ASN.1 常用类型编码详解入门

编码结构

下面说明的均为primitive类型，constructed类型不做讨论。

BER – Basic encoding rules 基础编码规则

组成部分：

标识符（Identifier）
长度（Length）
内容（Contents）

编码结构如下图所示：
组成部分

标识符 Identifier

标识符就是表示这个数据结构的类型。

标识符占用 1 字节（byte）

标识符结构如下：

标识符字节各位（bit）详解：

第8 - 7位表示这个标签的类别。类别如Table 1所示，一般情况下使用Universal类型，就是00。
第6位
- 0 表示primitive标签类型：基本数据类型(不可拆分)
- 1 表示constructed标签类型：复合数据类型(可拆分)
第5 - 1位表示为一个无符号数字，这个数字为这个标签的类型数字。这个数字的最高有效为第5位。

标签类型

此处所描述的结构只适用于类型小于30种的定义，如果类型超过30就需要使用 high tag number方式的数据结构，此处不做描述。

长度 Length

长度就是表示Contents字节数量。

长度的结构有两种构成方式，按照Content实际的长度（字节数量）来划分：

短形式，Contents长度小于等于（<=） 127。
长形式，Contents长度大于（>） 127。

短形式

Contents长度小于等于（<=） 127

长度占用 1 字节（byte）

短形式结构

短形式字节各位（bit）详解：

第8位固定值0。
第7 - 1位表示一个无符号数字，表示Contents中字节数量，其中最高有效位为第7位。（该数字可能为0）

示例：

Length = 38 二进制编码为 0010 0110

长形式

Contents长度大于 127。

长形式的长度由一个或多个子字节构成。
在这里插入图片描述

长形式详解：

第1子字节
- 第8位固定值1。
- 第7 - 1 位表示一个无符号数字，表示长度的子字节的数量，其中最高有效位为第7位。
- 第一个字节不允许出现 1111 1111的情况。
第1子字节之后的字节，表示一个无符号数字，表示Contents中字节数量，其中最高有效位为第1子字节之后的第一个字节的第8 位。

示例：

Length = 201 二进制编码为

1000 0001
1100 1001

内容 Contents

Contents表就是这个数据结构所要表示的值。它由0到多个字节构成，内容的值应该按照对应类型进行对应的编码。

基本类型

布尔类型 BOOLEAN

标识符为：0x01

固定长度：1 （字节）

FALSE - 单字节中所有位为0，0x00。

TRUE - 单字节中所有位为1，0xFF。

示例：

TRUE的布尔值编码为：
TRUE的布尔值编码

整形 INTEGER

标识符为：0x02

整形类型的Contents由0到多个字节构成。

如果整形的值（Contents中的内容）编码数量超过一个字节，那么值的第1个字节（byte）和第二个字节的第8位（bit）应该是下面情况：

两者都不应全为1。
两者都不应全为0。

整形类型的Contents中的字节因为所表示数字的二进制补码表示。

正数的补码：等于本身。

如： 1 - 0000 0001 的补码为 0000 0001

负数的补码：符号位不变，其它位按位取反，最后再加1。

如： -1 - 1000 0001 的补码为 1111 1111

示例

-1 可以表示为：

128 可以表示为：
128

如果数字的第1bit为1，通常会在编码前补上一个0字节(byte)，也就是0x00，例如：数字128的编码如下：

Integer value	BER encoding
0	`02 01 00`
127	`02 01 7F`
128	`02 02 00 80`
256	`02 02 01 00`
-128	`02 01 80`
-129	`02 02 FF 7F`

实数 REAL

标识符为：0x09

如果实数为0，那么这个标签不含有Contents部分。

如果实数非0，那么Contents的第一个字节编码规则如下：

bit 8 = 1（第8位），规则为二进制编码参照的 二进制的编码
bit 8 = 1 并且 bit 7 = 0，规则为十进制类型编码参照 十进制的编码
bit 8 = 1 并且 bit 7 = 1，规则为特殊实数编码参照 特殊实数编码

枚举类型 ENUMERATED

标识符为: 0x0a

枚举类型的编码与整形（Integer）一致。

感谢其实我是真性情指正

二进制的编码

Contents的第一个字节的bit 8 = 1,如果实数非0：
设：

要表示的数字编码（尾码）为M
符号位为S
正整数数值N
二进制系数F （位数）

M的计算方式如下：

二进制编码规则

有时需要调整系数F以便使得尾码达到编码对齐规则。

实数的二进制编码
Contents第一个字节编码规则：

bit 8 固定值1
bit 7
- 当S为-1时为1
- 当S为+1时为0
bit 6 - 5 代表基于什么进制，如 Table 2 所示。
bit 4 - 3 表示二进制系数F
bit 2 - 1 指定指数编码的规则：
- 00 表示Contents的第2个字节为指数的补码。
- 01 表示Contents的第2、3字节为指数的补码。
- 10 表示Contents的第2、3、4字节为指数的补码。
- 11 表示Contents的第2字节为编码（指数的补码）的长度（字节数），它是一个无符号的二进制数字，设编码长度为X。那么从第3 到X + 3字节为指数的补码。X的值至少为1，指数的前9位不能全为0或1。

除去上述描述的字节之后，Contents剩余的所有字节用于表示整数N的无符号二进制编码。

十进制的编码

当Contents的第一个字节的bit 8 to 7 为00，Contents中除第一个字节之外的所有内容构成一个Field。

该Field在 《ISO 6093》 有具体描述，包括长度和编码。

当Contents的第一个字节的bit 6 到 1位有以下可选值：
第1字节剩余未可选值

特殊实数编码

当Contents的第一个字节的bit 8 to 7 为01，那么Contents仅有一个字节，它的值可以使下表
特殊值

比特串 BIT STRING

标识符为：0x03
比特串结构
比特串的Contents包含一个初始（Initial）字节，它的后面接上0到多个字节。

比特串所表示的值，按照比特串的顺序，从头到尾，每个8bit作为一个字节，依次排列，最后一组不足8位，就补0以达到一个字节。

示例
序列化

Contents中的初始字节，是一个无符号的二进制编码的数，最低有效位为第1位。用来表示最后一个字节中补0的数量。初始化字节的范围为：[0, 7]。

如果字节串为空，那么不应该有任何子字节，初始化字节为0。

结构示例：

比特串 0x0A3B5F291CD 的二进制编码为：

比特串表示

Contents第一个字节的0x04表示补充了4个零。

字节串 OCTET STRING

标识符为：0x04

字节串在Contents中按照字节串的值的原始顺序，使用0或多个字节，来表示字节串的值。

示例：

字节串 0x00B701 二进制编码为：
字节串编码示例

空值 NULL

标识符为：0x05

空值Contents不含任何字节，它的长度(Length)为0。

示例

空值NULL的二进制编码可以表示为：
空值二进制编码

序列 SEQUENCE

标识符为：0x30

序列的Contents中包含，除了使用OPTIONAL或DEFAULT类型修饰的关键字之外，序列中含有每一个子项的ASN.1的完整编码，并且按照它们原先在序列中的顺序出现。

如果使用OPTIONAL或DEFAULT类型修饰的关键字的值存在，那么在Contents中它们应该出现它们的原本的位置上。

示例：

序列定义为：

SEQUENCE {
	age				INTEGER,
	ok				BOOLEAN
}

值为：

{
	age				18,
	ok				TRUE
}

对应的二进制编码为：
序列示例

数组 SEQUENCE-OF

标识符为：0x30

数组中的元素ASN.1类型都是同种类型的。

数组的Contents中包含0到多个定义好的的ASN.1值的完整编码，并且按照它们原先在序列中的顺序出现。

示例

BOOLEAN类型的数组定义：

 SEQUENCE OF BOOLEAN

值为：

{
	TRUE, FALSE, TRUE
}

对应的二进制编码为：

SEQUENCE-OF 二进制编码

集合 SET

标识符为：0x31

集合的Contents中包含，除了使用OPTIONAL或DEFAULT类型修饰的关键字之外，序列中含有每一个子项的ASN.1的完整编码，并且按照它们原先在序列中的顺序出现。

示例

集合的值为：

{
	TRUE, 
	777,
	0x01020304 --bitString
}

对应的二进制编码为：
Set 二进制编码

SET-OF

标识符为：0x31

SET-OF 基本与 “数组 SEQUENCE-OF ” 一致，在此不做描述。

选择 CHOISE

标识符为：无

选择类型中表示的字段中，该字段可能有多重不同的类型来表示。

选择类型的编码应该与所选中的值的编码相同。

示例

定义一个名为parameter 选择为

parameter CHOISE {
	integerType 				INTEGER,
	booleanType				BOOLEAN
}

parameter 的值为

parameter  booleanType TRUE

对应的二进制编码为：
选择类型编码示例

结束

本次介绍的是常用的ASN.1编码的入门。

这没有对所有的ASN.1类型进行解释，上述描述的基本都是ASN.1的基础类型，其他类型基本上都是上述类型的不同Contents编码规则。

更多细则和定义请参考 《ITU X.680》***、***《ITU X.690》 。

参考文献

[1] ITU ．X.680 ． Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Specification of basic notation [S] . 2015-08

[2] ITU ．X.690 ． ASN.1 encoding rules: Specification of Basic Encoding Rules (BER), Canonical Encoding Rules (CER) and Distinguished Encoding Rules (DER) [S] . 2015-08

[3] bj-sys . https://www.obj-sys.com/asn1tutorial/node10.html
[4]. ASN.1 语法・一 . mingfer . https://www.mingfer.cn/2019/04/05/ASN1%E6%8A%BD%E8%B1%A1%E8%AF%AD%E6%B3%95/
[5]. ASN.1 语法・二 . mingfer . https://www.mingfer.cn/2019/04/05/ASN1%E6%8A%BD%E8%B1%A1%E8%AF%AD%E6%B3%95/
[6]. X.690 . wikipedia . https://en.wikipedia.org/wiki/X.690
[7]. A Layman’s Guide to a Subset of ASN.1, BER, and DER . Burton S. Kaliski Jr . 1993 . http://luca.ntop.org/Teaching/Appunti/asn1.html