密碼學的基礎:X.690和對應的BER CER DER編碼
簡介
之前我們講到了優秀的數據描述語言ASN.1,很多協議標準都是使用ASN.1來進行描述的。對於ASN.1來說，只定義了數據的描述是不夠的，它還規定了消息是如何被編碼的，從而可以在不同的機器中進行通訊。
ASN.1支援一系列的編碼規則，比如BER，DER,CER等。而X.690就是一個ITU-T的標準,它裡面包含了一些對ASN.1進行編碼的規則。
有人要問了，那麼什麼是ITU-T呢？
ITU-T的全稱是International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector,也就是國際電聯電信標準化部門，主要用來協調電信和資訊通訊技術標準。
X.690主要包含了Basic Encoding Rules (BER),Canonical Encoding Rules (CER)和Distinguished Encoding Rules (DER)這三種編碼規則。
接下來，我們來看下這些編碼規則的實現細節。
BER編碼
BER的全稱是Basic Encoding Rules,它是最早的編碼規則，使用Tag-Length-Value(TLV)的格式對所有資訊進行編碼。
在BER中，每個數據元素都被編碼為類型標識符、長度描述、實際數據元素，以及可選的內容結束標記，如下所示：
類型標識符|長度|實際數據|內容結束標記
—|—|—|—|—
Type|Length|Value|只用在不確定長度的情況
所有的編碼都是以位元組為單位的。
類型標識符
ASN.1的類型有下面幾種，下表列出了ASN.1中類型和對應的十進位的關係：
| type名稱 | 基礎類型還是組合類型 | Number(十進位) |
|---|---|---|
| End-of-Content (EOC) | 基礎類型 | 0 |
| BOOLEAN | 基礎類型 | 1 |
| INTEGER | 基礎類型 | 2 |
| BIT STRING | 兩者皆可 | 3 |
| OCTET STRING | 兩者皆可 | 4 |
| NULL | 基礎類型 | 5 |
| OBJECT IDENTIFIER | 基礎類型 | 6 |
| Object Descriptor | 兩者皆可 | 7 |
| EXTERNAL | 組合類型 | 8 |
| REAL (float) | 基礎類型 | 9 |
| ENUMERATED | 基礎類型 | 10 |
| EMBEDDED PDV | 組合類型 | 11 |
| UTF8String | 兩者皆可 | 12 |
| RELATIVE-OID | 基礎類型 | 13 |
| TIME | 基礎類型 | 14 |
| Reserved | 15 | |
| SEQUENCE and SEQUENCE OF | 組合類型 | 16 |
| SET and SET OF | 組合類型 | 17 |
| NumericString | 兩者皆可 | 18 |
| PrintableString | 兩者皆可 | 19 |
| T61String | 兩者皆可 | 20 |
| VideotexString | 兩者皆可 | 21 |
| IA5String | 兩者皆可 | 22 |
| UTCTime | 兩者皆可 | 23 |
| GeneralizedTime | 兩者皆可 | 24 |
| GraphicString | 兩者皆可 | 25 |
| VisibleString | 兩者皆可 | 26 |
| GeneralString | 兩者皆可 | 27 |
| UniversalString | 兩者皆可 | 28 |
| CHARACTER STRING | 組合類型 | 29 |
| BMPString | 組合類型 | 30 |
| DATE | 基礎類型 | 31 |
| TIME-OF-DAY | 基礎類型 | 32 |
| DATE-TIME | 基礎類型 | 33 |
| DURATION | 基礎類型 | 34 |
| OID-IRI | 基礎類型 | 35 |
| RELATIVE-OID-IRI | 基礎類型 | 36 |
以上就是ASN.1中的類型和對應的值。接下來我們看下這些類型是怎麼進行編碼的。
ASN.1都是以位元組為單位的，一個位元組是8bits，其中7-8bits表示的是Tag class。2個bits可以表示4種class，如下：
| class | value | 描述 |
|---|---|---|
| Universal | 0 | ASN.1的native類型 |
| Application | 1 | 該類型僅對一種特定應用程式有效 |
| Context-specific | 2 | 這種類型依賴於context |
| Private | 3 |
6bit表示的是這個類型是簡單類型還是組合類型，簡單類型用0，組合類型用1。
還剩下5個bits，可以表示32個不同的值，但是對於ASN.1來說，它的類型是超出32範圍的，所以這5個bits只用來表示0-30的值的範圍。如下所示：
如果想要表示超出30範圍的值，那麼可以使用兩個byte，如下：
前面一個byte的1-5bits全部用1表示，後面一個byte的第8bit用1表示，剩下的7個bits用來表示真實的值。
長度
type編碼之後就是length編碼，length編碼有兩種格式，一種是確定長度的length，一種是不確定長度的length。
如果數據的長度是可預見的，那麼我們就可以使用確定長度的編碼形式，如果長度是不確定的，那麼就可以使用不確定長度的編碼形式。
我們看下不同類型的長度編碼形式：
首先，如果是確定長度，並且長度比較短的情況下，那麼在8bit位設置為0,剩下的7個bits可以表示0-127範圍的長度情況。
如果長度超過了127，那麼可以在8bit設置為1，並且剩下的7個bits表示的是後面存儲長度的byte個數,byte個數的範圍是(1-126)。
如果是非固定長度，那麼在8bit位設置為1,剩下的7bits設置為0。
所有bits都設置為1的是保留值。
在非固定長度的情況下，如果內容結束之後，需要額外附加一個byte表示的End-of-Contents，用來表示非固定長度編碼已經結束了。
內容
Contents是跟在長度後面的byte欄位，Contents的長度可以為0，表示沒有Contents內容。
總體來看BER編碼，通過類型+長度+具體的內容欄位來組成的。
CER編碼和DER編碼
CER的全稱是Canonical Encoding Rules, DER的全稱是Distinguished Encoding Rules,這兩個編碼都是從BER衍生過來的,他們都是BER的變體。
為什麼會有這兩個變體呢？首先考慮一下BER的定義，BER是Basic Encoding Rules,它是一個非常基礎的編碼規則，在很多情況下並沒有提供具體的編碼實現規則，所以需要具體的實現者自行對基礎協議進行擴展。
那麼對應的，如果一個實現者聲明自己是支援BER編碼協議的，那麼就意味著這個實現者需要支援所有BER可能的變體編碼規則。
BER為我們提供了一個基礎標準，它的可擴展性很強，雖然我們在架構或者系統應用中經常提到可擴展性，但是在某些情況下，可變性和可擴展性並不是我們所希望的。比如在密碼學中，我們希望編碼規則的是固定的。這樣的情況就需要用到CER和DER編碼。
CER和DER編碼都是BER的擴展，他們和BER相比，只規定了一種具體的編碼規則，所以他們的確定性更強。
CER和DER相比，CER使用的是不確定長度的格式，而DER使用的是確定長度的格式。這就是說DER中始終包含了前導的長度資訊，而CER則是是用一個位元組的內容結束符來表示編碼的結束。
另外，在DER中，Bit string, octet string 和受限的字元串必須使用基礎類型,不能使用組合類型。
DER被廣泛使用在數字證書中，比如X.509。
總結
以上就是X.690和對應的BER CER DER編碼詳解，看完本篇文章，你又多會了一門語言，oh yeah！
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