X.509證書的編碼及解析：程序解析以及winhex模板解析
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一、證書的整體結構：證書內容、簽名算法、簽名結果。
用ASN.1語法描述如下：
Certificate::=SEQUENCE{
tbsCertificate TBSCertificate,
signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,
signatureValue BIT STRING
}其中，簽名算法為CA對tbsCertificate進行簽名所使用的算法；類型為AlgorithmIdentifier，其ASN.1語法描述如下：
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}其中，algorithm給出了算法的OID；可選的parameters給出算法的參數(shù)。
需要注意，algorithm同時說明了雜湊算法和數(shù)字簽名算法，常見的有：(1)MD5wihRSAEncryption, MD5 Hash函數(shù)和RSA簽名算法配合使用，OID為1.2.840.113549.1.1.4。(2)SHA1withRSAEncryption, SHA-1 Hash函數(shù)和RSA簽名算法配合使用，OID為1.2.840.113549.1.1.5。
簽名結果是CA對tbsCertificate進行簽名的結果，類型為BIT STRING。
證書內容是需要被CA簽名的信息，ASN.1語法描述如下：
TBSCertificate::=SEQUENCE{
version [0] EXPLICIT Version DEFAULT v1,
serialNumber CertificateSerialNumber,
signature AlgorithmIdentifier,
issuer Name,
validity Validity,
subject Name,
subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
issuerUniqueID [1] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
subjectUniqueID [2] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
extensions [3] EXPLICIT Extensions OPTIONAL
}其中，issuerUniqueID和subjectUniqueID只能在版本2或者3中出現(xiàn)；extensions只能在版本3中出現(xiàn)。
下面我們逐一說明TBSCertificate中的每一個字段。
1>版本號
版本(version)為整數(shù)格式。到目前為止，證書格式的版本只有v1、v2、v3，分別用整數(shù)0、1、2表示。
其類型Version的ASN.1描述如下：
Version::=INTEGER {v1(0),v2(1),v3(2)}目前最常用的版本是v3。
2>序列號
證書序列號(serialNumber)為整數(shù)格式。
其類型CertificateSerialNumber的ASN.1描述如下：
CertificateSerialNumber::=INTEGER
證書序列號用來在某一個CA范圍內唯一地標識一張證書。由此，“簽發(fā)者”和“證書序列號”配合起來就能唯一地標識一張數(shù)字證書。在很多PKI的通信協(xié)議中使用的就是這種方式。
RFC 3280標準要求證書序列號必須是正整數(shù)，且長度不應該大于20字節(jié)。
3>簽名算法
簽名算法(signature)給出了CA簽發(fā)證書時所使用的數(shù)字簽名算法，它的類型與signatureAlgorithm的類型相同，都為AlgorithmIdentifier，它們的值必須一致，否則該證書無效。
4>簽發(fā)者和主體
證書的簽發(fā)者(issuer)和證書主體(subject)分別標識了簽發(fā)證書的CA實體和證書持有者實體，兩者類型均為Name。ASN.1描述如下：
Name::=CHOICE{
RDNSequence
}
RDNSequence::=SEQUENCE OF RelativeDistinguishedName
RelativeDistinguishedName::=SET OF AttributeTypeAndValue
AttributeTypeAndValue::=SEQUENCE{
type AttributeType,
value AttributeValue
}
AttributeType::=OBJECT IDENTIFIER
AttributeValue::=ANY DEFINED BY AttributeType證書的簽發(fā)者和證書主體用X.509 DN表示，DN是由RDN構成的序列。RDN用“屬性類型=屬性值”的形式表示。常用的屬性類型名稱以及簡寫如下：
| 屬性類型名稱 | 含義 | 簡寫 |
| Common Name | 通用名稱 | CN |
| Organizational Unit name | 機構單元名稱 | OU |
| Organization name | 機構名 | O |
| Locality | 地理位置 | L |
| State or province name | 州/省名 | S |
| Country | 國名 | C |
5>有效期
證書有效期(validity)給出證書的有效使用期，包含起、止兩個時間值。時間值可以使用UTCTime或者GeneralizedTime的形式表示。ASN.1描述如下：
Validity::=SEQUENCE{
notBefore Time,
notAfter Time
}
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalTime GeneralizedTime
}6>主體公鑰信息
主體公鑰信息(subjectPublicKeyInfo)給出了證書所綁定的加密算法和公鑰。其ASN.1描述如下：
SubjectPublicKeyInfo::=SEQUENCE{
algorithm AlgorithmIdentifier,
subjectPublicKey BIT STRING
}其中，algorithm表示被綁定的、證書主體持有的公鑰密碼算法；subjectPublicKey是具體的公鑰數(shù)據，內容和格式依算法不同而異。對于RSA算法，它包含公鑰參數(shù)e和n。
7>簽發(fā)者唯一標識符和主體唯一標識符
簽發(fā)者唯一標識符(issuerUniqueID)和主體唯一標識符(subjectUniqueID)給出了證書簽發(fā)者和證書主體的唯一標識符。UniqueIdentifier類型的ASN.1描述如下：
UniqueIdentifier::=BIT STRING
二、證書編碼
針對ASN.1的語法，編碼可以采用“TLV”方式，即依次對數(shù)據的類型(type)、長度(length)、值(value)編碼，這樣就可以完整地表示一個特定類型的數(shù)據?！癟LV”方式的編碼有多種，下面介紹DER這種編碼方式。都是big-endian字節(jié)序。
1.簡單類型的編碼
1>BOOLEAN：01
布爾類型，兩種取值：TRUE(0xFF)、FALSE(0x00)。
編碼為：
T L V TRUE 01 01 FF FALSE 01 01 00
2>INTEGER：02
整數(shù)類型。兩種情況：
第一種，數(shù)據長度不大于0x7F，稱為“短形式”，length占1字節(jié)，直接把長度賦給length。舉例：0x123456的DER編碼為：
T L V02 03 12 34 56
第二種，數(shù)據長度大于0x7F，稱為“長形式”，把數(shù)據長度L表示為字節(jié)碼，計算其長度n，然后把n與0x80進行“位或”運算的結果賦給length的第一個字節(jié)。舉例：0x1234...34(長0100字節(jié))，即n=2，編碼為：
T L V02 82 01 00 12 34 ... 34
此外，對于整數(shù)，還有正負的問題。規(guī)定value的最高位表示符號---0(+) 1(-) 負數(shù)用補碼表示。
1)對于正數(shù)，如最高位為1，則向左擴展00。
2)對于負數(shù)，如其補碼的最高位為0，則向左擴展FF。
3>BIT STRING：03
比特串的長度可能不是8的倍數(shù)，而DER編碼以字節(jié)為單位。故而，如果需要，則在比特串的最后填若干位“0”，使其長度達到8的倍數(shù)；在最前面增加1字節(jié)，寫明填充的位數(shù)。特別注意：value部分的第一字節(jié)，即表示填充位數(shù)的那個字節(jié)，也要計入數(shù)據的總長度。如果不需要填充，則第一字節(jié)也需要用00來表示填充位數(shù)。舉例：1011010010編碼為：
T L V03 03 06 B4 80
4>OCTET STRING：04
字節(jié)碼串。舉例：AB CD EF 01 23的編碼為：
T L V04 05 AB CD EF 01 23
5>NULL：05
編碼是固定的，value部分為空，一共兩字節(jié)：
T L05 00
6>OBJECT IDENTIFIER：06
對象標識符（OID），是一個用“.”隔開的非負整數(shù)組成的序列。下面說下OID的編碼設計：設OID=V1.V2.V3.V4.V5....Vn，則DER編碼的value部分規(guī)則如下：(1)計算40*V1+V2作為第一字節(jié)；(2)將Vi(i>=3)表示為128進制，每一個128進制位作為一個字節(jié)，再將除最后一個字節(jié)外的所有字節(jié)的最高位置1；(3)依次排列，就得到了value部分。舉例：OID=1.2.840.11359.1.1的編碼如下：
說明：Vi的最后一個字節(jié)不對最高位置1，系統(tǒng)以此來識別這里是這個字段的最后一字節(jié)。
7>PrintableString：13
表示任意長度的ASCII字符串。舉例：“Hello, world”的編碼為：
T L V13 0C 48 65 6C 6C 6F 2C 20 77 6F 72 6C 64
8>UTCTime：17
表示時間,可以用GMT格林威治時間(結尾標“Z”)來表示，或者是用本地時間和相對于GMT的偏移量來表示。
UTCTime的格式如下多種：
YYMMDDhhmmZ
YYMMDDhhmm+hh'mm'
YYMMDDhhmm-hh'mm'
YYMMDDhhmmssZ
YYMMDDhhmmss+hh'mm'
YYMMDDhhmmss-hh'mm'
其中，
YY：年的最后2位
MM：月，01-12
DD：日，01-31
hh：小時，00-23
mm：分鐘，00-59
ss：秒，00-59
Z/+/-：Z表示GMT時間，+/-表示本地時間與GMT時間的差距
hh’：與GMT的差
mm’：與GMT的差
舉例：北京時間2008年8月8日晚8時表示成UTCTime為：080808120000Z 或 080808200000-0800 其編碼為：
T L V17 0D 30 38 30 38 30 38 31 32 30 30 30 30 5A 或 T L V17 11 30 38 30 38 30 38 32 30 30 30 30 30 2D 30 38 30 30
9>GeneralizedTime：18
與UTCTime類似，差別只在于用4位數(shù)字表示“年”，以及“秒”可精確到千分位。舉例：北京時間2008年8月8日晚8時1分2.345秒表示成GeneralizedTime為：20080808120102.345Z 或 20080808200102.345-0800 其編碼為：
T L V18 13 32 30 30 38 30 38 30 38 31 32 30 31 30 32 2E 33 34 35 5A 或 T L V18 17 32 30 30 38 30 38 30 38 32 30 30 31 30 32 2E 33 34 35 2D 30 38 30 30
2.構造類型數(shù)據的編碼
1>序列構造類型：30
SEQUENCE與SEQUENCE OF的type相同，都是30。value部分為序列內所有項目的編碼的依次排列。length為這些項目編碼的總長度。舉例：一天中幾次溫度測量的結果：temperatureInADay SEQUENCE(7) OF INTEGER::={21,15,5,-2,5,10,5}, 其DER編碼為：
T L V30 15 02 01 15 02 01 0F 02 01 05 02 01 FE 02 01 05 02 01 0A 02 01 05
構造類型的定義中，常常包含CHOICE、ANY、OPTIONAL、DEFAULT等關鍵字，其編碼規(guī)則如下：
(1)CHOICE
多選一，按照實際選中的類型編碼。舉例：
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalizedTime GeneralizedTime
}若實際用到的類型是UTCTime，則數(shù)據用UTCTime的編碼規(guī)則編碼。
(2)ANY
類型依賴于另一個域的值，則按照實際類型編碼。舉例：
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}若algorithm的值表示RSA，則parameters按RSA算法的參數(shù)類型編碼；若algorithm的值表示Diffie-Hellman算法，則parameters按Diffie-Hellman算法的參數(shù)類型編碼。
(3)OPTIONAL
所標記的字段在實際中可能存在，也可能不存在。如果有值，則編碼；如果無值，則直接跳過。舉例：
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}實際中，如果沒有參數(shù)parameters，則相當于
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER
}(4)DEFAULT
如果所標記的字段在實際中正好等于缺省值，則可以編碼也可以不編碼，相當于是OPTIONAL；如果不等于缺省值，則應該如實編碼。舉例：
Certificate::=SEQUENCE{
version Version DEFAULT 0
......
}若version的值恰好等于0（缺省值），則可以不編碼；否則，必須按其類型編碼。
2>集合構造類型：31
SET和SET OF的type都是31，value部分包括集合內所有項目的編碼，length為其總長度。需要注意的是，集合構造類型中的各字段是并列的，邏輯上不分先后，但為了編碼的唯一性，在DER編碼中，編碼的排列是有一定順序的。SET按標簽的順序排列。舉例：
Name::=SET{
surname [0] PrintableString,
mid-name [1] PrintableString,
first-name [2] PrintableString
}編碼時則按照surname，mid-name，first-name的順序。
SET OF按字典升序排列，即將各項目的DER結果看做字節(jié)碼從小到大排列。舉例：一天中幾次溫度測量的結果：temperatureInADay SET(7) OF INTEGER::={21,15,5,-2,5,10,5}, 其DER編碼為：
T L V30 15 02 01 05 02 01 05 02 01 05 02 01 0A 02 01 0F 02 01 15 02 01 FE
由于排序需要一定的時間和空間代價，故而實際情況中，應避免使用集合構造類型。
3.標簽
僅僅以上的編碼規(guī)則是不夠的，會有些出現(xiàn)歧義的情況。比如：有相鄰的字段屬于相同的數(shù)據類型。type相同，則根據編碼的排列順序來區(qū)分他們。一旦其中有字段是可選的，解碼時就不能再僅僅根據排列順序來判斷下一個是哪個字段了，產生歧義。故而，引入了標簽，目的是把相同的type標簽為不同的type，以便區(qū)分。
標簽分為隱式標簽和顯式標簽兩種。分別如下：
隱式標簽：
舉例：
Contact::=SEQUENCE{
name PrintableString,
sex BOOLEAN,
title [0] IMPLICIT PrintableString OPTIONAL,
locality [1] IMPLICIT PrintableString OPTIONAL,
telephone [2] IMPLICIT PrintableString OPTIONAL,
fax [3] IMPLICIT PrintableString OPTIONAL
}DER編碼時，對于加了標簽的項目，按如下規(guī)則編碼：
對于簡單類型，type=80+tag序號；對于構造類型，type=A0+tag序號。length和value不變。
例如，上例中如果項目fax被賦值為“86-10-12345678”，則編碼為
T L V83 0E 38 36 2D 31 30 2D 31 32 33 34 35 36 37 38
顯式標簽：
舉例：（隱式標簽的例子）
Record::=SEQUENCE{
......
time [1] IMPLICIT Time OPTIONAL,
......
}
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalizedTime GeneralizedTime
}假設time被賦值為UTCTime類型的值080808120000Z，而由于隱式標簽的type編碼覆蓋了表示這一類型的type編碼，導致編碼時無法判斷time究竟是哪種類型，造成混亂。于是這里需要使用顯式標簽。運用顯式標簽，上例描述為：
Record::=SEQUENCE{
......
time [1] EXPLICIT Time OPTIONAL,
......
}
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalizedTime GeneralizedTime
}編碼規(guī)則如下：
T L V A0+Tag序號 原TLV格式編碼的總長度 原TLV格式編碼
上例中time=080808120000Z的編碼為：
T L V A1 0F 17 0D 30 38 30 38 30 38 31 32 30 30 30 30 5A
事實上，顯式標簽就是在原編碼外再封裝一層。
三、證書解析 C程序
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