有一种密码学专用语言叫做ASN.1
简介
ASN.1是一种跨平台的数据序列化的接口描述语言。可能很多人没有听说过ASN.1, 但是相信有过跨平台编程经验的同学可能都听过protocol buffers和Apache Thrift,虽然ASN.1和上面两个语言相比不是那么出名，但是ASN.1的出现要比他们早的多,早在1984年ASN.1就出现了。
和他们相比ASN.1并没有提供单一的开源实现，而是作为一种规范来供第三方供应商实现的。ASN.1主要用在定义各种基础协议中，比如常用的LDAP,PKCS,GSM,X.500等。
ASN.1是一种和平台、语言无关的描述语言，可以使用很多ASN.1的翻译工具，将ASN.1翻译成为C, C++, Java等代码。
ASN.1的例子
既然ASN.1是一个描述语言，那么我们先来看一个直观的例子。ASN.1的基础是module, 我们看一下ASN.1中module的例子：
StudentCards DEFINITIONS AUTOMATIC TAGS ::= BEGIN
StudentCard ::= SEQUENCE {
dateOfBirthday DATE,
student StudentInfo
}
StudentInfo ::= SEQUENCE {
studentName VisibleString (SIZE (3..50)),
homeAddress Address,
contactPhone NumericString (SIZE (7..12))
}
Address::= SEQUENCE {
street VisibleString (SIZE (5 .. 50)) OPTIONAL,
city VisibleString (SIZE (2..30)),
state VisibleString (SIZE(2) ^ FROM ("A".."Z")),
zipCode NumericString (SIZE(5 | 9))
}
END
上面的例子中，我们使用ASN.1定义了一个StudentCard，最外层的以BEGIN和END包围的就是module。StudentCards是module的名字，首字母必须大写。
其中::= 是一个赋值符号。
module中可以有多个type, type的名字也必须首字母大写，例如上面的StudentCard，StudentInfo等等。
每个type中定义了它的组成组件，组件的名字首字母必须小写，这些组件的名字又叫做identifiers。
上面的dateOfBirthday后面接的DATE是ASN.1中内置的类型。而student后面的StudentInfo是一个自定义类型，并且同样包含在module中。
StudentInfo中的studentName是一个VisibleString，这个String的限制是size在3到50之间。
上面我们定义module的时候在module后面加上了AUTOMATIC TAGS，这是什么意思呢？
在ASN.1中，tags是ASN.1消息中每个组件的内部标识符，以Address为例，我们希望给Address中的每个属性都指定一个内部的标识符，如下所示：
Address::= SEQUENCE {
street [0] VisibleString (SIZE (5 .. 50)) OPTIONAL,
city [1] VisibleString (SIZE (2..30)),
state [2] VisibleString (SIZE(2) ^ FROM ("A".."Z")),
zipCode [3] NumericString (SIZE(5 | 9))
}
这里面的[0] [1] 就是标识符，当然，我们可以在定义module的时候手动指定这些tags，但是如果我们使用AUTOMATIC TAGS，这些标识符会自动创建,从而避免了手动创建标识符可能带来的问题。
ASN.1中的内置类型
通过上面的讲解，我们对ASN.1有了一个基本的概念。如果想要对ASN.1进行更加深入的研究，那么我们首先要知道ASN.1中的内置类型。
一般来说ASN.1中有下面的数据类型：
- BOOLEAN
BOOLEAN和编程语言中的布尔值是一致的，它有两个可能得值：TRUE和FALSE。下面是具体而用法：
removed BOOLEAN ::= TRUE
- INTEGER
INTEGER表示的是一个整数，如下所示,表示的是一个年例范围是0到100，最终的取值是18：
age INTEGER (0..100) ::= 18
- BIT STRING
字节的位表示方法，可以给一个byte中的每一个bit进行设值：
Status ::= BIT STRING {
married(0),
handsome(1),
kind(2)
}
myStatus Status ::= {handsome, kind}
上面的例子中，我们设置了Status，并且使用Status赋值给了一个变量myStatus。
- OCTET STRING
8进制表示的字符串：
octetExample ::= OCTET STRING
- DATE
表示日期，格式是"YYYY-MM-DD"：
birthday DATE ::= "1990-11-18"
- TIME-OF-DAY
表示日期中的时间,格式是"HH:MM:SS"：
startTime TIME-OF-DAY ::= "09:30:00"
- DATE-TIME
时间加日期的格式，它的格式"YYYY-MM-DDTHH:MM:SS"，如下所示：
endTime DATE-TIME ::= "2022-01-10T18:30:23"
- REAL
REAL表示的是一个浮点数，可以如下表示：
Amount ::= REAL
- ENUMERATED
ENUMERATED表示的是一个枚举，可以如下表示：
Colors ::= ENUMERATED {black, red, white}
myColor Colors ::= white
- SEQUENCE
SEQUENCE表示的是项目的序列合集,如下所示：
StudentInfo ::= SEQUENCE {
name VisibleString,
phone NumericString
}
max StudentInfo ::= {name "J.Max", phone "18888888888"}
- SEQUENCE OF
SEQUENCE OF表示的是一个list:
breakTimes SEQUENCE OF TIME-OF-DAY ::= {"10:00:00", "12:00:00", "14:45:00"}
- CHOICE
CHOICE表示从众多的item中选择一个：
Identity ::= CHOICE {
name VisibleString,
phone VisibleString,
idCard VisibleString
}
jack Identity ::= name: "jack"
- IA5String
IA5String表示的是ASCII字符，并且包含有控制字符。
SampleString ::= IA5String
- VisibleString
VisibleString表示的是ASCII字符，其中不包含有控制字符。
SampleString ::= VisibleString
- NumericString
NumericString表示的是数字和空格。
SomeNumber ::= NumericString
- UTF8String
UTF8String表示的是Unicode字符
UnicodeString ::= UTF8String
- NULL
是一个空值，用来占位。
ASN.1中的限制语法
ASN.1中可以定义很多个字段，有些字段可能会有一些限制，比如手机号只能用数字，名字有长度限制等。
这些限制在ASN.1中叫做Constraints,一般来说有下面的一些限制：
- FROM
FROM提供了一个数据值的读取范围，如下：
PermittedChars ::= IA5String (FROM("ABCDEFG1244"))
PermittedChars只允许从"ABCDEFG1244"选择。
- PATTERN
PATTERN表示的是正则表达式，如下所示：
phoneNumber ::= IA5String (PATTERN "1[0-9]#10")
上面列出的是一个简单的手机号码的正则表达式。
- SIZE
SIZE可以表示字符串的长度或者数组的长度：
Name ::= IA5String (SIZE (4..7))
NameList ::= SEQUENCE SIZE (1..25) OF Name
- RANGE
使用..可以表示一个范围：
Age ::= INTEGER (0..100)
- 单一值
从提供的值列表中挑选一个：
Colors ::= UTF8String ("Blue" | "White")
总结
以上就是ASN.1数据结构描述语言的基本介绍了，有了这些基础，我们就可以很容易读懂使用ASN.1来描写的数据结构了。
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