密码学的基础:X.690和对应的BER CER DER编码
简介
之前我们讲到了优秀的数据描述语言ASN.1,很多协议标准都是使用ASN.1来进行描述的。对于ASN.1来说，只定义了数据的描述是不够的，它还规定了消息是如何被编码的，从而可以在不同的机器中进行通讯。
ASN.1支持一系列的编码规则，比如BER，DER,CER等。而X.690就是一个ITU-T的标准,它里面包含了一些对ASN.1进行编码的规则。
有人要问了，那么什么是ITU-T呢？
ITU-T的全称是International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector,也就是国际电联电信标准化部门，主要用来协调电信和信息通信技术标准。
X.690主要包含了Basic Encoding Rules (BER),Canonical Encoding Rules (CER)和Distinguished Encoding Rules (DER)这三种编码规则。
接下来，我们来看下这些编码规则的实现细节。
BER编码
BER的全称是Basic Encoding Rules,它是最早的编码规则，使用Tag-Length-Value(TLV)的格式对所有信息进行编码。
在BER中，每个数据元素都被编码为类型标识符、长度描述、实际数据元素，以及可选的内容结束标记，如下所示：
类型标识符|长度|实际数据|内容结束标记
---|---|---|---|---
Type|Length|Value|只用在不确定长度的情况
所有的编码都是以字节为单位的。
类型标识符
ASN.1的类型有下面几种，下表列出了ASN.1中类型和对应的十进制的关系：
| type名称 | 基础类型还是组合类型 | Number(十进制) |
|---|---|---|
| End-of-Content (EOC) | 基础类型 | 0 |
| BOOLEAN | 基础类型 | 1 |
| INTEGER | 基础类型 | 2 |
| BIT STRING | 两者皆可 | 3 |
| OCTET STRING | 两者皆可 | 4 |
| NULL | 基础类型 | 5 |
| OBJECT IDENTIFIER | 基础类型 | 6 |
| Object Descriptor | 两者皆可 | 7 |
| EXTERNAL | 组合类型 | 8 |
| REAL (float) | 基础类型 | 9 |
| ENUMERATED | 基础类型 | 10 |
| EMBEDDED PDV | 组合类型 | 11 |
| UTF8String | 两者皆可 | 12 |
| RELATIVE-OID | 基础类型 | 13 |
| TIME | 基础类型 | 14 |
| Reserved | 15 | |
| SEQUENCE and SEQUENCE OF | 组合类型 | 16 |
| SET and SET OF | 组合类型 | 17 |
| NumericString | 两者皆可 | 18 |
| PrintableString | 两者皆可 | 19 |
| T61String | 两者皆可 | 20 |
| VideotexString | 两者皆可 | 21 |
| IA5String | 两者皆可 | 22 |
| UTCTime | 两者皆可 | 23 |
| GeneralizedTime | 两者皆可 | 24 |
| GraphicString | 两者皆可 | 25 |
| VisibleString | 两者皆可 | 26 |
| GeneralString | 两者皆可 | 27 |
| UniversalString | 两者皆可 | 28 |
| CHARACTER STRING | 组合类型 | 29 |
| BMPString | 组合类型 | 30 |
| DATE | 基础类型 | 31 |
| TIME-OF-DAY | 基础类型 | 32 |
| DATE-TIME | 基础类型 | 33 |
| DURATION | 基础类型 | 34 |
| OID-IRI | 基础类型 | 35 |
| RELATIVE-OID-IRI | 基础类型 | 36 |
以上就是ASN.1中的类型和对应的值。接下来我们看下这些类型是怎么进行编码的。
ASN.1都是以字节为单位的，一个字节是8bits，其中7-8bits表示的是Tag class。2个bits可以表示4种class，如下：
| class | value | 描述 |
|---|---|---|
| Universal | 0 | ASN.1的native类型 |
| Application | 1 | 该类型仅对一种特定应用程序有效 |
| Context-specific | 2 | 这种类型依赖于context |
| Private | 3 |
6bit表示的是这个类型是简单类型还是组合类型，简单类型用0，组合类型用1。
还剩下5个bits，可以表示32个不同的值，但是对于ASN.1来说，它的类型是超出32范围的，所以这5个bits只用来表示0-30的值的范围。如下所示：
如果想要表示超出30范围的值，那么可以使用两个byte，如下：
前面一个byte的1-5bits全部用1表示，后面一个byte的第8bit用1表示，剩下的7个bits用来表示真实的值。
长度
type编码之后就是length编码，length编码有两种格式，一种是确定长度的length，一种是不确定长度的length。
如果数据的长度是可预见的，那么我们就可以使用确定长度的编码形式，如果长度是不确定的，那么就可以使用不确定长度的编码形式。
我们看下不同类型的长度编码形式：
首先，如果是确定长度，并且长度比较短的情况下，那么在8bit位设置为0,剩下的7个bits可以表示0-127范围的长度情况。
如果长度超过了127，那么可以在8bit设置为1，并且剩下的7个bits表示的是后面存储长度的byte个数,byte个数的范围是(1-126)。
如果是非固定长度，那么在8bit位设置为1,剩下的7bits设置为0。
所有bits都设置为1的是保留值。
在非固定长度的情况下，如果内容结束之后，需要额外附加一个byte表示的End-of-Contents，用来表示非固定长度编码已经结束了。
内容
Contents是跟在长度后面的byte字段，Contents的长度可以为0，表示没有Contents内容。
总体来看BER编码，通过类型+长度+具体的内容字段来组成的。
CER编码和DER编码
CER的全称是Canonical Encoding Rules, DER的全称是Distinguished Encoding Rules,这两个编码都是从BER衍生过来的,他们都是BER的变体。
为什么会有这两个变体呢？首先考虑一下BER的定义，BER是Basic Encoding Rules,它是一个非常基础的编码规则，在很多情况下并没有提供具体的编码实现规则，所以需要具体的实现者自行对基础协议进行扩展。
那么对应的，如果一个实现者声明自己是支持BER编码协议的，那么就意味着这个实现者需要支持所有BER可能的变体编码规则。
BER为我们提供了一个基础标准，它的可扩展性很强，虽然我们在架构或者系统应用中经常提到可扩展性，但是在某些情况下，可变性和可扩展性并不是我们所希望的。比如在密码学中，我们希望编码规则的是固定的。这样的情况就需要用到CER和DER编码。
CER和DER编码都是BER的扩展，他们和BER相比，只规定了一种具体的编码规则，所以他们的确定性更强。
CER和DER相比，CER使用的是不确定长度的格式，而DER使用的是确定长度的格式。这就是说DER中始终包含了前导的长度信息，而CER则是是用一个字节的内容结束符来表示编码的结束。
另外，在DER中，Bit string, octet string 和受限的字符串必须使用基础类型,不能使用组合类型。
DER被广泛使用在数字证书中，比如X.509。
总结
以上就是X.690和对应的BER CER DER编码详解，看完本篇文章，你又多会了一门语言，oh yeah！
更多内容请参考 http://www.flydean.com/47-x690-ber-cer-der/
最通俗的解读，最深刻的干货，最简洁的教程，众多你不知道的小技巧等你来发现！
欢迎关注我的公众号:「程序那些事」,懂技术，更懂你！
