【ITニュース解説】A Warm Welcome to ASN.1 and DER

ASN.1（Abstract Syntax Notation One）は、データ構造を定義し、表現するための国際標準の記法である。特定のプログラミング言語、ハードウェア、オペレーティングシステムに依存しない中立的な仕様として設計されており、異なるシステム間でデータを一貫して交換するために広く利用されている。特に、通信プロトコルやセキュリティの分野で重要な役割を果たしており、例えばWebサイトの安全性を保証するX.509証明書や、ネットワーク機器を管理するSNMP、ディレクトリサービスで使われるLDAPなど、多くの標準技術の基盤となっている。ASN.1はデータ構造の「設計図」を記述するための言語と考えることができる。

ASN.1では、まずデータの型を定義する。これには、整数を表すINTEGER、任意のバイナリデータを表すOCTET STRING、真偽値を示すBOOLEANといった基本的な型（プリミティブ型）がある。また、複数のデータをまとめて一つの構造とするための型も定義できる。代表的なものにSEQUENCEとSETがある。SEQUENCEは、複数の異なる型のデータを順序付けてまとめるもので、C言語の構造体やJSONのオブジェクトに相当する。一方、SETも複数のデータをまとめるが、SEQUENCEとは異なり要素の順序は重要ではない。さらに、複数の型の中からいずれか一つを選択して値を格納するCHOICEという型も存在する。これらの型を組み合わせることで、単純なデータから複雑な階層構造を持つデータまで、柔軟に定義することが可能となる。

ASN.1で定義されたデータ構造は、あくまで抽象的な「記法」であり、実際にネットワークを通じて送受信したり、ファイルに保存したりするためには、具体的なバイト列（バイナリデータ）に変換する必要がある。この変換規則をエンコーディングルールと呼ぶ。ASN.1にはいくつかのエンコーディングルールが存在するが、代表的なものにBER（Basic Encoding Rules）、CER（Canonical Encoding Rules）、DER（Distinguished Encoding Rules）がある。BERは最も基本的なルールで、一つのデータ構造に対して複数のエンコード結果が存在しうる柔軟な仕様である。しかし、この柔軟性が問題となる場面もある。

DER（Distinguished Encoding Rules）は、BERのサブセットであり、より厳格なエンコーディングルールである。DERの最大の特徴は、ASN.1で定義された一つのデータ構造に対して、エンコード結果のバイト列が常に一意に定まるという点にある。この一意性は、特にセキュリティ分野において極めて重要である。例えば、デジタル署名を作成する場合、署名対象のデータがわずか1バイトでも異なると、署名の検証は失敗してしまう。もしBERのように複数のエンコード結果が存在すると、同じ内容のデータであってもエンコード方法の違いによって署名が無効と判断される可能性がある。DERはエンコード方法を唯一に定めることで、このような問題を回避し、データの完全性を確実に検証できるようにする。

DERエンコーディングは、一般的にTLV（Type-Length-Value）という構造でデータを表現する。これは、すべてのデータが「型（Type）」「長さ（Length）」「値（Value）」の3つの部分から構成されるという考え方である。「型（Type）」は、そのデータがどのような種類のものかを示す識別子である。例えば、整数（INTEGER）なのか、文字列（OCTET STRING）なのかといった情報が含まれる。「長さ（Length）」は、続く「値」部分が何バイトあるかを示す。これにより、データのどこまでを読み取ればよいかを正確に判断できる。「値（Value）」は、実際のデータ本体である。INTEGERであればその数値が、OCTET STRINGであればそのバイト列が格納される。SEQUENCEのような構造化データの場合、その「値」部分に、さらに複数のTLV構造が入れ子になって含まれることになる。このTLV構造により、受信側はデータの構造を定義したASN.1の仕様書がなくても、受信したバイト列を先頭から解析していくだけで、データ全体の構造を正確に解釈することが可能となる。

DERの最も身近な応用例が、HTTPS通信で使われるSSL/TLS証明書、すなわちX.509証明書である。この証明書には、発行者の情報、所有者の情報、公開鍵、有効期間、シリアル番号といった多様な情報が含まれている。これらの複雑なデータ構造はASN.1で定義され、DER形式でエンコードされたバイナリデータとして配布される。Webブラウザやサーバーは、このDERエンコードされた証明書を受け取り、TLV構造に従って解析することで、証明書の内容を正確に理解し、Webサイトの正当性を検証している。DERの一意性があるからこそ、世界中のどのようなコンピュータでも同じ証明書を同じように解釈し、安全な通信を確立できるのである。ASN.1とDERは、一見すると古く難解に感じられるかもしれないが、今日のインターネットの信頼性と安全性を支える根幹技術であり、特にネットワークやセキュリティに関わるエンジニアにとっては、その仕組みを理解しておくことが不可欠である。