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：

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)

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