ASN.1 と DER
ASN.1 は X.509 証明書や PKCS などの暗号分野で使われるデータ記述言語です。このドキュメントでは、ASN.1 と DER エンコーディングの基礎を解説します。
ASN.1 とは
ASN.1（Abstract Syntax Notation One）は、データ構造を定義するための言語です。
ASN.1 の役割:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ ASN.1 = スキーマ定義言語（データ構造の「設計図」） │
│ │
│ 例: X.509 証明書の定義 │
│ │
│ Certificate ::= SEQUENCE { │
│ tbsCertificate TBSCertificate, │
│ signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier, │
│ signatureValue BIT STRING │
│ } │
│ │
│ この定義に基づいて、実際のバイナリ（DER）が生成される │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
ASN.1 と JSON Schema の比較
| 観点 | ASN.1 | JSON Schema |
|---|---|---|
| データ形式 | バイナリ（DER/BER） | テキスト（JSON） |
| 標準化 | ITU-T X.680-683 | IETF Draft |
| 用途 | 暗号、通信プロトコル | Web API |
| 歴史 | 1984年〜 | 2010年〜 |
エンコーディング規則
ASN.1 で定義されたデータは、複数の方法でバイナリ化できます。
| 規則 | 名前 | 特徴 |
|---|---|---|
| BER | Basic Encoding Rules | 柔軟だが非一意 |
| DER | Distinguished Encoding Rules | 一意（暗号用） |
| CER | Canonical Encoding Rules | ストリーミング向け |
| PER | Packed Encoding Rules | 最もコンパクト |
| XER | XML Encoding Rules | XML 形式 |
暗号分野では DER が標準です（署名の一意性が必要なため）。
DER の基本構造
TLV（Tag-Length-Value）
DER は TLV 形式でエンコードされます。
TLV 構造:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Tag (1-n bytes) │ Length (1-n bytes) │ Value (n bytes) │
│ │
│ 何のデータか データの長さ 実際のデータ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
例: INTEGER 30
02 # Tag: INTEGER
01 # Length: 1 byte
1E # Value: 30
タグの構造
タグバイトの構造:
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ 7 │ 6 │ 5 │ 4 │ 3 │ 2 │ 1 │ 0 │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
└───┬───┘└─┬─┘└───────┬─────────┘
Class P/C Tag Number
Class:
00 = Universal（標準型）
01 = Application
10 = Context-specific
11 = Private
P/C:
0 = Primitive（プリミティブ）
1 = Constructed（構造体）
主要な Universal タグ
| タグ | 16進 | 型 |
|---|---|---|
| 1 | 01 | BOOLEAN |
| 2 | 02 | INTEGER |
| 3 | 03 | BIT STRING |
| 4 | 04 | OCTET STRING |
| 5 | 05 | NULL |
| 6 | 06 | OBJECT IDENTIFIER |
| 12 | 0C | UTF8String |
| 16 | 30 | SEQUENCE |
| 17 | 31 | SET |
| 19 | 13 | PrintableString |
| 22 | 16 | IA5String |
| 23 | 17 | UTCTime |
| 24 | 18 | GeneralizedTime |
Length のエンコード
Short Form（0-127 バイト）:
長さをそのまま 1 バイトで表現
例: 長さ 30 → 1E
Long Form（128 バイト以上）:
最初のバイト = 0x80 + 長さバイト数
続くバイト = 長さ
例: 長さ 256 → 82 01 00
Indefinite Length（BER のみ、DER では禁止）:
80 ... 00 00
具体例：INTEGER
正の整数 30:
02 01 1E
│ │ └── Value: 30
│ └───── Length: 1
└──────── Tag: INTEGER
正の整数 256:
02 02 01 00
│ │ └──── Value: 256 (0x0100)
│ └─────── Length: 2
└────────── Tag: INTEGER
正の整数 127:
02 01 7F
正の整数 128（注意！）:
02 02 00 80
│ │ │ └── 128
│ │ └───── 先頭に 00 を付ける（正の数を示す）
│ └──────── Length: 2
└─────────── Tag: INTEGER
※ 0x80 は負の数と解釈されるため、00 を付ける
具体例：SEQUENCE
SEQUENCE { name: "John", age: 30 }
ASN.1 定義:
Person ::= SEQUENCE {
name UTF8String,
age INTEGER
}
DER:
30 0B # SEQUENCE, length 11
0C 04 # UTF8String, length 4
4A6F686E # "John"
02 01 # INTEGER, length 1
1E # 30
具体例：OBJECT IDENTIFIER (OID)
OID は階層的な識別子です。
例: sha256WithRSAEncryption = 1.2.840.113549.1.1.11
エンコード規則:
- 最初の2つ: 40 * first + second
- 残り: 7ビット可変長エンコード
1.2.840.113549.1.1.11:
06 09 # OID, length 9
2A # 1*40 + 2 = 42
86 48 # 840
86 F7 0D # 113549
01 # 1
01 # 1
0B # 11
よく使われる OID:
| OID | 意味 |
|---|---|
| 1.2.840.113549.1.1.1 | rsaEncryption |
| 1.2.840.113549.1.1.11 | sha256WithRSAEncryption |
| 1.2.840.10045.2.1 | ecPublicKey |
| 1.2.840.10045.3.1.7 | secp256r1 (P-256) |
| 2.5.4.3 | commonName (CN) |
| 2.5.4.6 | countryName (C) |
| 2.5.4.10 | organizationName (O) |
X.509 証明書の構造
X.509 証明書の ASN.1 定義（簡略版）:
Certificate ::= SEQUENCE {
tbsCertificate TBSCertificate,
signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,
signatureValue BIT STRING
}
TBSCertificate ::= SEQUENCE {
version [0] EXPLICIT Version DEFAULT v1,
serialNumber CertificateSerialNumber,
signature AlgorithmIdentifier,
issuer Name,
validity Validity,
subject Name,
subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
...
}
実際の証明書（DER）
30 82 03 A3 # SEQUENCE (certificate)
30 82 02 8B # SEQUENCE (tbsCertificate)
A0 03 # [0] EXPLICIT (version)
02 01 02 # INTEGER 2 (v3)
02 10 # INTEGER (serialNumber)
...
30 0D # SEQUENCE (signature algorithm)
06 09 # OID
2A 86 48 86 F7 0D 01 01 0B # sha256WithRSA
05 00 # NULL
30 ... # SEQUENCE (issuer)
30 1E # SEQUENCE (validity)
17 0D # UTCTime
...
30 ... # SEQUENCE (subject)
30 ... # SEQUENCE (subjectPublicKeyInfo)
30 0D # SEQUENCE (signatureAlgorithm)
...
03 82 01 01 # BIT STRING (signature)
00 ...
PEM 形式
DER バイナリを Base64 でテキスト化した形式。
-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIDazCCAlOgAwIBAgIUZ...（Base64エンコードされたDER）
...
-----END CERTIFICATE-----
BEGIN/END の種類:
- CERTIFICATE: 証明書
- PRIVATE KEY: 秘密鍵（PKCS#8）
- RSA PRIVATE KEY: RSA秘密鍵（PKCS#1）
- PUBLIC KEY: 公開鍵
- CERTIFICATE REQUEST: CSR
PEM ↔ DER 変換
# PEM → DER
openssl x509 -in cert.pem -outform DER -out cert.der
# DER → PEM
openssl x509 -in cert.der -inform DER -outform PEM -out cert.pem
デバッグツール
OpenSSL
# 証明書の内容を表示
openssl x509 -in cert.pem -text -noout
# ASN.1 構造を表示
openssl asn1parse -in cert.pem
# DER ファイルを解析
openssl asn1parse -in cert.der -inform DER
# 特定オフセットから解析
openssl asn1parse -in cert.pem -strparse 19
オンラインツール
- ASN.1 JavaScript decoder: https://lapo.it/asn1js/
- DER/PEM をビジュアルに解析
- 構造をツリー表示
dumpasn1
# インストール (macOS)
brew install dumpasn1
# 使用
dumpasn1 cert.der
よくあるエンコーディング
RSA 公開鍵 (PKCS#1)
RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
modulus INTEGER, -- n
publicExponent INTEGER -- e
}
30 ... # SEQUENCE
02 ... # INTEGER (n)
00 ... # modulus
02 03 # INTEGER (e)
01 00 01 # 65537
RSA 公開鍵 (X.509/SPKI)
SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
algorithm AlgorithmIdentifier,
subjectPublicKey BIT STRING
}
30 ... # SEQUENCE
30 0D # SEQUENCE (algorithm)
06 09 # OID: rsaEncryption
2A 86 48 86 F7 0D 01 01 01
05 00 # NULL
03 ... # BIT STRING
00 # unused bits
30 ... # SEQUENCE (RSAPublicKey)
...
EC 公開鍵
SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
algorithm AlgorithmIdentifier,
subjectPublicKey BIT STRING
}
30 59 # SEQUENCE
30 13 # SEQUENCE (algorithm)
06 07 # OID: ecPublicKey
2A 86 48 CE 3D 02 01
06 08 # OID: secp256r1
2A 86 48 CE 3D 03 01 07
03 42 # BIT STRING
00 # unused bits
04 # uncompressed point
[32 bytes X]
[32 bytes Y]
CBOR/COSE との比較
| 観点 | ASN.1/DER | CBOR |
|---|---|---|
| 設計年代 | 1984年 | 2013年 |
| 複雑さ | 高い | 低い |
| スキーマ | 必須 | オプション |
| 用途 | 暗号、通信 | IoT、Web |
| デバッグ | 難しい | 比較的容易 |
| 採用領域 | X.509、PKCS | WebAuthn、mdoc |
なぜ両方存在するか:
ASN.1/DER:
- PKI（証明書）の標準
- 歴史的に確立されたエコシステム
- 変更が困難
CBOR:
- 新しい技術（WebAuthn、mdoc）で採用
- よりシンプル
- JSON との親和性
実務では両方を理解する必要がある
まとめ
ASN.1/DER の特徴:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 何者か: │
│ データ構造を定義する言語（ASN.1）と │
│ そのバイナリ表現（DER） │
│ │
│ 使われる場所: │
│ - X.509 証明書 │
│ - PKCS（#1, #7, #8, #12） │
│ - CRL、OCSP │
│ │
│ 構造: │
│ TLV（Tag-Length-Value）形式 │
│ │
│ デバッグ: │
│ - openssl asn1parse │
│ - lapo.it/asn1js │
│ │
│ 注意点: │
│ - 複雑で学習コストが高い │
│ - 新規設計では CBOR が推奨されることが多い │
│ - ただし証明書関連では必須の知識 │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────── ───┘