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wzjs 2025/7/27 20:25:44
培训教育类网站模板,营销策划与运营,中国人在线观看免费高清,网站制作源码版权一、ASN.1 是什么？ ASN.1（Abstract Syntax Notation One），中文名称为抽象语法记法一，是一种描述数据结构与编码规则的国际标准，是一种对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。数字1被ISO加在ASN的后…

一、ASN.1 是什么？

ASN.1（Abstract Syntax Notation One），中文名称为抽象语法记法一，是一种描述数据结构与编码规则的国际标准，是一种对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。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，但截止到2026年也仅仅到1。

ASN.1是一种独立于硬件和编程语言的数据描述语言，由ISO和ITU-T联合制定。它的核心目标是解决异构系统间的数据兼容性问题，其核心价值：

  • 平台无关性：独立于硬件架构和编程语言
  • 双向能力：既能描述数据结构，也能定义编码规则
  • 广泛应用：X.509证书、SNMP、5G NAS协议、LDAP等
应用数据
ASN.1抽象语法
编码规则
BER: 基本编码规则
DER: 规范编码规则
PER: 紧凑编码规则
二进制传输

最常见的包括基本编码规则（BER）、正则编码规则（CER）和非典型编码规则（DER）：

ASN.1描述
BER编码
DER编码
PER编码
抽象数据结构
传输语法
二进制流

二、编码规范

1. 数据类型分类

数据类型描述ASN.1定义语法编码规则（标签和结构）
基本类型
INTEGER整数INTEGER标签 0x02（基本类型），BER编码为不定长整数。
BOOLEAN布尔值BOOLEAN标签 0x01，值为 0（false）或 0xFF（true）。
BIT STRING位字符串BIT STRING标签 0x03，包含位数和字节数据。
OCTET STRING字节字符串OCTET STRING标签 0x04，直接存储字节。
NULL空值NULL标签 0x05，长度为 0。
OBJECT IDENTIFIER对象标识符OBJECT IDENTIFIER标签 0x06，编码为区分编码规则（DER）。
REAL浮点数REAL标签 0x09，支持多种格式（如十进制、十六进制）。
ENUMERATED枚举类型ENUMERATED { value1, value2, ... }标签 0x0A，编码方式与 INTEGER 相同。
字符字符串类型
UTF8StringUTF-8编码字符串UTF8String标签 0x0C（Universal 12.04），存储UTF-8字节。
PrintableString可打印字符（ASCII 32-126）PrintableString标签 0x13（Universal 19）。
IA5StringASCII字符串IA5String标签 0x16（Universal 22）。
NumericString数字和空格（0-9, 空格）NumericString标签 0x12（Universal 18）。
VisibleString可见ASCII字符（32-126）VisibleString标签 0x26（Universal 26）。
GeneralString扩展ASCII（ISO 8859-1）GeneralString标签 0x27（Universal 27）。
UniversalStringUnicode UCS-4UniversalString标签 0x28（Universal 28）。
BMPStringUnicode UCS-2BMPString标签 0x30（Universal 30）。
时间类型
UTCTimeUTC时间（格式：YYMMDDHHMMSSZ）UTCTime标签 0x17（Universal 23）。
GeneralizedTime扩展时间格式（如：YYYYMMDDHHMMSSZ）GeneralizedTime标签 0x18（Universal 24）。
构造类型
SEQUENCE序列结构（按顺序编码元素）SEQUENCE { ... }标签 0x30（构造类型，0x16 + 构造标识），元素按顺序编码。
SET集合结构（元素按特定顺序编码）SET { ... }标签 0x31（构造类型，0x17 + 构造标识），元素按字典序排列。
CHOICE选择类型（从多个类型中选一个）CHOICE { ... }根据选中的类型编码，标签由选中类型决定。
ANY任意类型（直接传递原始编码）ANY标签 0x00（Universal 00），直接传递原始编码。
EXTERNAL外部数据（包含编码标识和数据）EXTERNAL { ... }标签 0x0C（Universal 8，构造类型），包含编码标识和数据。
INSTANCE OF实例类型（根据实例类型编码）INSTANCE OF Type根据实例类型编码，标签由实例类型决定。
OPEN TYPE开放类型（通常与CHOICE或SEQUENCE结合使用）[0] IMPLICIT Type通过类型标识符动态确定编码方式。

说明：

  • 标签值：所有标签均为十六进制表示，属于通用类（Universal Class）。
  • 构造类型：标签值为基本标签（如 0x16 对应 SEQUENCE）加上构造标识位 0x20，例如 SEQUENCE 的编码标签为 0x30（0x16 | 0x20）。
  • 编码规则：BER（基本编码规则）、CER（规范编码规则）、DER（确定编码规则）的标签一致，但编码结构可能不同（如 SET 在 DER 中要求元素按字典序排列）。
  • 扩展类型：如 SEQUENCE OF 和 SET OF 是构造类型的扩展形式，标签与 SEQUENCE 和 SET 相同。

此表格覆盖了ASN.1的主要数据类型及其编码规则，适用于大多数应用场景。

2. 编码规则家族

40% 30% 10% 15% 5% ASN.1编码规则市场份额 BER DER CER PER 其他
  • BER（Basic Encoding Rules）：最基础的TLV编码（Tag-Length-Value）
  • DER（Distinguished Encoding Rules）：BER的子集，保证唯一编码形式（用于数字证书）
  • PER（Packed Encoding Rules）：针对带宽敏感场景的紧凑编码

三、核心编码规则

1. BER（基本编码规则）

采用TLV（Type-Length-Value）三元组结构：

+----------+----------+-----------------+
| 类型标签 | 长度字段 | 值字段          |
| (1字节)  | (1-n字节)| (变长)          |
+----------+----------+-----------------+

2. DER（可辨别编码规则）

BER的子集，增加约束：

  • 长度字段必须使用确定形式
  • 布尔值必须用0xFF
  • 集合元素按标签排序

3. PER（压缩编码规则）

删除TLV元数据，极致压缩：

+-----------------------+
| 纯数据值（无标签信息） |
+-----------------------+

4.实战演示：X.509证书片段解析

我们解析一个X.509证书的片段：30 0D 02 01 0A 01 01 FF 02 01 0B
30 0D - SEQUENCE
02 01 0A - INTEGER 10
01 01 FF - BOOLEAN TRUE
02 01 0B - INTEGER 11

对应ASN.1定义：

CertFragment ::= SEQUENCE {version    INTEGER,  -- 值=10isValid    BOOLEAN,  -- 值=TRUEserial     INTEGER   -- 值=11
}

四、C++实现ANS.1编码解析

需求内容: 解析以下ASN.1的字符串：

3077021f321171f81a5e0b5b6348549365b60691889e8499e21509634f2cf8e73626b20220611a1f010df10f999ffdfd24b9b458865919ff10d12c77547f74c7f7b5efed7e042078b6643339ba91202a0e005929f9162afa087b78db422f44a09c352bc30dc2cc04101ae5aacfe295350a42b96aa111ffcb94

1.定义TLV结构体

// ======================================
// ASN.1 节点结构体
// ======================================
struct ASN1Node
{unsigned char tag;                  // 节点类型标识unsigned int length;                // 数据长度（字节）std::vector<unsigned char> value;   // 原始数据值
};

2.定义解析后的序列结构

// ======================================
// ASN.1 解析结果结构体
// ======================================
struct ParsedSequence
{std::vector<ASN1Node> children;     // 序列中的子节点
};

3.解析以下ASN.1串

#include <cctype>
#include <cstdint>
#include <stdexcept>
#include <cctype>
#include <cstddef>
#include <iomanip>
#include <sstream>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <vector>// ======================================
// ASN.1 节点结构体
// ======================================
struct ASN1Node
{unsigned char tag;                  // 节点类型标识unsigned int length;                // 数据长度（字节）std::vector<unsigned char> value;   // 原始数据值
};// ======================================
// ASN.1 解析结果结构体
// ======================================
struct ParsedSequence
{std::vector<ASN1Node> children;     // 序列中的子节点
};// ======================================
// 辅助函数：将十六进制字符转换为字节
// ======================================
static unsigned char HexCharToByte(char c)
{if (c >= '0' && c <= '9')return static_cast<unsigned char>(c - '0');if (c >= 'a' && c <= 'f')return static_cast<unsigned char>(c - 'a' + 10);if (c >= 'A' && c <= 'F')return static_cast<unsigned char>(c - 'A' + 10);// 防御：无效输入立即终止throw std::invalid_argument("无效十六进制字符: " + std::string(1, c));
}// ======================================
// 核心函数：十六进制字符串转字节数组
// 符合规范 2.1：显式初始化变量
// 符合规范 3.1：严格边界检查
// ======================================
static std::vector<unsigned char> HexStringToBytes(const std::string& hexStr)
{if (hexStr.length() % 2 != 0){throw std::invalid_argument("十六进制字符串长度必须为偶数");}std::vector<unsigned char> result;result.reserve(hexStr.size() / 2);// 安全处理：逐对字节转换for (size_t i = 0; i < hexStr.length(); i += 2){try{unsigned char highNibble = HexCharToByte(hexStr[i]);unsigned char lowNibble = HexCharToByte(hexStr[i + 1]);result.push_back(static_cast<unsigned char>((highNibble << 4) | lowNibble));}catch (const std::invalid_argument& e){throw std::invalid_argument("位置 " + std::to_string(i) + ": " + e.what());}}return result;
}// ======================================
// 核心函数：解析长度字段（含长格式支持）
// 符合规范 5.5.1：资源操作防御性编程
// ======================================
static unsigned int ParseASN1Length(const std::vector<unsigned char>& data, size_t& currentIndex)
{// 前置条件校验（强制防御编程）if (currentIndex >= data.size()){throw std::out_of_range("索引越界: index=" +std::to_string(currentIndex) +", size=" +std::to_string(data.size()));}unsigned char firstByte = data[currentIndex++];// 处理短格式长度if (firstByte < 0x80){return static_cast<unsigned int>(firstByte);}// 处理长格式长度unsigned int lengthBytes = firstByte & 0x7F;// 长度域防护：防止恶意超长if (lengthBytes > 4){throw std::runtime_error("ASN.1长度字段超过4字节限制: " +std::to_string(lengthBytes));}// 边界检查：确保数据足够if (currentIndex + lengthBytes > data.size()){throw std::out_of_range("长格式长度字段越界: position=" +std::to_string(currentIndex) +", requiredBytes=" +std::to_string(lengthBytes));}unsigned int calculatedLength = 0;for (unsigned int i = 0; i < lengthBytes; ++i){calculatedLength = (calculatedLength << 8) |data[currentIndex++];}// 二次验证：计算结果有效性if (calculatedLength == 0){throw std::logic_error("ASN.1长度不能为零（长格式）");}return calculatedLength;
}// ======================================
// 核心函数：解析单个ASN.1 TLV节点
// 符合规范 3.2：分层异常捕获机制
// 符合规范 4.7：完整记录异常上下文
// ======================================
static ASN1Node ParseTLVNode(const std::vector<unsigned char>& data, size_t& currentIndex
)
{ASN1Node node;// 边界防护if (currentIndex >= data.size()){throw std::out_of_range("TLV解析起始位置越界");}// 1. 读取TAGnode.tag = data[currentIndex++];// 2. 读取长度（自动处理长格式）node.length = ParseASN1Length(data, currentIndex);// 3. 校验值域边界if (currentIndex + node.length > data.size()){throw std::out_of_range("值字段越界: 预期长度=" +std::to_string(node.length) +", 剩余字节=" +std::to_string(data.size() - currentIndex));}// 4. 安全拷贝值数据node.value.resize(node.length);for (size_t i = 0; i < node.length; ++i){node.value[i] = data[currentIndex + i];}currentIndex += node.length;  // 更新索引位置return node;
}// ======================================
// 主解析函数：处理SEQUENCE和子节点
// 符合规范 2.5：单一职责原则
// ======================================
static ParsedSequence ParseASN1Sequence(const std::vector<unsigned char>& bytes)
{size_t index = 0;ParsedSequence result;// 1. 解析顶层SEQUENCEASN1Node sequenceNode = ParseTLVNode(bytes, index);// 强类型校验if (sequenceNode.tag != 0x30){throw std::runtime_error("根元素必须为SEQUENCE(0x30)，实际为: 0x" +(std::ostringstream{} << std::hex << static_cast<int>(sequenceNode.tag)).str());}// 2. 序列内部解析状态size_t innerIndex = 0;const std::vector<unsigned char>& innerData = sequenceNode.value;// 3. 解析四个子元素for (int expectedCount = 0; expectedCount < 4; ++expectedCount){if (innerIndex >= innerData.size()){throw std::runtime_error("元素数量不足: 预期4个，实际" +std::to_string(result.children.size()));}ASN1Node child = ParseTLVNode(innerData, innerIndex);// 标签合法性校验 (INTEGER/OCTET_STRING)if ((expectedCount < 2 && child.tag != 0x02) ||(expectedCount >= 2 && child.tag != 0x04)){std::string expectedType =(expectedCount < 2) ? "INTEGER(0x02)" : "OCTET_STRING(0x04)";throw std::runtime_error("位置[" + std::to_string(expectedCount) +"]应是" + expectedType +", 实际标签: 0x" +(std::ostringstream{} << std::hex << static_cast<int>(child.tag)).str());}result.children.push_back(child);}// 4. 尾部数据防护if (innerIndex != innerData.size()){throw std::runtime_error("序列尾部存在冗余数据: " +std::to_string(innerData.size() - innerIndex) + "字节");}// 5. 最后验证元素数量if (result.children.size() != 4){throw std::logic_error("解析逻辑错误：元素计数不一致");}return result;
}// ======================================
// 格式化输出函数（符合XML风格）
// 符合规范 8.3：中文注释及结构化文档
// ======================================
static std::string FormatXMLOutput(const ParsedSequence& sequence)
{std::ostringstream xmlStream;xmlStream << "<SEQUENCE>\n";for (size_t i = 0; i < sequence.children.size(); ++i){const ASN1Node& node = sequence.children[i];std::string tagName;// 确定标签名称（强类型匹配）switch (node.tag){case 0x02: tagName = "INTEGER"; break;case 0x04: tagName = "OCTET_STRING"; break;default:// 防御性处理（逻辑应确保不会执行）throw std::logic_error("内部错误：未知节点类型");}// 将二进制值转为大写的十六进制字符串xmlStream << "  <" << tagName << ">0x";xmlStream << std::hex << std::uppercase << std::setfill('0');for (const auto& byte : node.value){xmlStream << std::setw(2) << static_cast<unsigned int>(byte);}xmlStream << "</" << tagName << ">\n";}xmlStream << "</SEQUENCE>";return xmlStream.str();
}// ======================================
// 函数: ASN1Dump
// 功能: 将ParsedSequence对象转成格式化字符串列表
// 输入: seq - 解析后的ASN1序列对象
// 输出: 包含所有子节点格式信息的字符串列表
// 规范: 
//   1. 每个子节点单独一行
//   2. 每行三个元素空格分隔: 
//       当前节点类型 节点长度(十进制) 值(十六进制大写)
//   3. 值数据不带0x前缀
// ======================================
std::vector<std::string> ASN1Dump(const ParsedSequence& seq)
{// 结果容器预分配空间std::vector<std::string> dumpResult;dumpResult.reserve(seq.children.size());// 遍历所有子节点for (const ASN1Node& node : seq.children){// 元素1: 根据ASN.1标签标识获取类型名称std::string typeName;switch (node.tag){case 0x02: typeName = "INTEGER"; break;case 0x04: typeName = "OCTET_STRING"; break;case 0x30: typeName = "SEQUENCE"; break;case 0x03: typeName = "BIT_STRING"; break;case 0x06: typeName = "OBJECT_ID"; break;default:    // 防御性处理未知类型std::ostringstream hexTag;hexTag << "UNKNOWN_0x"<< std::hex << std::uppercase<< std::setw(2) << std::setfill('0')<< static_cast<int>(node.tag);typeName = hexTag.str();}// 元素2: 十进制长度const std::string lengthStr = std::to_string(node.length);// 元素3: 十六进制值字符串（不带0x前缀）std::ostringstream hexStr;hexStr << std::hex << std::uppercase << std::setfill('0');for (const unsigned char byte : node.value){hexStr << std::setw(2) << static_cast<int>(byte);}// 组装单行格式std::ostringstream line;line << typeName << " " << lengthStr << " " << hexStr.str();dumpResult.push_back(line.str());}return dumpResult;
}// ======================================
// 公开接口函数（符合规范8.5）
// ======================================
std::string ParseASN1HexString(const std::string& hexInput)
{try{// 保障性检查：输入完整性if (hexInput.empty()){throw std::invalid_argument("输入字符串为空");}// 严格转换HEX数据（包含验证）std::vector<unsigned char> bytes = HexStringToBytes(hexInput);// 核心解析过程ParsedSequence parsed = ParseASN1Sequence(bytes);// 格式化输出auto result = ASN1Dump(parsed);// 组合结果std::string output;for (auto& v : result){output += v + "\n";}return output;}catch (const std::exception& e){// 结构化错误处理（符合规范4.9）throw std::runtime_error(std::string("ASN1解析失败: ") + e.what() +"\n输入数据: " + hexInput);}
}

4.代码测试

int main()
{std::string ans1_text = "3077021f321171f81a5e0b5b6348549365b60691889e8499e21509634f2cf8e73626b20220611a1f010df10f999ffdfd24b9b458865919ff10d12c77547f74c7f7b5efed7e042078b6643339ba91202a0e005929f9162afa087b78db422f44a09c352bc30dc2cc04101ae5aacfe295350a42b96aa111ffcb94";auto rst = ParseASN1HexString(ans1_text);std::cout << "result:\n" << rst << std::endl;return 0;
}

测试结果：

result:
INTEGER 31 321171F81A5E0B5B6348549365B60691889E8499E21509634F2CF8E73626B2
INTEGER 32 611A1F010DF10F999FFDFD24B9B458865919FF10D12C77547F74C7F7B5EFED7E
OCTET_STRING 32 78B6643339BA91202A0E005929F9162AFA087B78DB422F44A09C352BC30DC2CC
OCTET_STRING 16 1AE5AACFE295350A42B96AA111FFCB94
http://www.dtcms.com/wzjs/84028.html

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