ASN1編解碼實現方法
阿新 • • 發佈：2019-01-25
目 錄
版本記錄 1
目 錄 1
第1章 概述 3
1.1 背景 3
1.2 ASN.1概念 3
1.3 TAG 4
第2章 開發工具 4
2.1 開發庫 4
2.2 輔助工具 5
第3章 JavaAsn1Compiler 6
3.1 定義ASN.1描述檔案 6
3.2 生成java程式碼 6
3.2.1 程式碼生成 6
3.2.2 程式碼案例 6
3.2.3 編解碼 7
3.3 總結 8
第4章 bouncycastle 8
4.1 編碼 8
4.1.1 確定編碼的檔案格式 8
4.1.2 構造ASN1對映類 9
4.2 解碼 11
4.2.1 定義實體結構 11
4.2.2 定義實體解析類 11
4.2.3 外部呼叫介面 12
第1章 概述
1.1 背景
系統與充值平臺的介面是檔案的方式，充值平臺將檔案內容以ASN.1方式進行編碼，系統需要根據ASN.1協議進行解碼。
關於ASN.1開發的資料，網上資料非常少，特別是涉及到具體的語言，如java，資料、案例及第三方庫更是少之又少。從無到有是很困難的，為了防止後期其他系統還需要做類似介面，將其記錄為文章以便後查，文章會以充值介面作為案例進行介紹。
1.2 ASN.1概念
在電信和計算機網路領域，ASN.1(Abstract Syntax Notation one) 是一套標準，是描述資料的表示、編碼、傳輸、解碼的靈活的記法。它提供了一套正式、無歧義和精確的規則以描述獨立於特定計算機硬體的物件結構。
ASN.1 包括幾個標準化編碼規則，如基本編碼規則（BER） -X.209 、規範編碼規則（CER）、識別名編碼規則（DER）、壓縮編碼規則（PER）和 XML編碼規則（XER）。這些編碼規則描述瞭如何對 ASN.1 中定義的數值進行編碼，以便用於傳輸，而不管計算機、程式語言或它在應用程式中如何表示等因素。ASN.1 的編碼方法比許多與之相競爭的標記系統更先進，它支援可擴充套件資訊快速可靠的傳輸 — 在無線寬頻中，這是一種優勢。1984年，ASN.1 就已經成為了一種國際標準，它的編碼規則已經成熟並在可靠性和相容性方面擁有更豐富的歷程。
簡潔的二進位制編碼規則（BER、CER、DER、PER，但不包括 XER）可當作更現代 XML 的替代。然而，ASN.1 支援對資料的語義進行描述，所以它是比 XML 更為高階的語言。
ASN.1 的描述可以容易地被對映成 C 或 C++ 或 Java 的資料結構，並可以被應用程式程式碼使用，並得到執行時程式庫的支援，進而能夠對編碼和解碼 XML 或 TLV 格式的，或一種非常緊湊的壓縮編碼格式的描述。同時，ASN.1也是一種用於描述結構化實體的結構和內容的語言。
如：使用ASN.1語法可以這樣定義一個類：
Report ::= SEQUENCE {
author OCTET STRING,
title OCTET STRING,
body OCTET STRING,
biblio INTEGER
}
詳見《ASN.1編碼規則詳解》：http://wenku.baidu.com/view/33ba22d276eeaeaad1f3304c.html
注：在進行ASN1開發前，需要先閱讀上述文章，瞭解其中的一些基本概念。
1.3 TAG
由於TAG在ASN1中非常之重要，而且在對檔案進行解析時就是因為TAG的問題導致浪費了很多時間，因此這裡對其單獨介紹，不過只是提出概念，詳細描述還需參見相關規範。
TAG是對ASN1協議中每個資料域的標識，通過2.2的截圖可以看到，每個結點名稱後面都有一個數字，這個就TAG值。TAG有可分為四大類：UNIVERSAL、Context、Private、Application。詳見：http://wenku.baidu.com/view/33ba22d276eeaeaad1f3304c.html
第2章 開發工具
通常情況下，如果使用該協議進行互動，雙方應該規定出一個以ASN.1語法描述的協議檔案，類似webservice開發中的wsdl，然後各自系統使用相關工具進行編解碼。
2.1 開發庫
目前網上能查到的第三方免費工具，主要有JavaAsn1Comiler和bouncycastle子庫：
l JavaAsn1Comiler（JAC.jar）：
n 該工具可根據ASN.1協議描述檔案，生成對應的java類，同時提供的API介面非常友好，命名概念同理論基本一致，使用非常方便，但是前提是必須要有完整的ASN.1描述檔案，而且非常重要的一點使用限制是，該庫目前支援TAG值在0-127之間，即：如果協議中的資料使用了超過127的TAG值，則該庫無法支援，不可使用（否則會出現編碼錯誤，無法解析）。
n 該庫提供了相當豐富的使用案例，可參考其工程下的test目錄。
l bouncycastle(bcprov-jdk16-1.46.jar)
n 該工具沒有提供自動生成java程式碼的能力，如果要進行編解碼，則需要手動對協議中的類進行定義，並且自己呼叫相應的API實現編解碼。使用起來較JAC複雜，但是該庫對TAG值沒有限制，適合用在TAG值大於127的場景。
n 在使用該類進行解析時，由於沒有提供方便的API進行自動解析，因此需要手工編寫解析程式碼，比較鬱悶的是其幫助文件也沒有比較詳細的案例，最後的解碼操作還是通過閱讀其ASN1Dump類的實現方才完成。
2.2 輔助工具
由於經ASN.1編碼後的檔案是二進位制格式，無法直接閱讀，因此在開發過程中，為了能夠比較直觀的閱讀到其編碼後的記錄，需要藉助第三方工具來檢視編碼後的檔案內容。
網上有幾個檢視工具，但是最方便、最直觀的工具則是ASN1VE 2.1（未註冊版有功能限制，只能檢視編碼後的檔案），通過該軟體可以很輕鬆的檢視到檔案內容，截圖如下：
l 二進位制檢視：
l XML檢視
第3章 JavaAsn1Compiler
3.1 定義ASN.1描述檔案
通過通訊雙方約定的資料格式，使用ASN.1語法對其進行定義（參見1.2百度文庫），形成.asn檔案，如vc.asn。
3.2 生成java程式碼
3.2.1 程式碼生成
將編寫好的.asn檔案放到JAC.jar目錄，執行：
java -jar JAC.jar -d c:/jac_test -p vc vc.asn
引數描述：
-d：生成java程式碼檔案的儲存目錄；
-p：生成java程式碼的package；
3.2.2 程式碼案例
以下程式碼可從JavaAsn1Compiler工程的test目錄下獲取，ASN1檔案內容：
MiddleSeq ::= SEQUENCE
{
status [22] INTEGER,
location [APPLICATION 11] INTEGER
}
生成的java程式碼如下：
import com.turkcelltech.jac.*;
import com.chaosinmotion.asn1.Tag;
public class MiddleSeq extends Sequence
{
public ASN1Integer status = new ASN1Integer("status");
public ASN1Integer location = new ASN1Integer("location");
public
MiddleSeq()
{
super();
setUpElements();
}
public
MiddleSeq(String name)
{
super(name);
setUpElements();
}
protected void
setUpElements()
{
super.addElement(status);
status.setTagClass(Tag.CONTEXT);
status.setTagNumber(22);
super.addElement(location);
location.setTagClass(Tag.APPLICATION);
location.setTagNumber(11);
/* end of element setup */
}
}
3.2.3 編解碼
// 編碼
ByteArrayOutputStream outStream = new ByteArrayOutputStream();
BerOutputStream out = new BerOutputStream(outStream);
MiddleSeq ms = new MiddleSeq();
ms.status.setValue(2);
ms.location.setValue(314);
ms.encode(out);
// 解碼
ByteArrayInputStream inputStream;
BerInputStream in;
inputStream = new ByteArrayInputStream(outStream.toByteArray());
in = new BerInputStream(inputStream);
MiddleSeq decode_ms = new MiddleSeq("decode_ms");
decode_ms.decode(in);
System.out.println("ms.status=" + decode_ms.status.getValue());
可見編解碼非常簡單，如果是巢狀結構，只要對最外層物件執行encode/decode操作即可。
3.3 總結
使用該庫在有ASN1協議描述檔案時，開發ASN1編解碼非常容易，缺點就是不支援超過127的TAG值。
第4章 bouncycastle
bouncycastle(簡稱bc)包含了一系列的java編解碼工具，ASN1只是其中的一類。在沒有ASN1協議描述檔案的情況下，結合ASN1VE工具，可以進行相關的編解碼開發，雲南服務質量管理系統與VC充值平臺正是使用這種方式開發的。
4.1 編碼
在雲南服務質量管理系統中，實際上並沒用用到ASN1編碼的知識，但是在從零開始的背景下，為了更好的學習和理解ASN1的編碼格式，這裡便開發了一個編碼模型。
4.1.1 確定編碼的檔案格式
由於沒有ASN1檔案，只有編碼後的檔案，因此需要通過ASN1VE來檢視編碼後是什麼格式，如圖所示：
通過上圖可以看出整個檔案的組織結構、每個資料域對應的TAG值以及TAG的型別(Application)。但是ASN1的編碼有多種方式，如：BER/DER/PER等，bc庫提供的API就包含了BER和DER兩種型別，為了確定具體的編碼格式，利用b
版本記錄 1
目 錄 1
第1章 概述 3
1.1 背景 3
1.2 ASN.1概念 3
1.3 TAG 4
第2章 開發工具 4
2.1 開發庫 4
2.2 輔助工具 5
第3章 JavaAsn1Compiler 6
3.1 定義ASN.1描述檔案 6
3.2 生成java程式碼 6
3.2.1 程式碼生成 6
3.2.2 程式碼案例 6
3.2.3 編解碼 7
3.3 總結 8
第4章 bouncycastle 8
4.1 編碼 8
4.1.1 確定編碼的檔案格式 8
4.1.2 構造ASN1對映類 9
4.2 解碼 11
4.2.1 定義實體結構 11
4.2.2 定義實體解析類 11
4.2.3 外部呼叫介面 12
第1章 概述
1.1 背景
系統與充值平臺的介面是檔案的方式，充值平臺將檔案內容以ASN.1方式進行編碼，系統需要根據ASN.1協議進行解碼。
關於ASN.1開發的資料，網上資料非常少，特別是涉及到具體的語言，如java，資料、案例及第三方庫更是少之又少。從無到有是很困難的，為了防止後期其他系統還需要做類似介面，將其記錄為文章以便後查，文章會以充值介面作為案例進行介紹。
1.2 ASN.1概念
在電信和計算機網路領域，ASN.1(Abstract Syntax Notation one) 是一套標準，是描述資料的表示、編碼、傳輸、解碼的靈活的記法。它提供了一套正式、無歧義和精確的規則以描述獨立於特定計算機硬體的物件結構。
ASN.1 包括幾個標準化編碼規則，如基本編碼規則（BER） -X.209 、規範編碼規則（CER）、識別名編碼規則（DER）、壓縮編碼規則（PER）和 XML編碼規則（XER）。這些編碼規則描述瞭如何對 ASN.1 中定義的數值進行編碼，以便用於傳輸，而不管計算機、程式語言或它在應用程式中如何表示等因素。ASN.1 的編碼方法比許多與之相競爭的標記系統更先進，它支援可擴充套件資訊快速可靠的傳輸 — 在無線寬頻中，這是一種優勢。1984年，ASN.1 就已經成為了一種國際標準，它的編碼規則已經成熟並在可靠性和相容性方面擁有更豐富的歷程。
簡潔的二進位制編碼規則（BER、CER、DER、PER，但不包括 XER）可當作更現代 XML 的替代。然而，ASN.1 支援對資料的語義進行描述，所以它是比 XML 更為高階的語言。
ASN.1 的描述可以容易地被對映成 C 或 C++ 或 Java 的資料結構，並可以被應用程式程式碼使用，並得到執行時程式庫的支援，進而能夠對編碼和解碼 XML 或 TLV 格式的，或一種非常緊湊的壓縮編碼格式的描述。同時，ASN.1也是一種用於描述結構化實體的結構和內容的語言。
如：使用ASN.1語法可以這樣定義一個類：
Report ::= SEQUENCE {
author OCTET STRING,
title OCTET STRING,
body OCTET STRING,
biblio INTEGER
}
詳見《ASN.1編碼規則詳解》：http://wenku.baidu.com/view/33ba22d276eeaeaad1f3304c.html
注：在進行ASN1開發前，需要先閱讀上述文章，瞭解其中的一些基本概念。
1.3 TAG
由於TAG在ASN1中非常之重要，而且在對檔案進行解析時就是因為TAG的問題導致浪費了很多時間，因此這裡對其單獨介紹，不過只是提出概念，詳細描述還需參見相關規範。
TAG是對ASN1協議中每個資料域的標識，通過2.2的截圖可以看到，每個結點名稱後面都有一個數字，這個就TAG值。TAG有可分為四大類：UNIVERSAL、Context、Private、Application。詳見：http://wenku.baidu.com/view/33ba22d276eeaeaad1f3304c.html
第2章 開發工具
通常情況下，如果使用該協議進行互動，雙方應該規定出一個以ASN.1語法描述的協議檔案，類似webservice開發中的wsdl，然後各自系統使用相關工具進行編解碼。
2.1 開發庫
目前網上能查到的第三方免費工具，主要有JavaAsn1Comiler和bouncycastle子庫：
l JavaAsn1Comiler（JAC.jar）：
n 該工具可根據ASN.1協議描述檔案，生成對應的java類，同時提供的API介面非常友好，命名概念同理論基本一致，使用非常方便，但是前提是必須要有完整的ASN.1描述檔案，而且非常重要的一點使用限制是，該庫目前支援TAG值在0-127之間，即：如果協議中的資料使用了超過127的TAG值，則該庫無法支援，不可使用（否則會出現編碼錯誤，無法解析）。
n 該庫提供了相當豐富的使用案例，可參考其工程下的test目錄。
l bouncycastle(bcprov-jdk16-1.46.jar)
n 該工具沒有提供自動生成java程式碼的能力，如果要進行編解碼，則需要手動對協議中的類進行定義，並且自己呼叫相應的API實現編解碼。使用起來較JAC複雜，但是該庫對TAG值沒有限制，適合用在TAG值大於127的場景。
n 在使用該類進行解析時，由於沒有提供方便的API進行自動解析，因此需要手工編寫解析程式碼，比較鬱悶的是其幫助文件也沒有比較詳細的案例，最後的解碼操作還是通過閱讀其ASN1Dump類的實現方才完成。
2.2 輔助工具
由於經ASN.1編碼後的檔案是二進位制格式，無法直接閱讀，因此在開發過程中，為了能夠比較直觀的閱讀到其編碼後的記錄，需要藉助第三方工具來檢視編碼後的檔案內容。
網上有幾個檢視工具，但是最方便、最直觀的工具則是ASN1VE 2.1（未註冊版有功能限制，只能檢視編碼後的檔案），通過該軟體可以很輕鬆的檢視到檔案內容，截圖如下：
l 二進位制檢視：
l XML檢視
第3章 JavaAsn1Compiler
3.1 定義ASN.1描述檔案
通過通訊雙方約定的資料格式，使用ASN.1語法對其進行定義（參見1.2百度文庫），形成.asn檔案，如vc.asn。
3.2 生成java程式碼
3.2.1 程式碼生成
將編寫好的.asn檔案放到JAC.jar目錄，執行：
java -jar JAC.jar -d c:/jac_test -p vc vc.asn
引數描述：
-d：生成java程式碼檔案的儲存目錄；
-p：生成java程式碼的package；
3.2.2 程式碼案例
以下程式碼可從JavaAsn1Compiler工程的test目錄下獲取，ASN1檔案內容：
MiddleSeq ::= SEQUENCE
{
status [22] INTEGER,
location [APPLICATION 11] INTEGER
}
生成的java程式碼如下：
import com.turkcelltech.jac.*;
import com.chaosinmotion.asn1.Tag;
public class MiddleSeq extends Sequence
{
public ASN1Integer status = new ASN1Integer("status");
public ASN1Integer location = new ASN1Integer("location");
public
MiddleSeq()
{
super();
setUpElements();
}
public
MiddleSeq(String name)
{
super(name);
setUpElements();
}
protected void
setUpElements()
{
super.addElement(status);
status.setTagClass(Tag.CONTEXT);
status.setTagNumber(22);
super.addElement(location);
location.setTagClass(Tag.APPLICATION);
location.setTagNumber(11);
/* end of element setup */
}
}
3.2.3 編解碼
// 編碼
ByteArrayOutputStream outStream = new ByteArrayOutputStream();
BerOutputStream out = new BerOutputStream(outStream);
MiddleSeq ms = new MiddleSeq();
ms.status.setValue(2);
ms.location.setValue(314);
ms.encode(out);
// 解碼
ByteArrayInputStream inputStream;
BerInputStream in;
inputStream = new ByteArrayInputStream(outStream.toByteArray());
in = new BerInputStream(inputStream);
MiddleSeq decode_ms = new MiddleSeq("decode_ms");
decode_ms.decode(in);
System.out.println("ms.status=" + decode_ms.status.getValue());
可見編解碼非常簡單，如果是巢狀結構，只要對最外層物件執行encode/decode操作即可。
3.3 總結
使用該庫在有ASN1協議描述檔案時，開發ASN1編解碼非常容易，缺點就是不支援超過127的TAG值。
第4章 bouncycastle
bouncycastle(簡稱bc)包含了一系列的java編解碼工具，ASN1只是其中的一類。在沒有ASN1協議描述檔案的情況下，結合ASN1VE工具，可以進行相關的編解碼開發，雲南服務質量管理系統與VC充值平臺正是使用這種方式開發的。
4.1 編碼
在雲南服務質量管理系統中，實際上並沒用用到ASN1編碼的知識，但是在從零開始的背景下，為了更好的學習和理解ASN1的編碼格式，這裡便開發了一個編碼模型。
4.1.1 確定編碼的檔案格式
由於沒有ASN1檔案，只有編碼後的檔案，因此需要通過ASN1VE來檢視編碼後是什麼格式，如圖所示：
通過上圖可以看出整個檔案的組織結構、每個資料域對應的TAG值以及TAG的型別(Application)。但是ASN1的編碼有多種方式，如：BER/DER/PER等，bc庫提供的API就包含了BER和DER兩種型別，為了確定具體的編碼格式，利用b