X.509证书的编码及解析：程序解析以及winhex模板解析
一、证书的整体结构：证书内容、签名算法、签名结果。
用ASN.1语法描述如下：
Certificate::=SEQUENCE{
tbsCertificate TBSCertificate,
signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,
signatureValue BIT STRING
}其中，签名算法为CA对tbsCertificate进行签名所使用的算法；类型为AlgorithmIdentifier，其ASN.1语法描述如下：
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}其中，algorithm给出了算法的OID；可选的parameters给出算法的参数。
需要注意，algorithm同时说明了杂凑算法和数字签名算法，常见的有：(1)MD5wihRSAEncryption, MD5 Hash函数和RSA签名算法配合使用，OID为1.2.840.113549.1.1.4。(2)SHA1withRSAEncryption, SHA-1 Hash函数和RSA签名算法配合使用，OID为1.2.840.113549.1.1.5。
签名结果是CA对tbsCertificate进行签名的结果，类型为BIT STRING。
证书内容是需要被CA签名的信息，ASN.1语法描述如下：
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中出现；extensions只能在版本3中出现。
下面我们逐一说明TBSCertificate中的每一个字段。
1>版本号
版本(version)为整数格式。到目前为止，证书格式的版本只有v1、v2、v3，分别用整数0、1、2表示。
其类型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>序列号
证书序列号(serialNumber)为整数格式。
其类型CertificateSerialNumber的ASN.1描述如下：
CertificateSerialNumber::=INTEGER
证书序列号用来在某一个CA范围内唯一地标识一张证书。由此，“签发者”和“证书序列号”配合起来就能唯一地标识一张数字证书。在很多PKI的通信协议中使用的就是这种方式。
RFC 3280标准要求证书序列号必须是正整数，且长度不应该大于20字节。
3>签名算法
签名算法(signature)给出了CA签发证书时所使用的数字签名算法，它的类型与signatureAlgorithm的类型相同，都为AlgorithmIdentifier，它们的值必须一致，否则该证书无效。
4>签发者和主体
证书的签发者(issuer)和证书主体(subject)分别标识了签发证书的CA实体和证书持有者实体，两者类型均为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证书的签发者和证书主体用X.509 DN表示，DN是由RDN构成的序列。RDN用“属性类型=属性值”的形式表示。常用的属性类型名称以及简写如下：
| 属性类型名称 | 含义 | 简写 |
| Common Name | 通用名称 | CN |
| Organizational Unit name | 机构单元名称 | OU |
| Organization name | 机构名 | O |
| Locality | 地理位置 | L |
| State or province name | 州/省名 | S |
| Country | 国名 | C |
5>有效期
证书有效期(validity)给出证书的有效使用期，包含起、止两个时间值。时间值可以使用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>主体公钥信息
主体公钥信息(subjectPublicKeyInfo)给出了证书所绑定的加密算法和公钥。其ASN.1描述如下：
SubjectPublicKeyInfo::=SEQUENCE{
algorithm AlgorithmIdentifier,
subjectPublicKey BIT STRING
}其中，algorithm表示被绑定的、证书主体持有的公钥密码算法；subjectPublicKey是具体的公钥数据，内容和格式依算法不同而异。对于RSA算法，它包含公钥参数e和n。
7>签发者唯一标识符和主体唯一标识符
签发者唯一标识符(issuerUniqueID)和主体唯一标识符(subjectUniqueID)给出了证书签发者和证书主体的唯一标识符。UniqueIdentifier类型的ASN.1描述如下：
UniqueIdentifier::=BIT STRING
二、证书编码
针对ASN.1的语法，编码可以采用“TLV”方式，即依次对数据的类型(type)、长度(length)、值(value)编码，这样就可以完整地表示一个特定类型的数据。“TLV”方式的编码有多种，下面介绍DER这种编码方式。都是big-endian字节序。
1.简单类型的编码
1>BOOLEAN：01
布尔类型，两种取值：TRUE(0xFF)、FALSE(0x00)。
编码为：
T L V TRUE 01 01 FF FALSE 01 01 00
2>INTEGER：02
整数类型。两种情况：
第一种，数据长度不大于0x7F，称为“短形式”，length占1字节，直接把长度赋给length。举例：0x123456的DER编码为：
T L V02 03 12 34 56
第二种，数据长度大于0x7F，称为“长形式”，把数据长度L表示为字节码，计算其长度n，然后把n与0x80进行“位或”运算的结果赋给length的第一个字节。举例：0x1234...34(长0100字节)，即n=2，编码为：
T L V02 82 01 00 12 34 ... 34
此外，对于整数，还有正负的问题。规定value的最高位表示符号---0(+) 1(-) 负数用补码表示。
1)对于正数，如最高位为1，则向左扩展00。
2)对于负数，如其补码的最高位为0，则向左扩展FF。
3>BIT STRING：03
比特串的长度可能不是8的倍数，而DER编码以字节为单位。故而，如果需要，则在比特串的最后填若干位“0”，使其长度达到8的倍数；在最前面增加1字节，写明填充的位数。特别注意：value部分的第一字节，即表示填充位数的那个字节，也要计入数据的总长度。如果不需要填充，则第一字节也需要用00来表示填充位数。举例：1011010010编码为：
T L V03 03 06 B4 80
4>OCTET STRING：04
字节码串。举例：AB CD EF 01 23的编码为：
T L V04 05 AB CD EF 01 23
5>NULL：05
编码是固定的，value部分为空，一共两字节：
T L05 00
6>OBJECT IDENTIFIER：06
对象标识符（OID），是一个用“.”隔开的非负整数组成的序列。下面说下OID的编码设计：设OID=V1.V2.V3.V4.V5....Vn，则DER编码的value部分规则如下：(1)计算40*V1+V2作为第一字节；(2)将Vi(i>=3)表示为128进制，每一个128进制位作为一个字节，再将除最后一个字节外的所有字节的最高位置1；(3)依次排列，就得到了value部分。举例：OID=1.2.840.11359.1.1的编码如下：
说明：Vi的最后一个字节不对最高位置1，系统以此来识别这里是这个字段的最后一字节。
7>PrintableString：13
表示任意长度的ASCII字符串。举例：“Hello, world”的编码为：
T L V13 0C 48 65 6C 6C 6F 2C 20 77 6F 72 6C 64
8>UTCTime：17
表示时间,可以用GMT格林威治时间(结尾标“Z”)来表示，或者是用本地时间和相对于GMT的偏移量来表示。
UTCTime的格式如下多种：
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：小时，00-23
mm：分钟，00-59
ss：秒，00-59
Z/+/-：Z表示GMT时间，+/-表示本地时间与GMT时间的差距
hh’：与GMT的差
mm’：与GMT的差
举例：北京时间2008年8月8日晚8时表示成UTCTime为：080808120000Z 或 080808200000-0800 其编码为：
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
与UTCTime类似，差别只在于用4位数字表示“年”，以及“秒”可精确到千分位。举例：北京时间2008年8月8日晚8时1分2.345秒表示成GeneralizedTime为：20080808120102.345Z 或 20080808200102.345-0800 其编码为：
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.构造类型数据的编码
1>序列构造类型：30
SEQUENCE与SEQUENCE OF的type相同，都是30。value部分为序列内所有项目的编码的依次排列。length为这些项目编码的总长度。举例：一天中几次温度测量的结果：temperatureInADay SEQUENCE(7) OF INTEGER::={21,15,5,-2,5,10,5}, 其DER编码为：
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
构造类型的定义中，常常包含CHOICE、ANY、OPTIONAL、DEFAULT等关键字，其编码规则如下：
(1)CHOICE
多选一，按照实际选中的类型编码。举例：
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalizedTime GeneralizedTime
}若实际用到的类型是UTCTime，则数据用UTCTime的编码规则编码。
(2)ANY
类型依赖于另一个域的值，则按照实际类型编码。举例：
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}若algorithm的值表示RSA，则parameters按RSA算法的参数类型编码；若algorithm的值表示Diffie-Hellman算法，则parameters按Diffie-Hellman算法的参数类型编码。
(3)OPTIONAL
所标记的字段在实际中可能存在，也可能不存在。如果有值，则编码；如果无值，则直接跳过。举例：
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}实际中，如果没有参数parameters，则相当于
AlgorithmIdentifier::=SEQUENCE{
algorithm OBJECT IDENTIFIER
}(4)DEFAULT
如果所标记的字段在实际中正好等于缺省值，则可以编码也可以不编码，相当于是OPTIONAL；如果不等于缺省值，则应该如实编码。举例：
Certificate::=SEQUENCE{
version Version DEFAULT 0
......
}若version的值恰好等于0（缺省值），则可以不编码；否则，必须按其类型编码。
2>集合构造类型：31
SET和SET OF的type都是31，value部分包括集合内所有项目的编码，length为其总长度。需要注意的是，集合构造类型中的各字段是并列的，逻辑上不分先后，但为了编码的唯一性，在DER编码中，编码的排列是有一定顺序的。SET按标签的顺序排列。举例：
Name::=SET{
surname [0] PrintableString,
mid-name [1] PrintableString,
first-name [2] PrintableString
}编码时则按照surname，mid-name，first-name的顺序。
SET OF按字典升序排列，即将各项目的DER结果看做字节码从小到大排列。举例：一天中几次温度测量的结果：temperatureInADay SET(7) OF INTEGER::={21,15,5,-2,5,10,5}, 其DER编码为：
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时间和空间代价，故而实际情况中，应避免使用集合构造类型。
3.标签
仅仅以上的编码规则是不够的，会有些出现歧义的情况。比如：有相邻的字段属于相同的数据类型。type相同，则根据编码的排列顺序来区分他们。一旦其中有字段是可选的，解码时就不能再仅仅根据排列顺序来判断下一个是哪个字段了，产生歧义。故而，引入了标签，目的是把相同的type标签为不同的type，以便区分。
标签分为隐式标签和显式标签两种。分别如下：
隐式标签：
举例：
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编码时，对于加了标签的项目，按如下规则编码：
对于简单类型，type=80+tag序号；对于构造类型，type=A0+tag序号。length和value不变。
例如，上例中如果项目fax被赋值为“86-10-12345678”，则编码为
T L V83 0E 38 36 2D 31 30 2D 31 32 33 34 35 36 37 38
显式标签：
举例：（隐式标签的例子）
Record::=SEQUENCE{
......
time [1] IMPLICIT Time OPTIONAL,
......
}
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalizedTime GeneralizedTime
}假设time被赋值为UTCTime类型的值080808120000Z，而由于隐式标签的type编码覆盖了表示这一类型的type编码，导致编码时无法判断time究竟是哪种类型，造成混乱。于是这里需要使用显式标签。运用显式标签，上例描述为：
Record::=SEQUENCE{
......
time [1] EXPLICIT Time OPTIONAL,
......
}
Time::=CHOICE{
utcTime UTCTime,
generalizedTime GeneralizedTime
}编码规则如下：
T L V A0+Tag序号 原TLV格式编码的总长度 原TLV格式编码
上例中time=080808120000Z的编码为：
T L V A1 0F 17 0D 30 38 30 38 30 38 31 32 30 30 30 30 5A
事实上，显式标签就是在原编码外再封装一层。
三、证书解析 C程序
X.509证书的编码及解析：程序解析以及winhex模板解析 - jiu~ - 博客园 (cnblogs.com)
*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。
