ASN.1 的PER 分層運行庫系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

高 益

（重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系， 重慶400021）

1 引 言

ASN.1 編解碼運行庫軟件在應(yīng)用ASN.1 的系統(tǒng)中起著極為重要的作用，是整個系統(tǒng)中不可缺少的一部分，被用來處理針對不同的ASN.1 編解碼規(guī)則提供不同的編解碼函數(shù)[1]。例如：BER 編解碼規(guī)則對應(yīng)BER 編解碼函數(shù)，PER 編解碼規(guī)則對應(yīng)PER 編解碼函數(shù)，這些具體規(guī)則對應(yīng)的編解碼函數(shù)通過調(diào)用其相應(yīng)的ASN.1 運行庫完成其編解碼過程[2]?？芍苯诱{(diào)用這些編解碼函數(shù)完成復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與傳輸碼之間的轉(zhuǎn)換，從而開發(fā)出實用ASN.1 的應(yīng)用系統(tǒng)?；诖?，本研究著眼于提高編解碼運行庫系統(tǒng)的靈活性和移植性，以降低使用難度為目標(biāo)，設(shè)計實現(xiàn)一種智能化編解碼系統(tǒng)。

2 PER 分層運行庫系統(tǒng)模型組成和功能

PER 的編碼原則就是用最簡單的規(guī)則得到最簡潔的編碼[3]，相應(yīng)地PER 的編碼規(guī)則也就更加復(fù)雜。除少數(shù)類型沿用了BER 的編碼方法外，PER 各個數(shù)據(jù)類型的編碼比BER 都精簡得多，冗余信息極少。在此可設(shè)計一個底層的函數(shù)庫，把這些共同的特征函數(shù)封裝在一起，以此大大提高運行庫的執(zhí)行效率。基于不同ASN.1 編碼規(guī)則的共同點，設(shè)計出一個ASN.1 分層運行庫系統(tǒng)，其建模結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 ASN.1 分層運行庫系統(tǒng)模型

圖中各主要部分功能簡介如下：

底層函數(shù)庫層ASN.1 編解碼函數(shù)的很多代碼是各種類型所共用的，如果提供公共函數(shù)以供其它編解碼函數(shù)調(diào)用，就可減少不必要的代碼重復(fù)。

ASN.1 各種編解碼規(guī)則庫層在上述的公共函數(shù)庫層之上，可根據(jù)ASN.1 各種編碼規(guī)則編寫不同類型的編解碼函數(shù)庫，例如：BER 編解碼運行庫、PER 編解碼運行庫、DER 編解碼運行庫等。以此可令A(yù)SN.1 數(shù)據(jù)值編碼大為簡化。如果為每個基本的ASN.1 數(shù)據(jù)類型編寫編解碼函數(shù)，則可以提供公共的函數(shù)庫給各應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

宏定義層把常用的代碼段定義為宏，這樣就便于定義與應(yīng)用有關(guān)類型的編解碼函數(shù)。提供一部分宏定義直接供其調(diào)用，包括處理內(nèi)存分配、釋放和長度計算的宏定義。

不同編解碼規(guī)則都有相同的表述數(shù)據(jù)類型的方式，可分為：簡單類型、復(fù)合類型和其它類型[4]。ASN.1 的PER 分層運行庫系統(tǒng)模型也隨之包括簡單、復(fù)合與其它類型的編解碼處理層。ASN.1 的PER 分層運行庫系統(tǒng)的總體設(shè)計框架如圖2 所示。

圖2 ASN.1 的PER 分層運行庫模型

圖中各主要部分的功能為：

簡單類型編解碼層該層位于模型的最底層，是為ASN.1 語法描述中定義的所有基本數(shù)據(jù)類型提供的編解碼函數(shù)，一個基本類型對應(yīng)一套編解碼流程和一對編解碼函數(shù)。

復(fù)雜類型編解碼層該層位居中間，與其對應(yīng)的是ASN.1 智能PER 編解碼系統(tǒng)的中間結(jié)構(gòu)編解碼處理層。如此的構(gòu)成，可實現(xiàn)直接調(diào)用，無需在運行庫中再次查找，省去了代碼的重復(fù)壓棧和出棧，提高編解碼運行庫的運行時間，同時也節(jié)約了代碼運行所占的空間。

其它類型編解碼層這一層位于運行庫系統(tǒng)的最上層，對除了基本類型和構(gòu)造類型外的其它ASN.1 類型，即對ASN. I 中的CHIOCE 和ANY 類型，進(jìn)行編解碼處理。

運行庫函數(shù)不應(yīng)隨著相應(yīng)協(xié)議的變化而變化，它實現(xiàn)的是編解碼底層的支撐函數(shù)，符合標(biāo)準(zhǔn)C，具有較好的可移植性。

3 簡單類型編解碼處理層設(shè)計實現(xiàn)

簡單類型編解碼處理層的接口函數(shù)的實現(xiàn)應(yīng)基于輸入需要編碼或者解碼的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)長度、輸出編解碼數(shù)據(jù)的需求[5]。先設(shè)計一個結(jié)構(gòu)體RUNBuffer 用來存儲消息緩沖區(qū)的編解碼數(shù)據(jù)：

typedef struct {

char* data;

unsigned int byteIndex;

int size;

short int bitoffset;

unsigned char aligned;

}RUNBuffer;

RUNBuffer 結(jié)構(gòu)體中變量data 是一個字符串指針，指向輸入數(shù)據(jù)起始的地址；變量byteIndex 是一個無符號整形，表示當(dāng)前編碼結(jié)果字節(jié)的位置；變量size 是一個整型的值，表示當(dāng)前緩沖區(qū)的大??；變量bitoffset 是一個短整型的值，表示當(dāng)前地址偏移了多少位；變量aligned 是一個無符號的字符類型，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)是否為PER 的對齊方式。

在以下示例中，對ASN.1 基本類型的編解碼算法進(jìn)行設(shè)計，重點以整型為例，詳細(xì)給出編碼算法、整型編碼模塊實現(xiàn)流程圖和函數(shù)編解碼實現(xiàn)代碼：

INTEGER 類型編解碼算法：

步驟1：判斷整數(shù)有無約束，如果沒有約束，就按照無約束編碼方式，用最少字節(jié)編碼n 的值，內(nèi)容字節(jié)的前面需要長度編碼，表示n 的值占用了多少個字節(jié)。長度也用最少字節(jié)編碼。編碼成功，返回值為1，結(jié)束；如果有，則跳到步驟2。

步驟2：判斷整數(shù)約束限度到唯一值，如果是，則編碼失敗，返回值-1，結(jié)束；如果不是，則跳到步驟3。

步驟3：判斷整數(shù)約束的下限是否是無限的，如果是，則按無約束方式編碼，編碼成功，返回值1，結(jié)束；如果不是，則跳到步驟4；

步驟4：判斷整數(shù)約束的下限是否是一個有限數(shù)，如果是，則上限是一個無限數(shù)，按照半約束整數(shù)方式編碼，編碼成功，返回值1，結(jié)束；如果不是，則跳到步驟5；

步驟5：判斷整數(shù)約束的下限和上限是否都是有限數(shù)，如果不是，則編碼失敗，返回值-1，結(jié)束；如果是，則按照約束整數(shù)方式編碼，編碼成功，返回值1，結(jié)束。

INTEGER 類型編碼流程圖如圖3。

圖3 整型編碼模塊實現(xiàn)流程圖

4 復(fù)雜類型編解碼處理層設(shè)計實現(xiàn)

4.1 算法約束規(guī)則

復(fù)雜類型即為ASN.1 中的構(gòu)造類型，對此可按照表1 所示的規(guī)則處理[6]。

表1 復(fù)雜類型算法約束

表中所示的這四種類型編碼算法，在Canonical PER 中和Basic PER 中，標(biāo)記有DEFAULT 的成員，如果要編碼的值是缺省值，則此成員的編碼省略；而對于結(jié)構(gòu)化的成員，即使它的取值是缺省值，是否被編碼仍須由以下兩點來判定：

①類型是可擴(kuò)展的且取值沒有出現(xiàn)擴(kuò)展附加部分，則SEQUENCE 的值的編碼結(jié)束；

②類型是可擴(kuò)展的且取值有n 個擴(kuò)展附加部分，則添加一個n 比特bitmap，對應(yīng)比特取值1，表示該擴(kuò)展附加部分出現(xiàn)。

當(dāng)長度為n 的bitmap 增加一個長度指示后，編碼方式為小的非負(fù)整數(shù)的編碼。后面依次出現(xiàn)的擴(kuò)展附加部分的編碼方式如下：

擴(kuò)展附加部分是單個成員，則以open 類型來編碼，即包括長度字段和整數(shù)個字節(jié)的值字段；

擴(kuò)展附加部分是由雙重方括號內(nèi)全部成員組成，則擴(kuò)展附加部分的值以open 類型編碼。區(qū)別在于：雙重方括號內(nèi)全部成員的值均作為一個sequence類型的取值來編碼[7]。set 中的元素也可以是可選的，用關(guān)鍵字optional 來描述，若具有缺省值，用default來描述。

4.2 具體編碼算法

算法首先要判定數(shù)據(jù)的類型，如果經(jīng)判定數(shù)據(jù)類型為sequence，則計算其中出現(xiàn)的具有可選/必選屬性的元素個數(shù)，用n 位來表示這n 個元素是否出現(xiàn)，若出現(xiàn)了，則用1 表示；若沒有出現(xiàn)，則用0 表示。這n 位數(shù)的順序就是元素在sequence 中出現(xiàn)的順序。然后按元素的出現(xiàn)順序和類型調(diào)用相應(yīng)的編碼函數(shù)，編碼結(jié)束。

如果經(jīng)判定數(shù)據(jù)類型為set，則計算其中出現(xiàn)的具有可選/必選屬性的元素個數(shù)，用n 位來表示，若出現(xiàn)，則用1 表示；若沒有，則用0 表示。這n 位數(shù)的順序就是元素在set 中出現(xiàn)的順序。按元素的定義順序和類型調(diào)用相應(yīng)的編碼函數(shù)，編碼結(jié)束。

SEQUENT OF 數(shù)據(jù)類型編碼過程和SEQUENT相同。而SET OF 數(shù)據(jù)類型編碼過程和SET 相同。

以下為SEQUENCE 類型的編碼函數(shù)：

int SEQUENCE_encode_per(asn_per_constraints_t*constraints，

asn_codec_max*opt_codec_max，

void*sptr，asn_per_outp_t*po)

5 其它類型編解碼處理層設(shè)計實現(xiàn)

除了上述類別外，ASN.1 中還有CHIOCE 和ANY 類別，其中ANY 表示任意類型，CHIOCE 表示一個或多個可選項的聯(lián)合，如下所示[8]：

CallEventDetail：：=CHOICE{

mobileOriginatedCall

mobileTerminatedCall

LocationService

}

對于CHOICE 類別，編碼數(shù)據(jù)時一次只能選定一個元素。CHOICE 類型的解碼函數(shù)為：

int CHOICE_decode_per(asn_codec_max* opt_codec_max，

asn_per_data *pd， asn_per_constraints *constraints，

void **buf)

6 結(jié) 束 語

ASN.1 的PER 分層運行庫系統(tǒng)模型的提出，是考慮到目前運行系統(tǒng)存在的弊端，模型嘗試解決傳統(tǒng)ASN.1 運行系統(tǒng)的瓶頸問題，也給出了使用C 語言設(shè)計一個ASN.1 智能PER 分層運行庫系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。詳細(xì)分析PER 編解碼算法，從長度域編解碼算法到基本類型編碼算法，從基本編解碼處理層的實現(xiàn)，到構(gòu)造類型編解碼處理層的實現(xiàn)，通過PER 可見子類型約束和宏的使用對代碼進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計實現(xiàn)的軟件可以完成簡單ASN.1 協(xié)議的編解碼功能，對ASN.1 相關(guān)系統(tǒng)有較高的應(yīng)用價值。為未來實現(xiàn)ASN.1 工具的其他功能打下了基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上可結(jié)合其他應(yīng)用語言的特性實現(xiàn)完整的ASN.1 運行庫功能。