ASN.1 Abstraktní syntaktická notace 1, Abstract Syntax Notation One Kódování BER, DER

Transkript

1 ASN.1 Abstraktní syntaktická notace 1, Abstract Syntax Notation One Kódování BER, DER Slovníček ASN.1 Abstract Syntax Notation One BER Basic Encoding Rules DER Distinguished Encoding Rules Jazyk ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) zavádí celosvětově jednoznačnou klasifikaci jednotlivých objektů a metody pro definice jejich vlastností v textové i číselné formě. ASN.1 se běžně používá v oblasti informačních technologií, bez ASN.1 se neobejdeme při čtení mnoha mezinárodních norem a standardů, včetně ISO, ITU, RFC a PKCS. ASN.1 je formální jazyk pro popis abstraktních datových struktur definovaný doporučeními ITU-T X.680-X.683, nezávislý na platformě a umožňující výměnu dat mezi jednotlivými vrstvami síťové architektury. ASN.1 definuje datové typy a jejich hodnoty. ASN.1 datový typ je tedy množina přípustných hodnot. Hodnota je prvek množiny daného typu. ASN.1 rozeznává čtyři druhy datových typů: Základní - atomické, nemají komponenty Konstruované - složeny z komponent Označené (tagged) - odvozeny z jiných typů Ostatní - CHOICE, ANY Typy mají své slovní označení (INTEGER, OCTET STRING atd.). Kromě toho je každý typ specifikován číslem, které se anglicky nazývá Tag Number. Všechny Základní, Konstruované a Označené ASN.1 typy patří do jedné ze čtyř ASN.1 tříd: Universal typy, které jsou definovány přímo normou ASN.1, tyto typy mohou být používány ve všech normách a aplikacích. Vždy psány velkými písmeny. Application typy, jejichž význam je specifický v kontextu určité aplikace nebo normy (X.500, X.509) Private typy, jejichž význam je specifický v kontextu nějaké organizace Context-specific specifické pro daný konstruovaný typ, slouží k odlišení komponent konstruovaných typů. Pokud v ASN.1 zápisu není třída typu vyznačena, jedná se vždy o třídu Context-specific. V každé třídě jsou typy očíslovány, uvádějí se ve tvaru [třída číslo].

2 Příklad 1: INTEGER = [UNIVERSAL 2] CHIOCE přebírá typ z vybrané položky ANY nějaký typ, konkrétní hodnota k dispozici při přenosu dat. Třída Universal: číslo typu hexadecimálně Typ 1 0x01 BOOLEAN 2 0x02 INTEGER 3 0x03 BIT STRING 4 0x04 OCTET STRING 5 0x05 NULL 6 0x06 OBJECT IDENTIFIER 7 0x07 OBJECT DESCRIPTOR 8 0x08 EXTERNAL 9 0x09 REAL 10 0x0A ENUMERATED 13 0x0D EMBEDDED 16 0x10 SEQUENCE a SEQUENCE OF 17 0x11 SET a SET OF 18 0x12 NUMERIC STRING 19 0x13 PRINTABLE STRING 20 0x14 TELETEXT STRING 21 0x15 VIDEO STRING 22 0x16 IA5 STRING (ASCII) 23 0x17 UCT TIME 24 0x18 GENERALIZED TIME 25 0x19 GRAPHICAL STRING 26 0x1A VISIBLE STRING 27 0x1B STRING 28 0x1C UNIVERSAL STRING 30 0x1E BASIC MULTILINGUAL PLANE STRING ASN.1datové typy a jejich hodnoty jsou popisovány snadno modifikovatelným jazykem, podobným programovacímu, s následujícími základními pravidly: 1. Uspořádání není podstatné, více mezer a odřádkování je bráno jako jedna mezera 2. Komentáře jsou odděleny dvěma pomlčkami případně dvěma pomlčkami a odřádkováním 3. Jména hodnot, polí a datových typů se skládají s malých a velkých písmen, číslic, pomlček a mezer. Jména hodnot začínají malým písmenem, jména typů velkým písmenem. Typy, jejichž názvy jsou tvořeny pouze velkými písmeny, jsou klíčovými typy jazyka ASN.1 a nesmí být použity v jiném významu. Jedním ze základních pojmů ASN.1 je Oktet (bajt). Oktet je osmibitové přirozené číslo, kde první bit je nejvýznamnější, osmý bit nejméně významný. Základní značení: n1 tučně, italikou - označení proměnné [] nepovinná položka {} označení člena skupiny

3 Základní datové typy Atomické datové typy, které nejsou složeny z komponent. Dělí se do dvou kategorií - Řetězce a Ostatní. Příklady řetězcových základních typů jsou například BIT STRING - libovolná sekvence bitů IA5String - libovolný řetězec ASCII znaků Příkladem datových typů, které nejsou řetězec je například OID nebo NULL Pro účely kódování lze řetězce nahlížet jako složené z podřetězců. Tento pohled pak dovoluje zakódovat i hodnotu, jejíž délku předem neznáme. Lze také omezit délku hodnoty daného základního typu. Příklad 2: OID - objektový identifikátor Univerzální datový typ OBJECT IDENTIFIER - objektový identifikátor je číslo, které se využívá pro identifikaci za ním následujících datových typů. Jeho hodnotou je posloupnost čísel, které identifikují objekt. Například posloupnost {iso(1) member-body(2) us(840) rsadsi(113549) pkcs(1) pkcs-9(9) address(1)} je OID pro typ Address. V případě, že řetězci lk@i.cz typu IA5 STRING předřadíme toto OID, bude již aplikacemi chápán jako ová adresa. Objektové identifikátory Mezinárodní normalizační úřad (ISO) ve spolupráci s ITU vypracovali jednotnou klasifikaci všech objektů v podobě stromové struktury. Na vrcholu klasifikačního stromu jsou samy normalizační úřady. Nejvyššími položkami jsou itu, iso a joint-isoitu (společně ISO a ITU). Pod položkou itu jsou podřízené položky, které určuje ITU, pod položkou iso jsou položky stanovované ISO a pod položkou joint-iso-itu jsou položky, které stanovuje ISO společně s ITU. ISO je tzv. registrační autorita podstromu začínajícího položkou iso, tj. registruje a je zodpovědná za objekty umístěné ve stromové struktuře pod položkou iso. Obdobně ITU je registrační autoritou pro svůj podstrom. Registrační autorita (např. ISO) může delegovat pravomoci pro registraci objektů na registrační autoritu nižší úrovně tak, že jí určí položku, pod kterou může registrovat své objekty.

4 V rámci ASN.1 lze definovat nové typy i jejich hodnoty, tyto mohou být pojmenovávány pomocí přiřazení ::= a mohou být použity pro definici dalších typů a hodnot. Konstruované typy: Základní ASN.1 konstruované typy jsou: SEQUENCE uspořádaný seznam jednoho nebo více datových typů SEQUENCE OF uspořádaný seznam žádného nebo více výskytu jednoho datového typu SET neuspořádaný seznam jednoho nebo více datových typů SET OF uspořádaný seznam žádného nebo více výskytu jednoho datového typu Příklad 3: X.509 typ SubjectPublicKeyInfo obsahuje komponentu typu BIT STRING: SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE { algorithm AlgorithmIdentifier, publickey BIT STRING } Příklad 4: X.509 typ Validity type je SEQUENCE dvou komponent: Validity ::= SEQUENCE { start UTCTime,

5 end UTCTime } Příklad 5: X.501 typ RDNSequence se skládá ze žádného nebo více výskytů typu RelativeDistinguishedName, nejvýznamnější je na prvním místě: RDNSequence ::= SEQUENCE OF RelativeDistinguishedName Příklad 6: X.501 typ RelativeDistinguishedName se skládá ze žádného nebo více výskytů typu AttributeValueAssertion type, na uspořádání nezáleží: RelativeDistinguishedName ::= SET OF AttributeValueAssertion Většina ASN.1 typů je konstruovaných, jakýkoliv vzniklý typ můžeme použít ke konstrukci typu nového. Ve standardech a normách je takto vytvořeno mnoho nových datových typů. Každému novému datovému typu je přiřazen objektový identifikátor a nově vytvořený typ může být pod tímto OID používán v ostatních normách a standardech. CHOICE, ANY Pomocí klíčových slov CHOICE a ANY přesouváme určení nového datového typu na následné položky - komponenty. Typ ANY definuje libovolnou hodnotu libovolného typu, který může být definován objektovým identifikátorem. ANY se může použít buď samostatně, pak je nový datový typ neurčitý, častější je ale použití ANY DEFINED BY. Příklad 7: X.509 typ AlgorithmIdentifier komponentu typu ANY: AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE { algorithm OBJECT IDENTIFIER, parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL } Typ CHOICE umožňuje výběr ze skupiny typů, výsledný datový typ je pak typ zvolené položky. Příklad 8: PKCS #7 typ ExtendedCertificateOrCertificate je datový typ typu CHOICE ExtendedCertificateOrCertificate ::= CHOICE { certificate Certificate, -- X.509 extendedcertificate [0] IMPLICIT ExtendedCertificate } Explicitně a implicitně označené typy Přímo v ASN.1 jsou definovány Univerzální typy, včetně označení. Ostatní datové typy mohou být definovány v jiných normách nebo standardech, jejich označení je pak buď explicitní, nebo implicitní.

6 V případě implicitního označení typu je používáno klíčové slovo IMPLICIT. Implicitně označený datový typ přebírá označení typu bezprostředně následujícího za slovem IMPLICIT. Příklad 9: PKCS #8 typ PrivateKeyInfo obsahuje nepovinnou komponentu attributes označenou implicitně: PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE { version Version, privatekeyalgorithm PrivateKeyAlgorithmIdentifier, privatekey PrivateKey, attributes [0] IMPLICIT Attributes OPTIONAL } V případě explicitně označených typů přidáme, resp. předřadíme vytvořenému typu externí označení. Explicitně označené typy jsou tedy komponované typy s jednou komponentou - typem, ze kterého byly vytvořeny. Při externím označování typů používáme klíčové slovo EXPLICIT. Příklad 10: PKCS #7 typ ContentInfo obsahuje nepovinnou komponentu content označenou explicitně: ContentInfo ::= SEQUENCE { contenttype ContentType, content [0] EXPLICIT ANY DEFINED BY contenttype OPTIONAL } Typ, ze kterého byla explicitně definovaná komponenta vytvořena je ANY DEFINED BY contenttype, třída typu není vyznačena, je tedy context-specific, číslo v rámci třídy je 0. Kódování Abstraktně definované datové objekty je pro přenos potřeba přeměnit v posloupnost nul a jedniček tak, aby tato posloupnost byla druhou stranou jednoznačně interpretovatelná - zakódovat. ASN.1 umožňuje více metod kódování, dvě základní jsou BER - Basic Encoding Rules a DER - Distinguished Encoding Rules. Stejná data lze tedy zakódovat více různými způsoby vhodnými pro daný přenos, interpretace dat ale musí zůstat vždy stejná. Nejčastější metodou kódování ASN.1 je BER, který umožňuje zakódovat řetězec více způsoby. DER je zúžením kódovacích pravidel BER takové, aby existoval pouze jeden způsob, jak data zakódovat. Protože v počítačové komunikaci může být osmibitové kódování na závadu, BER-kódované informace se někdy ještě kódují BASE64 (převádí se do sedmibitového tvaru). Tomuto způsobu kódování se říká PEM formát, podle dnes již zapomenutého standardu PEM (Privacy-Enhanced Mail), kde se tento způsob kódování objevil poprvé. Způsoby, jak ASN.1 typy zakódovat pravidly BER jsou celkem tři. To, kterou metodu kódování zvolíme, závisí na typu kódované hodnoty a na tom, jestli je délka kódované hodnoty předem známá:

7 Pro základní typy s definovanou délkou - Takto se kódují Základní neřetězcové typy. Pro konstruované typy s definovanou délkou - Takto se kódují konstruované typy. Pro konstruované typy s nedefinovanou délkou - Takto se kódují konstruované typy. Základní neřetězcové typy se kódují pomocí metody základní s definovanou délkou, konstruované typy se kódují jednou z konstruovaných metod. Základní řetězcové typy se kódují libovolnou metodou v závislosti na tom, jestli je známá délka jejich hodnoty. Typy s implicitním označením přebírají metodu kódování typu, ze kterého jsou vytvořeny, typy s explicitním označením jsou kódovány jednou z konstruovaných metod. Každá BER-zakódovaná hodnota má čtyři části, které následují po sobě: Identifikátorové oktety určují třídu typu, příznak (jednoduchý/konstruovaný - definují i metodu kódování) a číslo typu v rámci třídy. Délkové oktety pro metody kódování typů se známou délkou udává počet obsahových oktetů. V případě kódování konstruovaných typů s neznámou délkou obsahuje informaci o tom, že dálka typu je neznámá. Obsahové oktety pro metody kódování typů se známou délkou je zde konkrétní reprezentace hodnoty. V případě kódování konstruovaných typů tyto oktety obsahují konkrétní reprezentace hodnot komponent typu. Oktety konce obsahu V případě kódování konstruovaných typů s neznámou délkou označují konec obsahu. Pro ostatní metody kódování chybí. Identifikátorové oktety: Pokud je číslo typu menší než 31, skládají se identifikátorové oktety pouze z jednoho oktetu. Jednotlivé bity tohoto oktetu jsou pak následující: Bity 8 a 7 nesou třídu typu (Universal 00, Application = 01, Context Specific = 10, Private = 11), bit 6 kóduje informaci o jednoduchém nebo konstruovaném typu (jednoduchý - 0, konstruovaný - 1). Zbylé bity kódují číslo typu v rámci třídy. Je-li číslo typu větší nebo rovno 31, je identifikátorových oktetů více. Bity 8,7 a 6 prvního oktetu jsou nastaveny stejně jako v minulém případě, v bitech 5 až jedna jsou jedničky. Další oktety nesou číslo typu v bázi 128, osmý bit každého z těchto oktetů, kromě posledního je nulový. Délkové oktety: Pokud je délka typu do 127 je pouze jeden délkový oktet, bit 8 je nulový, bity 7 až 1 nesou délku typu. Pokud je délka větší nebo rovna 127, objeví se dva až 127 délkových oktetů. Bit 8 prvního oktetu má hodnotu 1, bity 7 až 1 udávají počet přidaných délkových oktetů. Další oktety nesou délku typu. Obsahové oktety: Základní neřetězcové typy se známou délkou - konkrétní reprezentace hodnoty.

8 Základní řetězcové typy a typy z nich odvozené implicitním označením - sloučení BER kódování podřetězců hodnot. Strukturované typy a typy z nich odvozené implicitním označením - sloučení BER kódování komponent. Typy odvozené z libovolných typů explicitním označením - BER kódovaní hodnoty. Oktety konce obsahu: Pouze v případě kódování konstruovaných typů s neznámou délkou. Dva nulové oktety. Kódování DER Distinguished Encoding Rules, DER, jsou podmnožina kódování BER a definuje jednoznačný způsob reprezentace ASN.1 typů a hodnot, jakožto řetězců oktetů. Je zamýšleno pro aplikace, které vyžadují jednoznačná kódovací pravidla, například při výpočtu digitálního podpisu. DER přidává (mj.) následující restriktivní pravidla k pravidlům BER: 1. Pokud je délka hodnoty mezi 0 a 127, musí být použita krátká metoda kódování. 2. Pokud je délka hodnoty 128 a větší, musí být použita dlouhá metoda kódování a délka musí být zakódována do minimálního možného počtu oktetů. 3. Pro Základní řetězcové typy a typy označené implicitně odvozené ze Základních řetězcových typů musí být použita metoda kódování pro základní typy s definovanou délkou. 4. Pro konstruované typy, typy označené implicitně odvozené z konstruovaných typů a všechny odvozené typy označené explicitně musí být použita metoda kódování pro konstruované typy s definovanou délkou. Příklad 11:

9

10 První označený oktet 0x30 označuje konstruovaný typ SEQUENCE 0x30 = Univerzální typ 1 Konstruovaný typ Číslo typu 16 - Sequence Druhý oktet je délkový a je jenom jeden 65 = 6x = 101 Následují obsahové oktety. Prvním z nich je 0x31, tedy SET 0x31 = Univerzální typ 1 Konstruovaný typ Číslo typu 17 - SET Další oktet, 0x0B, je délka typu SET - 11 oktetů Typ SET je konstruovaný typ, první z jeho dílčích položek je 0x30 SEQUENCE, délky 0x09 oktetů. První z položek této SEQUENCE je Univerzální typ OID (0x06) délky 3 oktety (0x03) a hodnotou 0x55 0x04 0x , OID pro CountryName. Následuje 0x13, Univerzální typ PrintableString, dlouhý 2 oktety (0x02) s obsahem 0x43 0x5A = CZ. Zde končí naposledy otevřená SEQUENCE i SET.

11 Reference Česká norma k ASN.1 ČSN ISO/IEC přebírá text mezinárodní normy ISO/IEC 8824 Česká norma ke kódování BER ČSN ISO/IEC přebírá text mezinárodní normy ISO/IEC ITU-T Rec. X.680 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.681 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.682 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.683 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.684 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.690 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.691 (2002) ISO/IEC :2002 ITU-T Rec. X.692 (2001) ISO/IEC :2001 ITU-T Rec. X.693 (2002) ISO/IEC : A Layman's Guide to a Subset of ASN.1, BER, and DER. An RSA Laboratories Technical Note. Velký průvodce protokoly TCP/IP: Bezpečnost, Libor Dostálek a kolektiv