asn.1详解（1）——转载

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"Any intelligent fool can make things bigger, more complex, and more violent. It takes a touch of genius -- and a lot of courage -- to move in the opposite direction." - Albert Einstein

ASN.1应用领域已是颇广，然国内资料却不易见。ASN.1发端于通讯行业，一方面，国内各厂商即使有所研究和收获，也是敝竹自珍，不肯轻易示人；另一方面，一二学者、教授或有涉猎，然多束之高阁，未能系统性推行于世。

我等不才，因机缘于六年前接触ASN.1，愿借一方之地，呈心得与资料于此。不以真名示人，概因有不得已之原因，不便相告。唯所引之材料，所述之内容，均来源正当，无任何不当之处。

所撰之文，或为翻译，或为转载，或为自攒，皆以学习交流为目的。欲用之于它途，某无权阻君之意，亦无责作任何承诺。所有版权均归原作者所有，某不持有任何权利，亦不承担相关之责任。凡欲引用、转载，敬请注明原文出处。

                                                                                                                                                             Hansen & Kevin 即日

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1  简介

&  注释：

本章的内容主要翻译自《ASN.1 Communication between Heterogeneous Systems》和《ASN.1 Complete》。

 

ASN.1 – Abstract Syntax Notation dot one，抽象记法1。数字1被ISO加在ASN的后边，是为了保持ASN的开放性，可以让以后功能更加强大的ASN被命名为ASN.2等，但至今也没有出现。

 

不同体系的系统，不同编程语言之间，都存在通讯障碍。如Figure 1-1a）所示极端情况下，为了保证网络中n个异体的节点能互通，我们需要为每个节点编写(n-1)个编解码程序，即需要总数为n*(n-1)个编解码程序。在b）所示极端情况下，为了保证互通，需要为每个节点编写1个编码和1个解码程序，即总数为2n个编解码程序。

 

 

Figure 1-1 两种类型的通讯方式

对于给定的记法描述，ASN.1编译器能执行并产生如Figure 1-2图中虚线部分，这样我们以有限的代价就能完成相当多数量系统之间的互连。

 

Figure 1-2 语法三元组：实际语法、抽象语法和传输语法

图中实际语法（Concrete Syntax）是指诸如C、Objective Caml等这样实际编程语言，抽象语法（Abstract Syntax）指ASN.1，传输语法（Transfer Syntax）指表示层交换数据的表示方法。从抽象语法到传输语法，由ASN.1编译器按照编解码规则实现。通俗来讲，抽象语法就是协议采用ASN.1规范描述的描述文本；传输语法就是实际通讯系统间的码流。

 

Figure 1-3 抽象语法与传输语法

其实在早期的一些标准如ASCII，它们既定义了抽象语法（比如字母A），又定义了传输语法（0x41）。ASN.1分离了这两种概念，以便可以选择一种适合要求的编解码方法。系统可以选择编码方法以使信息传送时效率很高，或者具有很高的可靠性，等等。另一方面，定义好的编码规则也会很大地节约应用协议开发人员的时间，特别是当牵涉到的数据结构很复杂的时候。当使用ASN.1的项目较多时，这种节约更加明显，因为编解码程序可以只开发一次但很多应用程序都可以用它。

 

我们可以看出，可以将通信编解码设计与开发工作转嫁给ASN.1编译器完成。从而不必在手工编写编解码器。一方面大量减少了缺陷引入，另一方面更是大大加快了系统开发速度（不用编写编解码器，也不同详细调试，维护代价也很小）。

 

Figure 1-4 转嫁编解码器工作给ASN.1编译器

讨论ASN.1就不得不先提到标准组织ISO和ITU。

1.2  ISO简介

国际标准组织（ISO – International Organization for Standardization）于1946年在美国成立，其负责制定众多领域的国际标准；但除电气、电子和电子工艺领域外，这些主要是IEC（International Electrotechnical Commission）负责。

ISO汇集了一百多个代表其自己国家的标准委员会（称之为NB – National Body），ANSI（American National Standard Institute）代表美国，AFNOR （Association Francaise de NORmalisation）代表法国，BSI（British Standard Institute）代表英联邦，等等。其它一些组织可以参加讨论，提出议案，但不能参加投票。

 

Figure 1-5 ISO组织结构

如Figure 1-5所示，ISO共分为172个技术委员会Technical Committee （TC）负责相应标准化领域。所有议题都在子委员会SubCommittees中共享，Subcommittee又分为工作组Working Groups（WG）。

到1987年，著名的OSI标准就是TC97的成果，称之为“Telecommunications and Information Exchange Between Systems”。在1987年，ISO和IEC两个标准化组织一致认为都应当关注信息技术Information Technology，因此成立了一个联合技术委员会称为JTC1。JTC1的秘书处由ANSI负责。

 

Figure 1-6 JTC1组织结构示意图

在ASN.1标准刚刚受到关注时，基于历史原因，ASN.1主要来自于CCITT的成果，有很多提案来自CCITT。在80年代，ISO在1990年左右成为主角前，两个委员会的确有过合作。

1.3  ITU简介

国际电信联盟ITU（International Telecommunication Union）总部位于日内瓦，于1947年成为联合国的专设机构，其前身为成立于1865年的国际电报联盟（International Telegraph Union）。ITU汇集了188个代表其国家的公共电信运营商和大约450个来自私有部门称之为RPOA（Registered Private Operating Authorities）的成员（如AT&T， Bell电话等）。来自其它组织的运营商也被接收，但不具有投票权利。

ITU的目标是：“to promote and to offer technical assistance to developing countries in the field of telecommunications, and also to promote the mobilization of the material and financial resources needed for implementation， and to promote the extension of the benefits of the new telecommunication technologies to all the world's inhabitants”。

ITU有5个常设组织，其中一个为CCITT（Consultative Committee on International Telephony and Telegraphy）负责电信网络，如有线传输语音，数据和电视。在1992年ITU重组后，CCITT成为了ITU-T（ITU-Telecommunication Standardization Sector）。

ITU-T发布的建议都是以一个字母开头（每个领域一个字母编号）和一个数字作为参考号。我们通常关注的有：

l           F: Non-Telephone Telecommunications Services;

l           H: Audiovisual and Multimedia Systems;

l           Q: Switching and Signalling;

l           T: Terminals for Telematic Services;

l           V: Data Communications Over the Telephone Network;

l           X: Data Networks and Open System Communications;

l           Z: Programming Languages.

 

到1992年，所有CCITT已经通过其委员会多次论证后的建议每四年发布一次（即使某些部分还未完成），其封面用不同的颜色（即黄皮书、红皮书、兰皮书和白皮书）：黄色代表1976-1980，红色代表1980-1984，蓝色代表1984-1988，白色代表1988-1992。

ITU-T现在是当某个标准稳定后单独发布。此外，自1994年开始，为了防止出现不一致，ISO/IEC和ITU-T都是联合发布标准文本（各用不同的参考号）。 不一致的情况在ASN.1中出现过。

 

ITU-T分为研究组SG（Study Group），其中：

l           SG VII，“Data Networks and Open System Communications”，课题广泛，包括互连（比如ASN.1），X.25网络标准，X.400 Email姓名地址录标准，网络安全和网络管理等。

l           SG VIII，“Terminals for Telematic Services”负责Teletex，Videotex和字符集等。

每个SG的工作又被划分为问题Question：其中一些相当有名，比如涉及OSI模型的Q24/7；另外一些则是对以发布标准的更为精确的更新。每个问题最终结束于一个新标准或者一个现有标准的补充。

1.4  ASN.1历史

开始于1982年夏天，许多开发应用层标准的人意识到他们面临同一个问题：数据结构变得越来越复杂，难以用预定的规程来编解码比特或者字节（在1978年，OSI中术语Open是至关重要的）。如同编译器取代了汇编器，通常认为编码器应当从描述Specification自动产生，这样使得描述也等效为一种计算机程序。

1.4.1  诞生

James White和Douglas Steedman分别提出一个基本的记法和算法，这套记法能定义Email消息控制系统协议MHS（Message Handling System）的编码比特格式。这种记法和编码规则是机器无关的，能表述复杂的数据结构。

James White当时是CCITT X.400 （MHS）建议系列的起草人，并且为施乐公司（Xerox Corporation）设计了Courier记法，这种记法能翻译XNS（Xerox Network Services）的RPC（Remote Procedure Call）传送的数据。Courier作为第一种外部的数据记法而闻名。同时它对后来的XDR（来自Sun Microsystems Inc.）和NDR（来自Apollo Computer Inc.）都产生了积极的影响。

1984年，CCITT将这种记法标准化，参考号为X.409（红皮书）。X.409建议成为：Message Handing Systems: Presentation Transfer Syntax And Notation。它的目标和范围为：“the presentation transfer syntax used by application layer protocols in message handling systems and by the document interchange protocol for the telematic services. In the architecture of open systems interconnection (OSI), a presentation transfer syntax is used to represent information exchanged between application entities”

X.409记法和MHS系统是完全独立的，部分原因是Email协议处理的对象是十分复杂的，没有大小限制，多种字符串类型，链接的结构，为数众多的选项等。结果，许多OSI应用标准化工作组发现这种记法对他们也有用。

1.4.2  1989和1990版本

如前所述，1987年ISO和IEC成立了JTC 1。

1989年CCITT发布了两个文档X.208（ASN.1）和 X.209（BER）来替代X.409建议。其中很多新特性是由JTC 1引入的：subtypes, floats (REAL type), pointers (ANY DEFINED BY type) and the default tagging modes (IMPLICIT TAGS and EXPLICIT TAGS)。他们这套X.200系列称为“General OSI Infrastructure”，表示ASN.1成为应用层一种独立的描述语言。

1990年ISO发布了新的ISO 8824和ISO8825标准，和X.208相比，有三处地方相悖。具体问题请参考1.6.1  CCITT 1989版本和ISO 1990版本的冲突。

自1998年开始，ISO和ITU-T联合发布他们的标准文本，避免再次出现标准间的冲突。

1.4.3  1994版本

新的版本（实际是1994年完成草案） ASN.1 :1994于1995年被ISO通过，成为正式标准。为了阐述数目众多的条件和介绍新概念，该标准分为四个部分：

1)         ITU-T Rec. X.680 (1994) | ISO/IEC 8824-1:199518: Specification of Basic Notation,

2)         ITU-T Rec. X.681 (1994) | ISO/IEC 8824-2:1995: Information Object Specification,

3)         ITU-T Rec. X.682 (1994) | ISO/IEC 8824-3:1995: Constraint Specification,

4)         ITU-T Rec. X.683 (1994) | ISO/IEC 8824-4:1995: Parameterization of ASN.1 Specifications,

几个月之后，发布了两个补充和一个技术勘误表：

l           ITU-T Rec. X.680/Amd.1 (1995) | ISO/IEC 8824-1:1995/Amd.1: Rules of Extensibility,

l           ITU-T Rec. X.680/Corr.1 (1995) | ISO/IEC 8824-1:1995/Corr.1: Technical Corrigendum 1,

l           ITU-T Rec. X.681/Amd.1 (1995) | ISO/IEC 8824-2:1995/Amd.1: Rules of Extensibility.

 

编码规则部分被分成了两个部分（和一个技术勘误表）：

l           ITU-T Rec. X.690 (1994) | ISO/IEC 8825-1:1995: ASN.1 Encoding Rules: Specification of Basic Encoding Rules, Canonical Encoding Rules, and Distinguished Encoding Rules,

l           ITU-T Rec. X.690/Corr.1 (1995) | ISO/IEC 8825-1:1995: Technical Corrigendum 1,

l           ITU-T Rec. X.691 (1995) | ISO/IEC 8825-2:1995: ASN.1 Encoding Rules: Specification of Packed Encoding Rules

这些标准给出了官方正式编码规则，这对诸如传输加密数据情况来说是必需的。

1994版本和以前版本相比的差异和新特性，请参考1.6.2  1994版本的差异和新特性。

1.4.4  1997版本

语义模型分为三个补充文件：

l           ITU-T Rec. X.680 (1997)/Amd.2 (1999) | ISO/IEC 8824-1:1998/Amd.2

l            ITU-T Rec. X.681 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8824-2:1998/Amd.1

l            ITU-T Rec. X.683 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8824-4:1998/Amd.1

 

相关对象标识符新的RELATIVE-OID类型说明在三个补充文件：

l           ITU-T Rec. X.680 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8824-1:1998/Amd.1

l           ITU-T Rec. X.690 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8825-1:1998/Amd.1

l           ITU-T Rec. X.691 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8825-2:1998/Amd.1

 

新增四个技术勘误表：

l           ITU-T Rec. X.680 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8824-1:1998/Corr.1

l           ITU-T Rec. X.681 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8824-2:1998/Corr.1

l           { ITU-T Rec. X.690 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8825-1:1998/Corr.1

l           { ITU-T Rec. X.691 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8825-2:1998/Corr.1

 

1994版本和以前版本相比的差异和新特性，请参考1.6.3  1997版本新特性和1.6.4  1990和1994/1997的差异。

1.4.5  最新版本

目前最新版本的协议为：

l           ITU-T X.680 (ISO/IEC 8824-1) - Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Specification of Basic Notation

l           ITU-T X.681 (ISO/IEC 8824-2) - Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Information Object Specification

l           ITU-T X.682 (ISO/IEC 8824-3) - Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Constraint Specification

l           ITU-T X.683 (ISO/IEC 8824-4) - Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Parameterization of ASN.1 Specifications

l           ITU-T X.690 (ISO/IEC 8825-1) - ASN.1 Encoding Rules: Specification of Basic Encoding Rules (BER), Canonical Encoding Rules (CER) and Distinguished Encoding Rules (DER)

l           ITU-T X.691 (ISO/IEC 8825-2) - ASN.1 Encoding Rules: Specification of Packed Encoding Rules (PER)

l           ITU-T X.692 (ISO/IEC 8825-3) - ASN.1 Encoding Rules: Specification of Encoding Control Notation (ECN)

l           ITU-T X.693 (ISO/IEC 8825-4) - ASN.1 Encoding Rules: Specification of XML Encoding Rules (XER).

l           ITU-T X.694 (ISO/IEC 8825-5) - ASN.1 Encoding Rules: Mapping W3C XML schema definitions into ASN.1.

1.5  ASN.1应用情况

l           Accredited Standards Committee X9 - Financial Services

l           Manufacturing Message Specification (MMS)

l           Molecular Biology Standards

l           Request For Comments (RFC)

l           RSA Public-Key Cryptography Standards

l           Standard Security Label for Information Transfer

l           Secure Electronic Transaction (SET) ASN.1

l           T.120 Series Standards

l           Telecommunications Management Network (TMN)

l           Unicode Worldwide Character Standard

l           X.400 Standards - Message Handling Systems

l           X.500 Standards - The Directory

l           H.323

l           H.248

l           3G on UMTS

等等。

           现在一些协议，标准组织在给出协议文本时往往也同时给出了ASN.1的描述。