ASN.1探索 － 3 编码规则与传输语法（1 - BER）
转自： http://wmfbravo.blog.163.com/
感谢： wmfbravo
3 编码规则和传输语法
本章主要介绍BER和PER两种编码规则及其衍生规则。
3.1 BER
3.1.1 基本规则
BER（Basic Encoding Rules）是ASN.1中最早定义的编码规则，在讨论详细编码规则时，我们是基于正确的抽象描述上。BER传输语法的格式一直是TLV三元组<Type, Length, Value>也可以认为是<Tag, Length, Value>，见Figure 3-1。TLV每个域都是一系列八位组，对于组合结构，其中V还可以是TLV三元组，见Figure 3-2。BER传输语法是基于八位组（为了避免不同系统上的混淆，没有采用Byte为单位）的，自定界的编码，因为其中L明确界定了八位组的长度。BER是大端编码的，其八位组的高位比特在左手边，见Figure 3-3。
BER编码中的Tag（通常是一个八位组），指明了值的类型，其中一个比特表征是基本类型还是组合类型。Tag有如下两种形式：
Figure 3-4 Tag的两种形式
当Tag不大于30时，Tag只在一个八位组中编码；当Tag大于30时，则Tag在多个八位组中编码。在多个八位组中编码时，第一个八位组后五位全部为1，其余的八位组最高位为1表示后续还有，为0表示Tag结束。Tag的值需要将上图中黄色部分拼接后才能得到。
BER编码中Length表示Value部分所占八位组的个数，有两大类：定长方式（Definite Form）和不定长方式（Indefinite Form）；在确定方式中，按照Length所占的八位组个数又分为短、长两种形式。具体如下：
Figure 3-5 Length的三种形式
采用定长方式，当长度不大于127个八位组时，Length只在一个八位组中编码；当长度大于127时，在多个八位组中编码，此时第一个八位组低七位表示的是Length所占的长度，后续八位组表示Value的长度。
采用不定长方式时，Length所在八位组固定编码为0x80，但在Value编码结束后以两个0x00结尾。这种方式使得可以在编码没有完全结束的情况下，可以先发送部分消息给对方。
BER编码规则的Object Identifier注册为{joint-iso-itu-t(2) asn1(1) base-encoding(1)}，其Object Description为“"Basic Encoding of a single ASN.1 type”。
3.1.2 各类型的编码
本小节中以UNIVERSAL Tag和短型Value为例，讨论各种类型的BER编码，重点关注Value部分。在举例中，n10表示数字n是十进制数。
I. BOOLEAN
只能以primitive方式编码。
FALSE的编码为：
Figure 3-6 BOOLEAN: FALSE的编码
TRUE的编码（任何不是全0都可以）为：
或者：
Figure 3-7 BOOLEAN: TRUE的编码
II. NULL
只能以primitive方式编码，且只有一个值：
Figure 3-8 NULL的编码
III. INTEGER
只能以primitive方式编码。
我们分编、解码两个过程，正数、负数两种情况来讨论。
1) 编码过程：
Figure 3-9 INTEGER编码过程
l 对于正数，如果最高比特位为0则直接编码；如果为1，则在最高比特位之前增加一个全0的八位组。
l 对于负数，先取绝对值，再取反，最后加1。
2) 解码过程：
Figure 3-10 INTEGER解码过程
基于前面所述的规则，整数-27,066的编码为：
Figure 3-11 整数-27,066的编码
IV. ENUMERATED
ENUMERATED的值按照前面整数值的规则编码。
V. REAL
Figure 3-12 REAL类型编码
VI. BIT STRING
可以primitive方式编码或者constructed方式编码。
采用primitive方式，对'1011011101011'B的编码规则如下：
Figure 3-13 BIT STRING: '1011011101011'B的primitive form编码
注意在'1011011101011'B前增加了一个八位组，取值为0到7，表征这个值最后补位的个数。由发送方决定补位采用0还是1。
如果BIT STRING的值为空，则编码时，长度为1，补充的八位组为全0。
Figure 3-14 BIT STRING值为空的编码
constructed方式是在发送时，有部分编码还不能确定时采用的，前一个值的编码如下：
Figure 3-15 BIT STRING: '1011011101011'B的constructed form编码
注意Length部分采用的是不定长编码。
VII. OCTET STRING
与BIT STRING类似，但是不需要增加表征补充位个数的八位组。
VIII. OBJECT IDENTIFIER
只能以primitive方式编码。
编码时，第一个八位组采用公式：first_arc * 40+second_arc。
Table 3-1 OBJECT IDENGTIFIER第一个八位组解码
对{iso member-body f(250) type-org(1) ft(16) asn1-book(9)}的编码为：
Figure 3-16 OBJECT IDENTIFIER编码示例
注意对250的编码方式。
IX. RELATIVE-OID
与OBJECT IDENTIFIER类似，但是不需要对注册树前两段进行特殊处理。对{f(250) type-org(1) ft(16) asn1-book(9)}的编码为：
Figure 3-17 RELATIVE-OID编码示例
X. 字符串和日期
和OCTET STRING编码类似，只是Tag不同。
XI. SEQUENCE
肯定时constructed形式的。
在编码SEQUENCE时，其每个成员都要以TLV三元组方式编码，而且顺序要与SEQUENCE定义的一致。对于标记为DEFAULT的成员，即使发送方应用层给出了值，也是有发送者决定是否对该成员进行编码。
对如下定义：
v SEQUENCE { age INTEGER, single BOOLEAN } ::=
{ age 24, single TRUE }
的编码为：
Figure 3-18 SEQUENCE编码示例
如果SEQUENCE定义中包括扩展符，则省略；如果有扩展的成员则编码。
XII. SET
与SEQUENCE类似，但是成员顺序有发送者决定。
XIII. SEQUENCE OF
SEQUENCE OF的Tag与SEQUENCE相同，编码规则也相同。
对定义为：
triplet SEQUENCE OF INTEGER ::= {2, 6, 5}
的编码为：
Figure 3-19 SEQUENCE OF编码示例
XIV. SET OF
与SEQUENCE OF类似。
XV. CHOICE
严格说CHOICE类型在编码中并不存在，只是在描述中体现一种关系。编码时，是按照具体被选择的成员编码规则编码的。
对定义为：
famous CHOICE { name VisibleString, nobody NULL } ::= name:"Perec"
的编码为：
Figure 3-20 CHOICE编码示例
如果CHOICE类型显式（EXPLICIT）指定了Tag，那么该Tag应当以constructed方式编码，具体在XVI. 中讨论。
如果CHOICE类型包含有扩展符则忽略；如果有扩展成员则编码。
XVI. Tagged Value
如果一个类型的Tag是隐式（IMPLICIT）的（或者在模块定义中声明了IMPLICIT TAGS或者AUTOMATIC TAGS），则只有出现在关键字IMPLICIT左侧的Tag才会被编码。
如定义：
v [1] IMPLICIT INTEGER ::= -38
的编码为：
Figure 3-21 IMPLICIT TAG编码示例
如果一个类型的Tag是显式（EXPLICIT）的（或者在模块定义中声明了EXPLICIT TAGS），则要以constructed方式编码三元组系列。
如定义：
v [APPLICATION 0] EXPLICIT INTEGER ::= 38
的编码为：
Figure 3-22 EXPLICIT TAG编码示例
注意第一个Tag是APPLICTION、constructed方式，Length是后续八位组的长度。
XVII. 子类型约束
因为子类型约束是在BER编码规则之后被引入ASN.1的，所以在编码规则中不能体现约束。
XVIII. EXTERNAL
该类型不推荐使用，略。
XIX. INSTANCE OF
定义为：
v INSTANCE OF TYPE-IDENTIFIER ::=
{
type-id {iso member-body f(250) type-org(1) ft(16) asn1-book(9)
chapter18(5) integer-type(0)},
value INTEGER:5
}
的编码应当和如下一个SEQUENCE类型的值相同：
{ direct-reference {iso member-body f(250) type-org(1) ft(16) asn1-book(9)
chapter18(5) integer-type(0)},
encoding single-ASN1-type:INTEGER:5 }
编码为：
Figure 3-23 INSTANCE OF的编码示例
XX. EMBEDDED PDV
EMBEDDED PDV的编码和其等效的SEQUENCE结构编码类似。其嵌入部分的编码，应该是遵循identification成员指定的规则。
XXI. CHARACTER STRING
CHARACTER STRING的编码和其等效的SEQUENCE结构编码类似。其嵌入字符串部分的编码，应该是遵循identification成员指定的规则。
XXII. Information Objects and Object Sets
信息对象和对象集合永远都不编码。如前所述，传递他们所包含信息的途径是在值定义或者类型定义中引用他们。这样的结果，不是在编码中出现了这些信息，而是ASN.1编译器在生成编解码器时，会按照这些信息生成相应的约束表。
XXIII. Value Set
值集合的编码按照对应类型的编码规则进行。
3.1.3 BER编码规则的属性
l BER编码规则是机器无关的：通讯应用可以很容易支持大端和这种编码格式；而且能支持各种不同的整数长度。
l BER的传输语法是十分冗长的：T和L很多情况下都是可以省略的，但是这种冗余信息一些情况下也有显著的优势，它能很好的保藏抽象语法结构，BER传输语法能容易升级而且向上兼容。如每个类型都可以用CHOICE来代替：
T ::= IA5String -- old version
可以更新为：
T ::= CHOICE {
iA5String IA5String,
universalString UniversalString } -- new version
当旧的解码器收到universalString时，它可以明确知道收到的不是iA5String，而且知道具体长度，可以很容易忽略这个信元。
在此基础上，可以看出，BER规则中SEQUENCE、SET都是缺省可扩展的。另外，对ENUMERATED，BER也没有对边界进行限定，因此也是可扩展的。
当整个抽象语法都是显式（EXPLICIT）Tag时，解码器能在不了解具体抽象语法的情况下解码，能以更为用户友好的方式展示结果。如对BOOLEAN类型显示为“TRUE”或者“FALSE”而不是码字。
置于长度，如果系统性的使用长度，可以根据使用情况更为有效传递，而不用严格传输诸如SIZE（200）。
当然，BER的优势在某些方面也成了不足之处，这也导致了其它编码规则的产生。
3.1.4 一个完整的例子
这里，以一个HTTP的片段作为示例：
MyHTTP DEFINITIONS AUTOMATIC TAGS ::=
BEGIN
GetRequest ::= SEQUENCE
{
header-only BOOLEAN,
lock BOOLEAN,
accept-types AcceptTypes,
url Url,
...
}
AcceptTypes ::= SET
{
standards BIT STRING {html(0), plain-text(1), gif(2),
jpeg(3)} (SIZE (4)) OPTIONAL,
others SEQUENCE OF VisibleString (SIZE (4))
OPTIONAL
}
Url ::= VisibleString (FROM ("a".."z"|"A".."Z"|"0".."9"|"./-_~%#"))
v GetRequest ::=
{
header-only TRUE,
lock FALSE,
accept-types { standards {html,plain-text} },
url "www.asn1.com"
}
END
值v对应的BER编码结果为：
Figure 3-24 BER编码示例