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ASN.1:
高級數(shù)據(jù)描述語言，描述數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)、組織及編碼方法。包含語法符號和編碼規(guī)則兩大部分。SNMP使用ASN.1描述協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)和管理對象信息庫（MIB）;
BER:
是 ASN.1中的基本編碼規(guī)則。描述具體的ASN.1對象如何編碼成比特流在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。SNMP使用BER作為編碼方案，數(shù)據(jù)首先經(jīng)過BER編碼，再 經(jīng)由傳輸層協(xié)議（一般是UDP）發(fā)送往接收方。接收方在SNMP端口收到PDU后，經(jīng)過BER解碼后，得到具體的SNMP操作數(shù)據(jù)。
SMI
是SNMP的描述方法。ASN.1功能很強(qiáng)大，但SNMP只用到其中一小部分，為了方便使用，對這部分內(nèi)容做了描述，限定了范圍，這就是SMI。SMI由ASN.1的一個(gè)子集合和一部分自定義的類型、宏等組成。SMI是ASN.1的一個(gè)子集和超集。
MIB：
使用SMI中定義的類型和ASN.1中的基本類型進(jìn)行對象描述，是一個(gè)使用SMI描述的管理信息庫。每一類關(guān)心的事件都有一組MIB，比如網(wǎng)絡(luò)接口有一棵MIB樹，TCP有一棵MIB樹，UDP也有一棵狀態(tài)樹。定義了數(shù)據(jù)格式、類型、順序、意義等；
PDU
是網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)包，SNMP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。每一種SNMP操作物理上都對應(yīng)一個(gè)PDU。PDU是基本的通信格式，使用ASN.1描述，使用BER編碼，通過傳書層協(xié)議傳送；
１．什么是ASN.1（抽象語法記法一)?
ASN.1是ITU-T的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集，它用來編碼及表示通用數(shù)據(jù)類型，這些數(shù)據(jù)類型有可打印串值，八位位組串值，位串值，整數(shù)值以及用可移值方式組合而成 的其他類型序列值．簡單的說，ASN.1指定了以何種方式對非平凡的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行編碼，以便其他任何平臺及第三方工具都能夠解釋其內(nèi)容．比如，字母a在一 些平臺以ASCII編碼為十進(jìn)制數(shù)值97,而在其他非ASCII平臺上，可能會是另外的編碼．而ASN.1指定了一種編碼方式，在任何平臺上，字母a的編 碼都是統(tǒng)一的．
２．ASN.1語法．
ASN.1語法遵循傳統(tǒng)的巴科斯范式BNF風(fēng)格．最基本的表達(dá)式如： Name ::= type . 表示為定義某個(gè)名稱為Name的元素，它的類型為type． 例如： MyName ::= IA5String . 表示為定義了一個(gè)名為MyName的元素或變量，其類型為ASN.1類型IA5String (類似于ASCII字符串).
２．１ ASN.1顯式值(Explict Value)．
有些時(shí)候，我們需要定義一種ASN.1類型，它的子集元素包含預(yù)定義值． Name ::= type (Explict Value) . 顯式值(Explict Value)．必須是ASN.1類型允許選擇的值，而且也必須是元素所允許的值．例： MyName ::= IA5String (Tom) 表示MyName是字符串Tom的IA5String編碼． 又例如： MyName ::= IA5String(Tom|Joe) 表示字符串的值既可以是Tom, 也可以是Joe.
這種語法的使用是為了擴(kuò)展確定的解碼器．例：
PublicKey ::= SEQUENCE {
KeyType BOOLEAN(0),
Modulus INTEGER,
PubExponent INTEGER
}
PrivateKey ::= SEQUENCE {
KeyType BOOLEAN(1)
Modulus INTEGER,
PubExponent INTEGER,
PrivateExponent INTEGER
}
２．２ ASN.1容器(container)
容器是值一個(gè)包含了其他相同或者不同類型元素的數(shù)據(jù)類型（例如序列值SEQUENCE或集合值SET類型）．目的是為了組合一些復(fù) 雜的數(shù)據(jù)類型集．ASN.1規(guī)范定義了4種容器類型：序列，單一序列(SEQUENCE OF)，集合和單一集合(SET OF)．雖然它們意義不同，但是語法是一樣的．
Name ::= Container {Name Type [ Name Type...]} 方括號中的內(nèi)容和容器的元素個(gè)數(shù)都是可選項(xiàng)．還可以進(jìn)行嵌套定義．
例：
UserRecord ::= SEQUENCE {
Name SEQUENCE {
First IA5String,
Last IA5String
},
DoB UTCTIME
}
將其粗略的翻譯成Ｃ語言中的結(jié)構(gòu)如下：
struct UserRecord {
struct Name {
char *First,
char *Last
};
time_t DoB;
}
將其粗略的翻譯成Object Pascal語言中的記錄如下（Object Pascal不支持嵌套記錄):
Type
Name = record
First : String;
Last : String;
end;
UserRecord = record
aName : Name;
DoB : DateTime;
end;
２．３ASN.1修改器
ASN.1定義了各種修改器，如可選(OPTIONAL),默認(rèn)(DEFAULT),和選擇(CHOICE). 他們可以改變表達(dá)式的聲明．典型地用于定義一種要求編碼靈活，而定義又不繁瑣的類型．
＜１＞．可選(OPTIONAL)。顧名思義，其表示改變一個(gè)元素以便在編碼時(shí)它的類型是可選擇的．即編碼器可以忽略這個(gè)元素，解碼器不能假設(shè)它將出現(xiàn)．但當(dāng)鄰接的兩個(gè)元素具有相同的類型時(shí)，會給解碼器帶來一些問題．
定義： Name ::= Type OPTIONAL
例如：
Float ::= SEQUENCE {
Exponent INTEGER OPTIONAL,
Mantissa INTEGER,
Sign BOOLEAN
}
當(dāng)解碼器讀取這個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，在它看來第一個(gè)整數(shù)(INTEGER)可能是Exponent,也有可能認(rèn)為是Mantissa． 一般建議不使用這種方式定義結(jié)構(gòu)．
＜２＞．默認(rèn)(DEFAULT)．默認(rèn)修改器允許容器包含默認(rèn)值．如果待編碼的數(shù)據(jù)值等同于它的默認(rèn)值，那么它將在發(fā)送的數(shù)據(jù)流中被忽略．例如：
Command ::= SEQUENCE {
Token IA5String(NOP) DEFAULT,
Parameter INTEGER
}
如果編碼器把Token看成是代表字符串NOP,那么序列將按照定義的那樣編碼為：
Command ::= SEQUENCE {
Parameter INTEGER
}
＜３＞．選擇(CHOICE). 選擇修改器允許一個(gè)元素在給定的實(shí)例中可以有多個(gè)可能值．實(shí)質(zhì)上說，解碼器將嘗試所有期望的解碼算法，直到有一個(gè)類型符合為止．當(dāng)一個(gè)復(fù)雜的容器中包含其他容器時(shí)，時(shí)候選擇器就十分有用了．例如：
UserKey ::= SEQUENCE {
Name IA5String,
StartDate UTCTIME,
Expire UTCTIME,
KeyData CHOICE {
ECCKey ECCKeyType,
RSAKey RSAKeyType
}
}
上例簡單的允許ＥＣＣ也允許ＲＳＡ密鑰的公鑰證書．
３．ASN.1數(shù)據(jù)類型
ASN.1針對廣泛的應(yīng)用定義了多種數(shù)據(jù)類型，我們這里只討論跟密碼學(xué)應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)類型．我們將討論如下數(shù)據(jù)類型：
-
-
- 布爾型 (Boolean);
- 八位位組串 (OCTET String);
- 位串 (BIT String);
- IA5String;
- 可打印字符串 (PrintableString);
- 整數(shù) (INTEGER);
- 對象標(biāo)識符 (OBJECT Identifier, OID);
- 世界協(xié)調(diào)時(shí) (UTCTIME);
- 空 (NULL);
- 序列，單一序列;
- 集合;
- 單一集合;
任何ASN.1編碼都是以兩個(gè)字節(jié)開始（或者八位位組，含有８個(gè)二進(jìn)制位），不管什么類型，它們都是通用的．第一個(gè)字節(jié)是類型標(biāo)識符，也包含一些修正位；第二各字節(jié)是長度．
3.1 ASN.1頭字節(jié)
頭字節(jié)(hearder byte)位于ASN.1編碼的開始，由3部分組成。如下圖：
<1>. 類別位。
類別位(classification bits)由兩位表示，用來描述數(shù)據(jù)將要解釋的上下文。
| 位8 |
位7 |
類別 |
| 0 |
0 |
通用(Universal) |
| 0 |
1 |
應(yīng)用(Application) |
| 1 |
0 |
上下文特定(Context Specific) |
| 1 |
1 |
專用(Private) |
所有的類型中，通用類別最常用。
<2>. 結(jié)構(gòu)化位。
結(jié)構(gòu)化位(constructed bit)表示一個(gè)給定的編碼是否是相同類型的多種編碼的結(jié)構(gòu)化。結(jié)構(gòu)化元素是容器類型必需的，因?yàn)樵谶壿嬌希鼈冎皇瞧渌氐募稀?/p>
結(jié)構(gòu)化元素有自己的頭字節(jié)和長度字節(jié)，之后是元素各個(gè)要素組件的單獨(dú)編碼。也就是說，這些要素組件是獨(dú)立地可解碼ASN.1數(shù)據(jù)類型。
嚴(yán)格的說，容器類是唯一允許使用結(jié)構(gòu)化位的數(shù)據(jù)類型。這是因?yàn)閷τ谄渌麛?shù)據(jù)類型，給定內(nèi)容，只允許一種編碼。所以其他所有數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)化位都為0。
<3>. 原始類型。
ASN.1頭字節(jié)的低5位定義了32種ASN.1的原始類型(primitive type)
| 代碼 |
ASN.1類型 |
作用 |
| 1 |
布爾型 |
儲存布爾值 |
| 2 |
整數(shù) |
儲存大整數(shù) |
| 3 |
位串 |
存儲位數(shù)組 |
| 4 |
八位位串 |
存儲字節(jié)數(shù)組 |
| 5 |
空 |
預(yù)留位（例如在選擇修改器中） |
| 6 |
對象標(biāo)識符 |
標(biāo)識算法及協(xié)議 |
| 16 |
序列和單一序列 |
未分類元素的容器 |
| 17 |
集合和單一集合 |
已分類元素的容器 |
| 19 |
可打印字符串 |
ASCII編碼（忽略一些不可打印字符） |
| 22 |
IA5String |
ASCII編碼 |
| 23 |
世界協(xié)調(diào)時(shí) |
以統(tǒng)一格式表示的時(shí)間 |
3.2 ASN.1長度編碼
根據(jù)編碼的實(shí)際長度，ASN.1定義了兩種長度編碼(length encoding)方法，長編碼和短編碼。
編碼字節(jié)的最高位代表的是短編碼還是長編碼；而低7位則形成一個(gè)長度立即數(shù)。
<1>. 短編碼。
在短編碼中，負(fù)載的長度必須小于128字節(jié)。長度立即數(shù)用來表示負(fù)載的長度。例如，對于一個(gè)長度為65 (0x41)的負(fù)載進(jìn)行編碼，其長度編碼字節(jié)只需簡單的設(shè)置為0x41即可。因?yàn)槠渥罡呶皇?,則編碼器可以判斷出這是短編碼，而且長度是65。
<2>. 長編碼。
在長編碼中，定義了附加的抽象數(shù)據(jù)來對長度進(jìn)行編碼，它僅適用于所有長度為128字節(jié)或以上的負(fù)載。在這種模式下，長度立即數(shù)存儲的是為了表示負(fù)載長度所 需的字節(jié)數(shù)。這個(gè)長度必須以big-endian格式進(jìn)行編碼。（其實(shí)big endian是指低地址存放最高有效字節(jié)（MSB），而little endian則是低地址存放最低有效字節(jié)（LSB）。）。
例如，為一個(gè)長度為47310 (0xB8CE)的負(fù)載進(jìn)行編碼，因?yàn)樗拈L度大于127, 所以要采用長編碼方式。實(shí)際的長度需要兩個(gè)字節(jié)來表示。則，長度編碼字節(jié)為0x82; 然后用big-endian格式存儲的長度值為0xB8 0xCE。則全部長度編碼為 0x82 B8 CE。
3.3 ASN.1布爾類型
布爾編碼的負(fù)載或者是全0或者是全1的八位位組。頭字節(jié)以0x01開始，長度編碼字節(jié)為0x01,負(fù)載內(nèi)容取決于布爾值的取值。
| 布爾值 |
編碼 |
| False |
0x01 01 00 |
| True |
0x01 01 FF |
3.4 ASN.1整數(shù)類型
整數(shù)類型表示一個(gè)有符號的任意精度的標(biāo)量，它的編碼是可移植，平臺無關(guān)的。
正整數(shù)的編碼比較簡單。每個(gè)字節(jié)表示的最大整數(shù)是255 (0xFF), 存儲的實(shí)際數(shù)值分成字節(jié)大小的數(shù)字，并且以big-endian格式存儲。例如：
八位位組{Xk, Xk-1,...., X0}將以遞減的順序從Xk到X0進(jìn)行存儲．編碼規(guī)定正整數(shù)的第一個(gè)字節(jié)的最高位必須是0,即Xk的最高為必須是0，為1的話則為負(fù)數(shù)．例如： x = 49468= 193 * 256 + 60 = 0xC1 * 0x FF + 0x3C; 即X1=0xC1, X0 = 0x3C. 按正常規(guī)定，編碼應(yīng)該是 0x02 02 C1 3C, 但是X1的最高位是1, 應(yīng)該被看成負(fù)數(shù)．最簡單的方法是用前端零字節(jié)進(jìn)行填充．編碼變?yōu)?0x02 02 00 C1 3C．
負(fù)整數(shù)的編碼有些復(fù)雜．要先找到一個(gè)最小的256的冪，使它比要編碼的負(fù)數(shù)的絕對值還要大．例如：x = - 1555; 被1555大的256的最小的冪是256^2 = 65536; 然后將這個(gè)數(shù)跟負(fù)數(shù)相加以得到2的補(bǔ)碼． 65536 + (-1555) = 63981 = 0xF9 * 0xFF + 0x ED. 則編碼為 0x02 02 F9 ED.
以下是一些常用整數(shù)編碼的例子．
| 值 |
編碼 |
| 0 |
0x02 01 00 |
| 1 |
0x02 01 01 |
| 2 |
0x02 01 02 |
| 127 |
0x02 01 7F |
| 128 |
0x02 02 00 80 |
| -1 |
0x02 01 FF |
| -128 |
0x02 01 80 |
| -32768 |
0x02 02 80 00 |
| 1234567890 |
0x02 04 49 96 02 D2 |
3.5 ANS.1位串類型
位串(BIT STRING)類型以可移植形式表示位數(shù)組．除了ASN.1頭部兩個(gè)字節(jié)之外，還有一個(gè)附加的頭部用來表示填充數(shù)據(jù)(通常是一個(gè)字節(jié),因?yàn)樘畛涫菫榱诵纬?一個(gè)完整的字節(jié))．編碼規(guī)則：位串的第一位放到第一個(gè)負(fù)載字節(jié)的第8位；位串的第二位放到第一個(gè)負(fù)載字節(jié)的第7位; 依此類推．填充滿第一個(gè)負(fù)載字節(jié)，就繼續(xù)填充第二個(gè)負(fù)載字節(jié)．如果最后一個(gè)負(fù)載字節(jié)未被填充滿，空的位用0來填充, 0的個(gè)數(shù)存放到頭部用來表示填充數(shù)據(jù)的那個(gè)字節(jié)里．
下面舉例說明：
有一個(gè)位串{1,0,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1}，開始填充負(fù)載字節(jié)．第一個(gè)字節(jié)填充后為10001110 = 0x 8E; 第二個(gè)字節(jié)填充后為10010000 = 0x90, 低位4個(gè)0為填充的空位．則，負(fù)載為2個(gè)字節(jié)加上表示填充0個(gè)數(shù)的一個(gè)字節(jié)0x04總共3個(gè)字節(jié)．則完整的編碼為：0x03 03 04 8E 90.
解碼器通過計(jì)算8 * 負(fù)載長度 - 填充數(shù) 來得到存儲輸出所需要的位數(shù)．
3.6 ASN.1八位位組串類型
八位位組串(OCTET STRING)是保存字節(jié)數(shù)組，它和位串類型(BIT STRING)很相似．這種編碼非常簡單，像其他類型一樣對頭部進(jìn)行編碼，然后直接將八位位組復(fù)制過去即可．例如：對{FE, ED, 6A, B4}編碼；首先存儲類型0x04, 接著是長度0x04,然后是字節(jié)本身0xFE ED 6A B4; 完整的編碼為 0x04 04 FE ED 6A B4.
3.7 空類型
空(NULL)類型實(shí)際上是"占位符", 它是含有空白選項(xiàng)的選擇修改器所特有．例如：
MyAccount ::= SEQUENCE {
Name IA5String,
Group IA5String,
Credentials CHOICE{
rsaKey RSAPublicKey,
passwdHash OCTET STRING,
none NULL
}
}
在上面這個(gè)結(jié)構(gòu)中，帳號的證書應(yīng)該包含一個(gè)RSA密鑰或一個(gè)密碼散列值或什么都沒有．
空類型的編碼是 0x05 00.
3.8 ASN.1 對象標(biāo)識符類型
對象標(biāo)識符(OBJECT IDENTIFIER, OID)類型用層次的形式來表示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范．標(biāo)識符樹通過一個(gè)點(diǎn)分的十進(jìn)制符號來定義，這個(gè)符號以組織，子部分然后是標(biāo)準(zhǔn)的類型和各自的子標(biāo)識符開始．
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,它指出證書綁定了哪種散列算法. 同樣,也有公鑰算法,分組算法,和操作模式的OID. 它們是一種高效且可移植的表示數(shù)據(jù)包中所選算法的形式.
對OID的編碼規(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.
舉例: 30331 = 1 * 128^2 + 108 * 128 + 123 分割成7位數(shù)字(0x80)后為{1,108,123}設(shè)置最高位后變成{129,236,123}.如果該字只有一個(gè)7位數(shù)字,那么最高為0.
MD5 OID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，{{0x2A},{0x86,0x48},{0x86,0xF7,0x0D},{0x02},{0x05}}.
3. 最后完整的編碼為 0x06 08 2A 86 48 86 F7 0D 02 05.
3.9 ASN.1序列和集合類型
序列(SEQUENCE)和單一序列(SEQUENCE OF)以及相應(yīng)的集合(SET)和單一集合(SET OF)類型叫做"結(jié)構(gòu)"類型或簡單容器．它們是一種用來把相關(guān)數(shù)據(jù)元素收集為一個(gè)獨(dú)立的可解碼元素的簡單方法．
序列編碼有以下性質(zhì)：
1. 編碼是結(jié)構(gòu)化的．即頭字節(jié)的位6必須設(shè)置．
2. 編碼的內(nèi)容是由ASN.1序列類型定義列表中的所有數(shù)據(jù)類型值的完全編碼所組成，并且按照它們出現(xiàn)的順序進(jìn)行編碼，除非這些類型被可選(OPTIONAL)或默認(rèn)(DEFAULT)關(guān)鍵字所引用．
例：考慮如下序列
User ::== SEQUENCE{
ID INTEGER,
Active BOOLEAN
}
當(dāng)取值為{32,TRUE}時(shí)，編碼為 0x 30 06 02 01 20 01 01 FF} 在ASN.1文檔里，使用空格來表示編碼的屬性．
0x30 06
02 01 20
01 01 FF
3.10 ASN.1可打印字符串和IA5String類型
可打印字符串(PrintableString)和IA5String類型定義了一種獨(dú)立于本地代碼頁和字符集定義，在任何平臺上都可以將ASCII字符串編碼為可讀字符串的可移植方法．
可打印字符串對象是ASCII集合的一個(gè)有限子集，這個(gè)子集包括32,39,40~41,43~58,61,63以及65~122.
IA5String類型的編碼對象是ASCII集合中的大多數(shù)．包括NULL,BEL,TAB,NL,LF,CR以及32~126.
可打印字符串和IA5String的編碼和八位位組串相似．可打印字符串的頭字節(jié)是0x13, IA5String的是0x16. 例如："Hello World"的編碼為0x13 0B 48 65 6D 6D 6F 20 57 6F 72 6D 64.
3.11 ASN.1世界協(xié)調(diào)時(shí)類型
世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTCTIME)定義了一種相對GMT時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(以日期)編碼.它使用"YYMMDDHHMMSSZ"的格式分別表示年,月,日,時(shí), 分,秒. 其中"Z"是遺留自初始的UTCTIME. 如果沒有"Z",就允許兩種附加組"[+/-]hh 'mm'",其中"hh"和"mm"分別為與GMT的時(shí)差和分差. 如果有"Z",則時(shí)間是以Zulu或GMT時(shí)間表示.
字符串的編碼按照IA5String編碼規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)換(ASCII字符集),其頭字節(jié)為0x17而不是0x16. 例如:
July 4,2003 at 11:33 and 28 seconds編碼為"030704113328Z", 再編碼0x17 0D 30 33 30 37 30 34 31 31 33 33 32 38 5A.