被声明为 IMPLICIT 模式的时候，它的成员变量也默认为 IMPLICIT，除非明确的指明某个成员为 EXPLICIT 模式。如下面的例子中 ID 和 Name 都是 IMPLICIT 模式，Account 是 EXPLICIT 模式。

  User ::= [0] IMPLICIT SEQUENCE {
      ID      [0] OCTET STRING
      Name    [1] OCTET STRING
      Account [2] EXPLICIT OCTET STRING
  }

EXPLICIT

当一个 Tag 被声明为 EXPLICIT 时，编码的时候会使用 EXPLICIT 前面的 Tag 包裹 EXPLICIT 后面的 TLV 数据。

Number ::= [0] EXPLICIT INTEGER
- 这里假设 Number 的 Value 为 0x12345678
- EXPLICIT 后面的 TLV 编码为 020412345678，02 是 Tag，04 是 Value 的长度，12345678 是 Value 值
- Number 的完整编码为 8006020412345678，80 是新的 Tag，06 是 Value 的长度，020412345678 是包裹的 TLV
在默认情况下，没有指明是 EXPLICIT 还是 IMPLICIT 的时候，使用的是 EXPLICIT 模式。上面的例子可以简写为 Number ::= [0] INTEGER

对于 Tag Class 为 UNIVERSAL 的数据来说，没有 IMPLICT 和 EXPLICT 的区分，下面四种声明是一致的：

Number ::= EXPLICIT INTEGER
Number ::= IMPLICIT INTEGER
Number ::= [UNIVERSAL 2] IMPLICIT INTEGER
Number ::= INTEGER

ASN.1 抽象语法描述规则

ASN.1 抽象语法

抽象语法中的 Tag

IMPLICIT & EXPLICIT 模式

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