Python新ASN.1 API预览

如果您曾使用Python处理密码学、PKI方案或低级网络，很可能遇到过ASN.1。ASN.1支撑着每个TLS握手（通过X.509路径验证），为LDAP、SNMP和3GPP等核心互联网协议提供序列化层，并作为密码原语和协议表示的通用语言。

ASN.1的关键作用与其丰富的安全历史相辅相成：ASN.1编码规则的实现历来是内存损坏和拒绝服务漏洞的丰富来源。同样，ASN.1在互联网协议最底层的存在使得性能和无解析差异成为关键要求。

Python有多个优秀的ASN.1实现（如pyasn1、asn1和asn1tools），但这些通常属于后一类：纯Python编写使得性能成为问题，集成到使用其他ASN.1解析器的堆栈（例如在X.509层）会引入差异风险。

我们正在改变这一点：在Alpha-Omega的资助下，我们正在为PyCA Cryptography构建一个ASN.1 API，解决Python生态系统当前的三个关键缺陷：

性能：新API将使用纯Rust ASN.1解析器，提供接近原生的解析性能。
差异减少：上述解析器已用于PyCA Cryptography的X.509 API。这将减少“混合匹配”ASN.1解析方法的需求，从而减少差异漏洞。
现代化：新API将暴露声明式数据类样式接口，充满类型提示，使其熟悉、符合习惯并与类型检查器兼容。

例如，像这样的ASN.1定义：

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Doohickies ::= SEQUENCE {
    tschotchkes       OCTET STRING,
    baubles           INTEGER,
    knickknacks       UTF8String,
    whatchamacallits  SEQUENCE OF OBJECT IDENTIFIER,
    gizmos            SET OF GeneralizedTime OPTIONAL
}

…将对应以下Python代码：

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from datetime import datetime
from cryptography.hazmat import asn1

@asn1.sequence
class Doohickies:
    tschotchkes: bytes
    baubles: int
    knickknacks: str
    whatchamacallits: list[asn1.ObjectIdentifier]
    gizmos: set[datetime] | None

doohickies = Doohickies.from_der(b"...")
print(doohickies.tschotchkes)
doohickies.to_der() # b"..."

这项工作是我们之前由Sovereign Tech Fund资助的X.509路径验证工作的逻辑延续。它反映了我们持续改进Python生态系统的承诺，特别是在密码学和供应链安全领域。

如果您有兴趣了解更多或资助类似工作，请联系我们！

ASN.1快速背景

ASN.1，或抽象语法记法一，是一种接口描述语言（IDL）。这是一种花哨的说法，表示它是一种以语言和平台无关的方式描述数据结构的语法。

令人困惑的是，ASN.1本身不是序列化格式。相反，它定义编码规则，这些规则进而定义在不同设置中ASN.1结构的序列化和反序列化。在实践中，ASN.1与可分辨编码规则（DER）同义。

我们将在这篇文章中互换使用“ASN.1”和“DER”。与其深入探讨两者的复杂性（Let’s Encrypt有很好的覆盖），我们将专注于使DER几十年来保持相关性的属性：

DER是规范编码：在DER中编码给定ASN.1结构只有一种方式。换句话说，ASN.1结构在DER中的编码是确定性的，并且可以在保留逐位相等性的情况下往返。
DER相对紧凑：DER定义二进制格式，并且由于是规范的，禁止整数、布尔值和时间的非最小编码。
DER是自描述和自定界编码：给定的DER消息可以完全且健全地解析，无需事先参考模式或格式描述，除了DER本身的编码规则。

这些属性自然适用于Web开发人员所称的“渐进增强”：使用DER的应用程序可以解码它关心的特定结构，同时跳过它不关心的结构，仅解码它们的长度以跳转到下一个。

DER支持任意精度整数：DER中的INTEGER类型在功能上大小不受限制，这使得它适合表示密码学设置中经常出现的大数字（例如素数）。

总之，这些属性使DER在密码学、网络和电信设置中非常流行。

更准确地说，它在这些设置的内部非常流行：ASN.1用于保护世界TLS流量的X.509证书，广泛用于PEM编码格式，并为互联网的许多低级协议层提供描述和序列化。

为Python开发ASN.1库的动机

您可能会合理地问：为什么Python需要这个？

毕竟，大多数Python开发人员不会每天接触ASN.1，而那些接触的人大多以预定义的方式（如X.509证书）进行。为什么生态系统需要对ASN.1的通用支持？

答案在于，无论好坏，有许多情况下Python开发人员需要在X.509和其他知名格式和协议的“标准”形状之外进行ASN.1编码和解码。

这可以在Sigstore生态系统中看到：Sigstore主要是一个普通的RFC 5280风格PKI，但它也包括一些自定义X.509扩展用于其自身目的。例如，Sigstore日志条目的摘录显示以下扩展：

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Runner Environment: github-hosted
Source Repository URI: https://github.com/pypa/sampleproject
Source Repository Ref: refs/heads/main
Source Repository Owner URI: https://github.com/pypa

如果我们想从Python使用这些（例如，为了根据策略验证Sigstore证书），我们需要提取它们：

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from cryptography import x509

raw_cert = b"""
-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIGoTCCBiigAwIBAgITFai+PDKak1xA1HLq0mskqhDV5zAKBggqhkjOPQQDAzA3
MRUwEwYDVQQKEwxzaWdzdG9yZS5kZXYxHjAcBgNVBAMTFXNpZ3N0b3JlLWludGVy
bWVkaWF0ZTAeFw0yNDExMDYyMjM3MDdaFw0yNDExMDYyMjQ3MDdaMAAwWTATBgcq
hkjOPQIBBggqhkjOPQMBBwNCAARbx1Fse2Ln00On5aFaL+lHNGFYLaqeKDduplZD
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