openssl源码之ASN1从找不到X509_new的定义说起-优快云博客

本文解析了OpenSSL中X509证书的内部实现原理，介绍了ASN1模块的基本概念及其与证书的关系，并详细阐述了X509_it、X509_CINF_it等对象的定义及作用。

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使用si查看openssl源码，找不X509_new的定义。想要知道该函数的定义，还得从ASN1相关部分说起。

ASN1是规定了一种数字对象的描述方法和标准，定义了诸多的基础类型（INTEGER和BIT STRING），并可以通过这些基础类型构建用户自定义类型，后面讨论的证书类型就是由这些基础类型构建的。DER是一种编码方法，描述了如何将这些类型的对象转换成为二进制，这样这些定义的数据就可以进行传输和存储。

由于后面的分析中有的宏定义存在不同的分支，这里面暂且假设在编译宏没有定义OPENSSL_EXPORT_VAR_AS_FUNCTION
，后面均以此为准，分析如下：

首先要提到asn1模块中重要的两个结构体，这两个结构体相当于所有自定义对象的类，如下所示：

struct ASN1_ITEM_st {
char itype; /* The item type, primitive, SEQUENCE, CHOICE
* or extern */
long utype; /* underlying type */
const ASN1_TEMPLATE *templates; /* If SEQUENCE or CHOICE this contains
* the contents */
long tcount; /* Number of templates if SEQUENCE or CHOICE */
const void *funcs; /* functions that handle this type */
long size; /* Structure size (usually) */
const char *sname; /* Structure name */
};

struct ASN1_TEMPLATE_st {
unsigned long flags; /* Various flags */
long tag; /* tag, not used if no tagging */
unsigned long offset; /* Offset of this field in structure */
const char *field_name; /* Field name */
ASN1_ITEM_EXP *item; /* Relevant ASN1_ITEM or ASN1_ADB */
};

ASN1_ITEM_st相当于定义了一个抽象的类，对于每一个具体的用户数据，比如证书相关结构，都是属于这种类型类的具体对象，例如X509_it，该对象后面会详细介绍。同时在 ASN1_ITEM_st结构中包含了 ASN1_TEMPLATE_st结构指针，可以理解为一个数组。而ASN1_TEMPLATE_st结构包含了ASN1_ITEM_st 结构（通过宏定义知道typedef const ASN1_ITEM ASN1_ITEM_EXP; ASN1_ITEM_EXP就是ASN1_ITEM 类型，也就是说 ASN1_TEMPLATE_st中的item是一个ASN1_ITEM_st类型）。其本质相当于 ASN1_ITEM_st结构中包含了 ASN1_ITEM_st这种类型的数组。这是一种递归结构，保证了一个大的对象里面可以包含同样类的较小的对象。

以数字证书为例，x509_it是一个大的 ASN1_ITEM_st结构类型，我们知道证书由证书体，算法以及签名部分组成，因此在其中还包含了X509_CINF_it，X509_ALGOR_it，ASN1_BIT_STRING_it(因为签名是加密的，相当于BIT STRING类型)变量，而这些次一级的对象都存在于ASN1_ITEM x509_it的 const ASN1_TEMPLATE *templates;中的。下面具体的详细说明一下：

在crypto/X509/x_x509.c文件中存在如下的宏定义（这种结构一共有几种，搜索一下）

ASN1_SEQUENCE_ref(X509, x509_cb) = {
ASN1_EMBED(X509, cert_info, X509_CINF),
ASN1_EMBED(X509, sig_alg, X509_ALGOR),
ASN1_EMBED(X509, signature, ASN1_BIT_STRING)
} ASN1_SEQUENCE_END_ref(X509, X509)

展开后如下:

static const ASN1_AUX X509_aux = {NULL, ASN1_AFLG_REFCOUNT, offsetof(X509, references), offsetof(X509, lock), x509_cb, 0};
static const ASN1_TEMPLATE X509_seq_tt[] ={
{ASN1_TFLG_EMBED,0,offsetof(X509,cert_info),”cert_info”, &X509_CINF_it},
{ASN1_TFLG_EMBED,0,offsetof(X509,sig_alg),”sig_alg”, &X509_ALGOR_it},
{ASN1_TFLG_EMBED,0,offsetof(X509,signature),”signature”, &ASN1_BIT_STRING_it},
};

static const ASN1_ITEM X509 _it = {
ASN1_ITYPE_SEQUENCE,
V_ASN1_SEQUENCE,
X509_seq_tt,
sizeof(X509_seq_tt) / sizeof(ASN1_TEMPLATE),
X509_aux,
sizeof(X509),
X509
};

可以看到上述的宏定义其实定义了三个变量。 X509 _it一个 ASN1_ITEM类型的对象；X509_seq_tt[]表示一个 ASN1_TEMPLATE类型的数组，根据上面的分析，该数组的作用相当于一个容器，用来承载更低一级的ASN1_ITEM对象，例如X509_CINF_it以及 X509_ALGOR_it等。

当然存在这样一个疑问X509_CINF_it这个对象在哪里？在crypto/X509/x_x509.c文件的开始，有如下的宏：

ASN1_SEQUENCE_enc(X509_CINF, enc, 0) = {
ASN1_EXP_OPT(X509_CINF, version, ASN1_INTEGER, 0),
ASN1_EMBED(X509_CINF, serialNumber, ASN1_INTEGER),
ASN1_EMBED(X509_CINF, signature, X509_ALGOR),
ASN1_SIMPLE(X509_CINF, issuer, X509_NAME),
ASN1_EMBED(X509_CINF, validity, X509_VAL),
ASN1_SIMPLE(X509_CINF, subject, X509_NAME),
ASN1_SIMPLE(X509_CINF, key, X509_PUBKEY),
ASN1_IMP_OPT(X509_CINF, issuerUID, ASN1_BIT_STRING, 1),
ASN1_IMP_OPT(X509_CINF, subjectUID, ASN1_BIT_STRING, 2),
ASN1_EXP_SEQUENCE_OF_OPT(X509_CINF, extensions, X509_EXTENSION, 3)
} ASN1_SEQUENCE_END_enc(X509_CINF, X509_CINF)

该宏即定义了 X509_CINF_it，同理像 X509_ALGOR_it在crypto/asn1/x_algor.c中有对应宏声明。

ASN1_SEQUENCE(X509_ALGOR) = {
ASN1_SIMPLE(X509_ALGOR, algorithm, ASN1_OBJECT),
ASN1_OPT(X509_ALGOR, parameter, ASN1_ANY)
} ASN1_SEQUENCE_END(X509_ALGOR)

而最终会第归到ASN1模块定义的最基础的ASN1_BIT_STRING_it 。同样的在crypto/asn1/tasn_typ.c中定义了有如下宏：
IMPLEMENT_ASN1_STRING_FUNCTIONS(ASN1_BIT_STRING)，该宏不仅实现了ASN1_BIT_STRING_it对象的定义，同时还实现了操作该对象的四个函数包括d2i_ASN1_BIT_STRING,i2d_ASN1_BIT_STRING,X509_ASN1_BIT_STRING,X509_ASN1_BIT_STRING。当然像ASN1_INTEGER在同样的文件中也是有定义的。

前面只是说明了X509_it对象的定义，这些对象的意义是ASN1规范所描述的数据类型。asn1模块的意义在于将der编码的数据流转换为C 语言内部定义的结构，或者相反的过程，而上述定义的变量如X509_it正是用来辅助这种转换的过程。例如将经过der编码的数据转化为内部的结构体X509_st，因此需要一些转换的函数。
crypto/X509/x_x509.c中分别定义了IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(X509)以及IMPLEMENT_ASN1_FUNCTIONS(X509_CINF)宏表示对应的函数，这个宏展开还是比较简单，其实就是d2i_X509,i2d_X509,X509_new,X509_free四个函数的定义。

因此可以看到对于复杂的结构如证书，变量的定义和对变量的操作是分开来的。而对于基础的结构ASN1_BIT_STRING则是使用一个宏同时实现了变量的定义和相关函数的操作。

从X509_new的命名可以看出，这里面从命名方面已经开始向面向对象的C++靠拢了。事实上我也是一直说X509_it是一个对象，C语言确实一种面向过程的语言，但是这里面却有面向对象的思想在其中。

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