13.openssl編程——ASN1庫

ANS.1(Abstract Syntax Notation One, X.208)，是一套靈活的標記語言，他允許定義多種數據類型，從integer、bit string、一類的簡單類型到結構化類型，如set和sequence，并且可以使用這些類型構建復雜類型。

DER編碼是ANS.1定義的將對象描述數據編碼成8位串值的編碼規則，他給出了對ANS.1值（對象的類型和值）的唯一編碼規則。

 

a  簡單類型

                     BIT STRING  任意0、1位串；

                     IA5String      任意IA5(ASCII)字符串；

                     INTEGER   任意一個整數；

                     NULL      空值；

                     OBJECT IDENTIFIER 一個對象標識號（一串整數），標識算法或屬性類型等對象；

                     OCTET STRING 8位串；

                     PrintableString       任意可打印字符串；

                     T61String       任意T.61（8位）字符串；

                     UTCTime       一個“協同世界時”或“格林威治標準時（G.M.T）”。

b    結構類型

                     結構類型由組件組成，ANS.1定義了四種結構類型：

                     SEQUENCE                  一個或多個類型的有序排列；

                     SEQUENCE OF            一個給定類型的0個或多個有序排列；

                     SET                             一個或多個類型的無序集合；

                     SET OF                     一個給定類型的0個或多個無序集合。

       c    帶標記類型

在一個應用內部區分類型的有效方法是使用標記，標記也同樣用于區分一個結構類型內部不同的組件。例如SET或SEQUENCE類型可選項通常使用上下文標記以避免混淆。有兩種標記類型的方法：隱式和顯式。隱式標記類型是將其它類型的標記改變，得到新的類型。隱式標記的關鍵字是IMPLICIT。顯式標記類型是將其它類型加上一個外部標記，得到新的類型。顯式標記的關鍵字是EXPLICIT。

為了進行編碼，隱式標記類型除了標記不同以外，可以視為與其基礎類型相同。顯式標記類型可以視為只有一個組件的結構類型。

      d    其它類型

類型和值用符號::=表示，符號左邊的是名字，右邊是類型和值。名字又可以用于定義其它的類型和值。

除了CHOICE類型、ANY類型以外，所有ANS.1類型都有一個標記，標記由一個類和一個非負的標記碼組成，當且僅當標記碼相同時，ANS.1類型是相同的。也就是說，影響其抽象意義的不是ANS.1類型的名字，而是其標記。

 

DER給出了一種將ASN.1值為8位串的方法。DER編碼包含三個部分：

標識(一個或多個8位串)：定義值的類和標記碼，指出是原始編碼還是結構化編碼

長度(一個或多個8位串):對于定長編碼，指出內容中8位串的個數；對于不定長編碼

內容（一個或多個8位串）：對于原始定長編碼，給出真實值，對于結構化編碼，給出個串聯結果

內容結束（一個或多個8位串）：對于結構化不定長編碼，標識內容結束，對于其他編碼，無此項。

 

表明ASN1語法中的true和flase。

其中0x01 (表示為BOOLEAN) 0x01(表示后面值的長度) 0x00（值）為本例BOOLEAN的DER編碼。

 

ANS1中OBJECT表明一個對象，每個對象有一個OID(object id)

其中0x06（表示為OBJECT類型） 0x03（值的長度） 0x55 0x04 0x0A

 

ANS1中的INTEGER類型用于表示整數。

其內容為：0x30 0x03 0x02（整數） 0x01 （整數值長度）0x55 (整數值)。

 

 

0x01 0x02的DER編碼：0x03（BIT STRING 類型） 0x02(長度) 0x01 0x02（比特值）

 

0x04（OCTET STRING） 0x02（長度） 0x01 0x02(值)

 

可打印字符

0x13(PRINTABLESTRING) 0x04（長度） 0x61 0x73 0x6E 0X31（即"asn1"）

 

ASN1_UTCTIME:表示時間

ASN1_GENERALIZEDTIME:表示時間

ASN1_VISIBLESTRING:存放可見字符

ASN1_UTF8STRING:用于存放utf8字符串，存放漢子需要將漢子轉換utf8字符串

ASN1_TYPE:用于存放任意類型

 

typedef struct asn1_string_st ASN1_INTGER;

ASN1_INTEGER

ASN1_ENUMERATED

ASN1_BIT_STRING

ASN1_OCTET_STRING

ASN1_PRINTABLESTRING

ASN1_T61STRING

ASN1_IAS5STRING

ASN1_UTCTIME

ASN1_GENERALIZEDTIME

ASN1_TIME

ASN1_GENERALSTRING

ASN1_TIME

ASN1_GENERALSTRING

ASN1_UNIVERSALSTRING

ASN1_BMPSTRING

ASN1_VISIBLESTRING

ASN1_UTF8STRING

ASN1_BOOLEAN

ASN1_NULL

 

四種基本的函數

new：用于生成一個新的數據結構

free:用于釋放該結構

i2d:用于將該內部數據結構轉換成DER編碼

d2i:用于將DER編碼轉換成內部數據結構

 

ASN1_INTEGER_ASN1_INTEGER_new（void）;

void *ASN1_INTEGER_free(ASN1_INTEGER *a)

ASN1_INTEGER *d2i_ASN1_INTEGER(ASN1_INTEGER **a, unsigned char **in, long ,len)

int i2d_ASN1_INTEGER(ASN1_INTEGER *a, unsigned char **out);

long ASN1_INTEGER_get(ASN1_INTEGER *a)

int ASN1_INTEGER_set(ASN1_INTEGER *a, long v)

 

當采用openssl的ASN.1庫編碼一個asn.1定義結構的時候，需要采用如下步驟

a.用ASN.1語法定義內部數據結構，并聲明函數

所謂內部數據結構，指的是openssl中用基本的數據類型按照ASN.1語法數據結構

以x509v4中正數有效期為例，正數有效期定義如下：

AttCertValidityPeriod::= SEQUENCE

{

notBeforeTime GeneralizedTime,

notAfterTime GenerailizedTime,

}

 

我們定義相應內部數據結構

typedef struct X509V4_VALID_st

{

ASN1_GENERALIZEDTIME *notBefore;

ASN1_GENERALIZEDTIME *notAfter;

} X509V4_VALID;

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(X509V4_VALID)

其中最后一行用于定義四個函數

X509V4_VALID *X509V4_VALID_new(void);

void *X509V4_VALID_free(X509V4_VALID *ａ)；

X509V4_VALID *d2i_ASN1_INTEGER(X509V4_VALID **a, unsgined char **in, long len);

 

b. 實現內部數據結構的四個基本函數

實現內部數據結構的基本函數，是通過一系列的紅來實現的。定義的模式如下，定義的模式如下，以屬性證書有效期為例，

/*X509V4_VALID*/

ASN1_SEQUENCE(X509V4_VALID) =

{

ASN1_SIMPLE(X509V4_VALID, notBefore, ASN1_GENERALIZEDTIME),

ASN1_SIMPLE(X509V4_VALID, notAfter, ASN1_GENERALIZEDTIME)

} ASN1_SEQUNCE_END(X509V4_VALID)

IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(X509V4_VALID)

這樣通過宏實現了一個asn.1定義結構的最基本的四個函數

 

openssl中ASN.1宏用來定義某種內部數據結構以及這種結構如何編碼，部分宏定義說明如下

a.DECLARE_ASN1_FUNCTIONS

用于聲明一個內部數據結構的四個基本函數，一般可以在頭文件中定義。

b.IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS

用于實現一個數據結構的四個基本函數

c.ASN1_SEQUENCE

用于SEQUENCE,表明下面的編碼是一個SEQUENCE.

d.ASN1_CHOICE

表明下面的編碼是選擇其中一項，為CHOICE類型

e.ASN1_SIMPLE

用于簡單類型或結構類型，并且是必須項。

f.ANS1_OPT

用于可選項，表明asn.1語法中，本項可選的。

g.ANS1_EXP_OPT

用于顯示標記，表明asn.1語法中，本項是顯示類型，并且是可選的。

h.ASN1_EXP

用于顯示標記，表明asn.1語法中，本項是顯示標記

i.ASN1_IMP_SEQUENCE_OF_OPT

用于隱示標記，表明asn.1語法中，本項是一個SEQUENCE序列，為隱的。

j.ASN1_IMP_OPT

用于隱示標記，表明asn.1語法中，本想是隱示類型，并且是可選的。

k.ASN1_SEQUENCE_END

用于SEQUENCE結束

l.ASN1_CHOICE_END

用于結束CHOICE類型。

 

ANS1的基本數據類型如下函數:new, free, i2d, d2i, i2a a2i print set get cmp和dup。

new函數用于分配空間，生成ASN1數據結構

free用于釋放空間

i2d函數用于ASN1數據結構轉換為DER編碼

d2i將DER編碼轉換為ASN1數據結構

i2a將內部結構轉換為ASCII碼

a2i將ASCII碼轉換為內部數據結構

set函數用于設置ASN1類型的值

get函數用于獲取ASN1類型值

print將ASN1類型打印

cmp用于比較ASN1數據結構

dup函數進行數據結構的拷貝。

 

常用的函數有：

a.int a2d_ASN1_OBJECT(unsigned char *out, int olen, const char *buf, int num)

功能：計算OID的DER編碼

b.int a2i_ASN1_INTEGER(BIO *bp, ASN1_INTEGER *bs, char *buf, int size)

功能：將bp中ASC碼轉換為ASN1_INTEGER,buf存放BIO中ASC碼

c.int a2i_ASN1_STRING(BIO *bp, ASN1_STRING *bs, char *buf, int size)

功能：將ASCII碼轉換為ASN1_STRING

d.unsigned char *asc2uni(const char *asc, int asclen, usngined char **uni, int *unilen)

功能：將ASCII碼轉換為unicode

e.int ASN1_BIT_STRING_get_bit(ASN1_BIT_STRING *a, int n)

功能：本函數根據n獲取比特位上的值

f.ASN1_BIT_STRING_set

設置ASN1_BIT_STRING的值，他調用ASN1_STRING_set函數

g.void *ASN1_d2i_bio(void *(xnew)(void), d2i_of_void *d2i, BIO *in, void **x)

對bio的數據DER解碼，xnew無意義，d2i為DER解碼函數，in為bio數據，x為數據類型，返回值為解碼后的結果。

h.void *ANS1_d2i_fp(void *(*xnew)(void), d2i_of_void *d2i, FILE *in, void **x)

將in只想的文件進行DER解碼，器內部調用了ASN1_d2i_b函數，用法與ASN1_d2i_b類似。

i.int ASN1_i2d_bio(i2d_of_void *i2d, BIO *out, unsigned char *x)

將ASN1數據結構DER編碼，并將結果寫入bio

j.int ASN1_i2d_fp(i2d_of_void *i2d, d2i_of_void *d2i, char *x)

ASN1數據復制。x為ASN1內部數據結構，本函數先將x通過i2d將他變成DER編碼，然后用d2i在DERb編碼結果

k.ASN1_ENUMERATED_set

設置ASN1_ENUMERATED的值

l.ASN1_ENUMERATED_get

獲取ASN1_ENUMERTED的值。

m.BIGNUM * ANS1_ENUMERATED_to_BN(ASN1_ENUMERATED *ai, BIGNUM *bn)

將ASN1_ENUMERATED類型轉換為BN大數類型。此函數調用BN_bin2bn函數獲取bn,如果ai->type表明他在調用BN_set_negative設置bn成負數。

n.int ASN1_parse_dump(BIO *bp, const unsigned char *pp, long len; int indent, int dump)

本函數用于將pp和len指明的DER編碼值寫在BIO中，其中indent和dump用于設置打印的格式。

o.int ASN1_sign(i2d_of_void *i2d, X509_ALGOR *algor1, X509_LAGOR *algor2, ANS1_BIT_STRING *data, EVP_PKEY *pkey, const EVP_MD *type)

對ASN1數據類型簽名。i2d為ASN1數據的DER方法，signature用于存放簽名結果，data為ASN1數據指針，pkey指明簽名密鑰，type為摘要算法，algor1和algor2無用，可全為NULL.簽名時，先將ASN1數據DER編碼，然后摘要，最后簽名運算

p.ASN1_STRING *ASN1_STRING_dup(ASN1_STRING *str)

ASN1_STRING類型拷貝。內部申請空間，需要用戶調用ASN1_STRING_free釋放該空間

q.int ASN1_STRING_cmp(ASN1_STRING *a, ASN1_STRING *b)

ASN1_STRING比較.ossl_typ.h中絕大多數ASN1基本類型都定義 ASN1_STRING,所以，此函數比較通用。

r.unsigned char *ASN1_STRING_data(ASN1_STRING *x)

獲取ASN1_STRING數據存放地址，即ASN1_STRING數據結構中data地址。

s.int ASN1_STRING_set(ASN1_STRING *str, const void *_data, int len)

設置ASN1字符串類型的值。str為ASN1_STRING地址,_data為設置值的首地址，len為被設置值的長度。

t.ASN1_STRING_TABLE *ASN1_STRING_TABLE_get(int nid)

根據nid來查找ASN1_STRING_TABLE表。此函數先查找標準表tbl_standard，再查找擴展表stable。

u.ASN1_STRING *ASN1-STRING_set_by_NID(ASN1_STRING **out, const unsigned char *in , int inlen, int inform, int nid)

根據nid和輸入值獲取對應的ASN1_STIRNG類型

static const ASN1_STRING_TABLE tbl_standard[] = {

{NID_commonName, 1, ub_common_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_countryName, 2, 2, B_ASN1_PRINTABLESTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_localityName, 1, ub_locality_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_stateOrProvinceName, 1, ub_state_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_organizationName, 1, ub_organization_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_organizationalUnitName, 1, ub_organization_unit_name, DIRSTRING_TYPE,

0},

{NID_pkcs9_emailAddress, 1, ub_email_address, B_ASN1_IA5STRING,

STABLE_NO_MASK},

{NID_pkcs9_unstructuredName, 1, -1, PKCS9STRING_TYPE, 0},

{NID_pkcs9_challengePassword, 1, -1, PKCS9STRING_TYPE, 0},

{NID_pkcs9_unstructuredAddress, 1, -1, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_givenName, 1, ub_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_surname, 1, ub_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_initials, 1, ub_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_serialNumber, 1, ub_serial_number, B_ASN1_PRINTABLESTRING,

STABLE_NO_MASK},

{NID_friendlyName, -1, -1, B_ASN1_BMPSTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_name, 1, ub_name, DIRSTRING_TYPE, 0},

{NID_dnQualifier, -1, -1, B_ASN1_PRINTABLESTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_domainComponent, 1, -1, B_ASN1_IA5STRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_ms_csp_name, -1, -1, B_ASN1_BMPSTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_rfc822Mailbox, 1, ub_rfc822_mailbox, B_ASN1_IA5STRING,

STABLE_NO_MASK},

{NID_jurisdictionCountryName, 2, 2, B_ASN1_PRINTABLESTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_INN, 1, 12, B_ASN1_NUMERICSTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_OGRN, 1, 13, B_ASN1_NUMERICSTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_SNILS, 1, 11, B_ASN1_NUMERICSTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_countryCode3c, 3, 3, B_ASN1_PRINTABLESTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_countryCode3n, 3, 3, B_ASN1_NUMERICSTRING, STABLE_NO_MASK},

{NID_dnsName, 0, -1, B_ASN1_UTF8STRING, STABLE_NO_MASK}

};

v.void ASN1_STRING_set_default_mask(unsigned long mask)

設置ASN1_STRING_set_by_NID函數返回的ASN1_STRING類型。

w.int ASN1_STRING_set_defualt_mask_asc(char *p)

設置ASN1_STRING_set_by_NID函數返回ASN1_STRING類型。字符串p可以的值由:nombstr, pkix\utf8only和defualt

x.int ASN1_STRING_TABLE_add(int nid, long minsize, long maxsize, usngiend long mask, unsigned long flags)

添加擴展ASN1_STRING_TABLE項

y.void ASN1_STRING_TABLE_cleanup(void)

清除用戶自建的擴展ASN1_STRING_TBALE表

z.int i2a_ASN1_INTEGER(BIO *bp, ASN1_INTEGER *a)

將整數轉換為ASCII碼，放在BIO中。

 

a1.int i2a_ASN1_STRING(BIO *bp, ASN1_STRING *a, int type)

type不起作用，將ASN1_STRING轉換為ASCII碼

b1.OBJ_bsearch

用于從排序好的數據結構地址數組中用二分法查找數據。

c1.OBJ_create

根據oid以及名稱信息生成一個你不的object

d1.OBJ_NAME_add

OBJ_NAME_cleanup

OBJ_NAME_get

OBJ_NAME_init

OBJ_NAME_remove

OBJ_NAME_new_index

OBJ_NAME_do_all

OBJ_NAME_do_all_sorted

OBJ_NAME函數用于根據名字獲取對稱算法或者摘要算法。

e1. int OBJ_new_nid(int num)

此函數將內部的new_nid加num，返回原nid

f1.const char *OBJ_nid2ln(int n)

根據nide得到對象的描述

g1.OBJ_nid2obj

根據nid得到對象

h1.const char *OBJ_nid2sn（int n）

根據nid得到的對象的sn(簡稱)

i1.OBJ_nid2obj

根據nid得到對象

j1.const char *OBJ_nid2sn(int n)

根據nid得到對象

k1.int OBJ_obj2nid(const ASN1_OBJECT *a)

根據對象獲取其nid;

l1 int OBJ_obj2nid(const ASN1_OBJECT *a)

根據對象獲取器nid；

m1 OBJ_obj2txt

根據對象獲取對象說明或者nid

n1.OBJ_txt2obj

根據sn或者ln得到的對象

 

對屬性證書（x509v4）編碼

typedef struct X509V4_VALID_st

{

ASN1_GENERALIZEDTIME *notBefor;

ASN1_GENERALIZEDTIME *notAfer;

}X509V4_VALID；

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(X509V4_VALID)

 

typedef struct ISSUERSERIAL_st

{

GENERAL_NBAMES *issuer;

ASN1_INTEGER *subjectSN;

ASN1_BIT_STRING *issuerUID;

} ISSUERSERIAL;

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(ISSUERSERIAL)

 

typedef struct OBJDIGEST_st

{

ASN1_ENUMERATE *digestType;

ASN1_OBJECT *otherType;

X509_ALGOR *digestAlg;

ASN1_BIT_STRING *digestBit;

} OBJDIGEST;

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(OBJDIGEST)

 

typedef struct ACHOLDER_st

{

ISSUERSERIAL *baseCertificateID;

GENERAL_NAMES *entiyName

OBJDIGEST *objDigest;

}ACHOLDER;

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(ACHOLDER)

 

typedef struct V2FORM_st

{

GENERAL_NAMES *entiyName;

issuerserial *baseCertificateID;

OBJDIGEST *objDigest;

}V2FORM;

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(V2FORM)

 

typedef struct ACISSUER_st

{

int type;

union

{

V2FORM *v2Form;

}form;

} ACISSUER;

DECLARE_ASN1_FUNCTIONS(ACISSUER)

 

 

ASN1_SEQUENCE(ISSUERSERIAL) = {

asn1_simple(issuerserial, ISSUER, GENERAL_NAMES),

ASN1_SIMPLE(ISSUERSERIAL, subjectSN, ASN1_INTEGER)

ASN1_OPT(ISSUERSERIAL, isserUID, ASN1_BIT_STIRNG)

}ASN1_SEQUENCE_END(ISSUERSERIAL)

IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(ISSUERSERIAL)

 

ASN1_SEQUENCE(OBJDIGEST) = {

ASN1_SIMPLE(OBJDIGEST, digestType, ASN1_ENUMERATED),

ASN1_OPT(OBJDIGEST, otherType, ASN1_OBJECT),

ASN1_SIMPLE(OBJDIGEST, digestAlg, X509_ALGOR)

ASN1_SIMPLE(OBJDIGEST, digestBit, ASN1_BIT_STRING)

} ASN1_SEQUENEC_END(OBJDIGEST)

IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(OBJDIGEST)

 

ASN1_SEQUENCE(X509V4_ALID) = {

ASN1_SIMPLE(X509V4_VALID, notBefore, ASN1_GENERALIZEDTIME)

ASN1_SIMPLE(X509V4_VALID, notAfer, ASN1_GENERALIZEDTIME)

}IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(X509V4_VALID)\

 

ASN1_SEQUENCE(X5409V4_CINF) = {

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, version, ASN1_INTEGER)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, holder, ACHOLDER)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, issuer, ACISSUER)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, signature, ACISSUER)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, serialNumber, ASN1_INTEGER)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, X509V4_VALID)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF,attributes, X509_ATTRIBUTE)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, issuerUID, ASN1_BIT_STRING)

ASN1_SIMPLE(X509V4_CINF, EXTENSIONS, x509_extension

}ASN1_SEQUENCE_END(X509V4_CINF)

IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(X509V4_CINF)

 

ASN1_SEQUENCE(X509V4) = {

ASN1_SIMPLE(X509V4, cert_info, X509V4_CINF)

ASN1_SIMPLE(X509V4, sig_alg, X509_ALGOR)

ASN1_SIMPLE(X509V4, signature, ASN1_BIT_STRING)

}ASN1_SEQUENCE_END(X5509V4)