sys-file-reader: Successfully read files with duplicate names.
[pspp] / doc / dev / system-file-format.texi
index af74fd2f600c6e95f0380afa23465605365263b8..a480195857f8d027cc910d9c9ac76b6d6ff26fb7 100644 (file)
@@ -56,6 +56,18 @@ appears in system files only in missing value ranges, which never
 contain SYSMIS.
 @end table
 
+System files may use most character encodings based on an 8-bit unit.
+UTF-16 and UTF-32, based on wider units, appear to be unacceptable.
+@code{rec_type} in the file header record is sufficient to distinguish
+between ASCII and EBCDIC based encodings.  The best way to determine
+the specific encoding in use is to consult the character encoding
+record (@pxref{Character Encoding Record}), if present, and failing
+that the @code{character_code} in the machine integer info record
+(@pxref{Machine Integer Info Record}).  The same encoding should be
+used for the dictionary and the data in the file, although it is
+possible to artificially synthesize files that use different encodings
+(@pxref{Character Encoding Record}).
+
 System files are divided into records, each of which begins with a
 4-byte record type, usually regarded as an @code{int32}.
 
@@ -96,16 +108,19 @@ Each type of record is described separately below.
 * Machine Integer Info Record::
 * Machine Floating-Point Info Record::
 * Multiple Response Sets Records::
+* Extra Product Info Record::
 * Variable Display Parameter Record::
 * Long Variable Names Record::
 * Very Long String Record::
 * Character Encoding Record::
 * Long String Value Labels Record::
+* Long String Missing Values Record::
 * Data File and Variable Attributes Records::
 * Extended Number of Cases Record::
 * Miscellaneous Informational Records::
 * Dictionary Termination Record::
 * Data Record::
+* Encrypted System Files::
 @end menu
 
 @node File Header Record
@@ -119,7 +134,7 @@ char                rec_type[4];
 char                prod_name[60];
 int32               layout_code;
 int32               nominal_case_size;
-int32               compressed;
+int32               compression;
 int32               weight_index;
 int32               ncases;
 flt64               bias;
@@ -131,9 +146,15 @@ char                padding[3];
 
 @table @code
 @item char rec_type[4];
-Record type code, set to @samp{$FL2}, that is, either @code{24 46 4c
-32} if the file uses an ASCII-based character encoding, or @code{5b c6
-d3 f2} if the file uses an EBCDIC-based character encoding.
+Record type code, either @samp{$FL2} for system files with
+uncompressed data or data compressed with simple bytecode compression,
+or @samp{$FL3} for system files with ZLIB compressed data.
+
+This is truly a character field that uses the character encoding as
+other strings.  Thus, in a file with an ASCII-based character encoding
+this field contains @code{24 46 4c 32} or @code{24 46 4c 33}, and in a
+file with an EBCDIC-based encoding this field contains @code{5b c6 d3
+f2}.  (No EBCDIC-based ZLIB-compressed files have been observed.)
 
 @item char prod_name[60];
 Product identification string.  This always begins with the characters
@@ -158,7 +179,10 @@ files written by some systems set this value to -1.  In general, it is
 unsafe for systems reading system files to rely upon this value.
 
 @item int32 compressed;
-Set to 1 if the data in the file is compressed, 0 otherwise.
+Set to 0 if the data in the file is not compressed, 1 if the data is
+compressed with simple bytecode compression, 2 if the data is ZLIB
+compressed.  This field has value 2 if and only if @code{rec_type} is
+@samp{$FL3}.
 
 @item int32 weight_index;
 If one of the variables in the data set is used as a weighting
@@ -203,6 +227,10 @@ field is arbitrarily set to @samp{00:00:00}.
 File label declared by the user, if any (@pxref{FILE LABEL,,,pspp,
 PSPP Users Guide}).  Padded on the right with spaces.
 
+A product that identifies itself as @code{VOXCO INTERVIEWER 4.3} uses
+CR-only line ends in this field, rather than the more usual LF-only or
+CR LF line ends.
+
 @item char padding[3];
 Ignored padding bytes to make the structure a multiple of 32 bits in
 length.  Set to zeros.
@@ -272,6 +300,10 @@ respectively.  If the variable has a range for missing variables, set to
 -2; if the variable has a range for missing variables plus a single
 discrete value, set to -3.
 
+A long string variable always has the value 0 here.  A separate record
+indicates missing values for long string variables (@pxref{Long String
+Missing Values Record}).
+
 @item int32 print;
 Print format for this variable.  See below.
 
@@ -284,6 +316,13 @@ the at-sign (@samp{@@}).  Subsequent characters may also be digits, octothorpes
 (@samp{#}), dollar signs (@samp{$}), underscores (@samp{_}), or full
 stops (@samp{.}).  The variable name is padded on the right with spaces.
 
+The @samp{name} fields should be unique within a system file.  System
+files written by SPSS that contain very long string variables with
+similar names sometimes contain duplicate names that are later
+eliminated by resolving the very long string names (@pxref{Very Long
+String Record}).  PSPP handles duplicates by assigning them new,
+unique names.
+
 @item int32 label_len;
 This field is present only if @code{has_var_label} is set to 1.  It is
 set to the length, in characters, of the variable label.  The
@@ -567,7 +606,8 @@ Floating point representation code.  For IEEE 754 systems this is 1.
 IBM 370 sets this to 2, and DEC VAX E to 3.
 
 @item int32 compression_code;
-Compression code.  Always set to 1.
+Compression code.  Always set to 1, regardless of whether or how the
+file is compressed.
 
 @item int32 endianness;
 Machine endianness.  1 indicates big-endian, 2 indicates little-endian.
@@ -780,6 +820,44 @@ $d=E 1 2 34 13 third mdgroup k l m
 $e=E 11 6 choice 0  n o p
 @end example
 
+@node Extra Product Info Record
+@section Extra Product Info Record
+
+This optional record appears to contain a text string that describes
+the program that wrote the file and the source of the data.  (This is
+redundant with the file label and product info found in the file
+header record.)
+
+@example
+/* @r{Header.} */
+int32               rec_type;
+int32               subtype;
+int32               size;
+int32               count;
+
+/* @r{Exactly @code{count} bytes of data.} */
+char                info[];
+@end example
+
+@table @code
+@item int32 rec_type;
+Record type.  Always set to 7.
+
+@item int32 subtype;
+Record subtype.  Always set to 10.
+
+@item int32 size;
+The size of each element in the @code{info} member. Always set to 1.
+
+@item int32 count;
+The total number of bytes in @code{info}.
+
+@item char info[];
+A text string.  A product that identifies itself as @code{VOXCO
+INTERVIEWER 4.3} uses CR-only line ends in this field, rather than the
+more usual LF-only or CR LF line ends.
+@end table
+
 @node Variable Display Parameter Record
 @section Variable Display Parameter Record
 
@@ -1109,6 +1187,74 @@ between 0 and 120, is the number of bytes in @code{label}.  The
 @end table
 @end table
 
+@node Long String Missing Values Record
+@section Long String Missing Values Record
+
+This record, if present, specifies missing values for long string
+variables.
+
+@example
+/* @r{Header.} */
+int32               rec_type;
+int32               subtype;
+int32               size;
+int32               count;
+
+/* @r{Repeated up to exactly @code{count} bytes.} */
+int32               var_name_len;
+char                var_name[];
+char                n_missing_values;
+long_string_missing_value   values[];
+@end example
+
+@table @code
+@item int32 rec_type;
+Record type.  Always set to 7.
+
+@item int32 subtype;
+Record subtype.  Always set to 22.
+
+@item int32 size;
+Always set to 1.
+
+@item int32 count;
+The number of bytes following the header until the next header.
+
+@item int32 var_name_len;
+@itemx char var_name[];
+The number of bytes in the name of the long string variable that has
+missing values, plus the variable name itself, which consists of
+exactly @code{var_name_len} bytes.  The variable name is not padded to
+any particular boundary, nor is it null-terminated.
+
+@item char n_missing_values;
+The number of missing values, either 1, 2, or 3.  (This is, unusually,
+a single byte instead of a 32-bit number.)
+
+@item long_string_missing_value values[];
+The missing values themselves.  This array contains exactly
+@code{n_missing_values} elements, each of which has the following
+substructure:
+
+@example
+int32               value_len;
+char                value[];
+@end example
+
+@table @code
+@item int32 value_len;
+The length of the missing value string, in bytes.  This value should
+be 8, because long string variables are at least 8 bytes wide (by
+definition), only the first 8 bytes of a long string variable's
+missing values are allowed to be non-spaces, and any spaces within the
+first 8 bytes are included in the missing value here.
+
+@item char value[];
+The missing value string, exactly @code{value_len} bytes, without
+any padding or null terminator.
+@end table
+@end table
+
 @node Data File and Variable Attributes Records
 @section Data File and Variable Attributes Records
 
@@ -1183,12 +1329,38 @@ VARIABLE ATTRIBUTE VARIABLES=dummy ATTRIBUTE=bert('123').
 will contain a variable attribute record with the following contents:
 
 @example
-00000000  07 00 00 00 12 00 00 00  01 00 00 00 22 00 00 00  |............"...|
-00000010  64 75 6d 6d 79 3a 66 72  65 64 28 27 32 33 27 0a  |dummy:fred('23'.|
-00000020  27 33 34 27 0a 29 62 65  72 74 28 27 31 32 33 27  |'34'.)bert('123'|
-00000030  0a 29                                             |.)              |
+0000  07 00 00 00 12 00 00 00  01 00 00 00 22 00 00 00  |............"...|
+0010  64 75 6d 6d 79 3a 66 72  65 64 28 27 32 33 27 0a  |dummy:fred('23'.|
+0020  27 33 34 27 0a 29 62 65  72 74 28 27 31 32 33 27  |'34'.)bert('123'|
+0030  0a 29                                             |.)              |
 @end example
 
+@menu
+* Variable Roles::
+@end menu
+
+@node Variable Roles
+@subsection Variable Roles
+
+A variable's role is represented as an attribute named @code{$@@Role}.
+This attribute has a single element whose values and their meanings
+are:
+
+@table @code
+@item 0
+Input.  This, the default, is the most common role.
+@item 1
+Output.
+@item 2
+Both.
+@item 3
+None.
+@item 4
+Partition.
+@item 5
+Split.
+@end table
+
 @node Extended Number of Cases Record
 @section Extended Number of Cases Record
 
@@ -1292,22 +1464,23 @@ Ignored padding.  Should be set to 0.
 @node Data Record
 @section Data Record
 
-Data records must follow all other records in the system file.  There must
-be at least one data record in every system file.
+The data record must follow all other records in the system file.
+Every system file must have a data record that specifies data for at
+least one case.  The format of the data record varies depending on the
+value of @code{compression} in the file header record:
 
-The format of data records varies depending on whether the data is
-compressed.  Regardless, the data is arranged in a series of 8-byte
-elements.
-
-When data is not compressed,
-each element corresponds to
+@table @asis
+@item 0: no compression
+Data is arranged as a series of 8-byte elements.
+Each element corresponds to
 the variable declared in the respective variable record (@pxref{Variable
 Record}).  Numeric values are given in @code{flt64} format; string
 values are literal characters string, padded on the right when
 necessary to fill out 8-byte units.
 
-Compressed data is arranged in the following manner: the first 8 bytes
-in the data section is divided into a series of 1-byte command
+@item 1: bytecode compression
+The first 8 bytes
+of the data record is divided into a series of 1-byte command
 codes.  These codes have meanings as described below:
 
 @table @asis
@@ -1345,8 +1518,287 @@ An 8-byte string value that is all spaces.
 The system-missing value.
 @end table
 
-When the end of the an 8-byte group of command bytes is reached, any
-blocks of non-compressible values indicated by code 253 are skipped,
-and the next element of command bytes is read and interpreted, until
-the end of the file or a code with value 252 is reached.
+The end of the 8-byte group of bytecodes is followed by any 8-byte
+blocks of non-compressible values indicated by code 253.  After that
+follows another 8-byte group of bytecodes, then those bytecodes'
+non-compressible values.  The pattern repeats to the end of the file
+or a code with value 252.
+
+@item 2: ZLIB compression
+The data record consists of the following, in order:
+
+@itemize @bullet
+@item
+ZLIB data header, 24 bytes long.
+
+@item
+One or more variable-length blocks of ZLIB compressed data.
+
+@item
+ZLIB data trailer, with a 24-byte fixed header plus an additional 24
+bytes for each preceding ZLIB compressed data block.
+@end itemize
+
+The ZLIB data header has the following format:
+
+@example
+int64               zheader_ofs;
+int64               ztrailer_ofs;
+int64               ztrailer_len;
+@end example
+
+@table @code
+@item int64 zheader_ofs;
+The offset, in bytes, of the beginning of this structure within the
+system file.
+
+@item int64 ztrailer_ofs;
+The offset, in bytes, of the first byte of the ZLIB data trailer.
+
+@item int64 ztrailer_len;
+The number of bytes in the ZLIB data trailer.  This and the previous
+field sum to the size of the system file in bytes.
+@end table
+
+The data header is followed by @code{(ztrailer_ofs - 24) / 24} ZLIB
+compressed data blocks.  Each ZLIB compressed data block begins with a
+ZLIB header as specified in RFC@tie{}1950, e.g.@: hex bytes @code{78
+01} (the only header yet observed in practice).  Each block
+decompresses to a fixed number of bytes (in practice only
+@code{0x3ff000}-byte blocks have been observed), except that the last
+block of data may be shorter.  The last ZLIB compressed data block
+gends just before offset @code{ztrailer_ofs}.
+
+The result of ZLIB decompression is bytecode compressed data as
+described above for compression format 1.
+
+The ZLIB data trailer begins with the following 24-byte fixed header:
+
+@example
+int64               bias;
+int64               zero;
+int32               block_size;
+int32               n_blocks;
+@end example
+
+@table @code
+@item int64 int_bias;
+The compression bias as a negative integer, e.g.@: if @code{bias} in
+the file header record is 100.0, then @code{int_bias} is @minus{}100
+(this is the only value yet observed in practice).
+
+@item int64 zero;
+Always observed to be zero.
+
+@item int32 block_size;
+The number of bytes in each ZLIB compressed data block, except
+possibly the last, following decompression.  Only @code{0x3ff000} has
+been observed so far.
+
+@item int32 n_blocks;
+The number of ZLIB compressed data blocks, always exactly
+@code{(ztrailer_ofs - 24) / 24}.
+@end table
+
+The fixed header is followed by @code{n_blocks} 24-byte ZLIB data
+block descriptors, each of which describes the compressed data block
+corresponding to its offset.  Each block descriptor has the following
+format:
+
+@example
+int64               uncompressed_ofs;
+int64               compressed_ofs;
+int32               uncompressed_size;
+int32               compressed_size;
+@end example
+
+@table @code
+@item int64 uncompressed_ofs;
+The offset, in bytes, that this block of data would have in a similar
+system file that uses compression format 1.  This is
+@code{zheader_ofs} in the first block descriptor, and in each
+succeeding block descriptor it is the sum of the previous desciptor's
+@code{uncompressed_ofs} and @code{uncompressed_size}.
+
+@item int64 compressed_ofs;
+The offset, in bytes, of the actual beginning of this compressed data
+block.  This is @code{zheader_ofs + 24} in the first block descriptor,
+and in each succeeding block descriptor it is the sum of the previous
+descriptor's @code{compressed_ofs} and @code{compressed_size}.  The
+final block descriptor's @code{compressed_ofs} and
+@code{compressed_size} sum to @code{ztrailer_ofs}.
+
+@item int32 uncompressed_size;
+The number of bytes in this data block, after decompression.  This is
+@code{block_size} in every data block except the last, which may be
+smaller.
+
+@item int32 compressed_size;
+The number of bytes in this data block, as stored compressed in this
+system file.
+@end table
+@end table
+
 @setfilename ignored
+
+@node Encrypted System Files
+@section Encrypted System Files
+
+SPSS 21 and later support an encrypted system file format.
+
+@quotation Warning
+The SPSS encrypted file format is poorly designed.  It is much cheaper
+and faster to decrypt a file encrypted this way than if a well
+designed alternative were used.  If you must use this format, use a
+10-byte randomly generated password.
+@end quotation
+
+@subheading Encrypted File Format
+
+Encrypted system files begin with the following 36-byte fixed header:
+
+@example
+0000  1c 00 00 00 00 00 00 00  45 4e 43 52 59 50 54 45  |........ENCRYPTE|
+0010  44 53 41 56 15 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |DSAV............|
+0020  00 00 00 00                                       |....|
+@end example
+
+Following the fixed header is a complete system file in the usual
+format, except that each 16-byte block is encrypted with AES-256 in
+ECB mode.  The AES-256 key is derived from a password in the following
+way:
+
+@enumerate 
+@item
+Start from the literal password typed by the user.  Truncate it to at
+most 10 bytes, then append (between 1 and 22) null bytes until there
+are exactly 32 bytes.  Call this @var{password}.
+
+@item
+Let @var{constant} be the following 73-byte constant:
+
+@example
+0000  00 00 00 01 35 27 13 cc  53 a7 78 89 87 53 22 11
+0010  d6 5b 31 58 dc fe 2e 7e  94 da 2f 00 cc 15 71 80
+0020  0a 6c 63 53 00 38 c3 38  ac 22 f3 63 62 0e ce 85
+0030  3f b8 07 4c 4e 2b 77 c7  21 f5 1a 80 1d 67 fb e1
+0040  e1 83 07 d8 0d 00 00 01  00
+@end example
+
+@item
+Compute CMAC-AES-256(@var{password}, @var{constant}).  Call the
+16-byte result @var{cmac}.
+
+@item
+The 32-byte AES-256 key is @var{cmac} || @var{cmac}, that is,
+@var{cmac} repeated twice.
+@end enumerate
+
+@subsubheading Example
+
+Consider the password @samp{pspp}.  @var{password} is:
+
+@example
+0000  70 73 70 70 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |pspp............|
+0010  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
+@end example
+
+@noindent
+@var{cmac} is:
+
+@example
+0000  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
+@end example
+
+@noindent
+The AES-256 key is:
+
+@example
+0000  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
+0010  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
+@end example
+
+@subheading Password Encoding
+
+SPSS also supports what it calls ``encrypted passwords.''  These are
+not encrypted.  They are encoded with a simple, fixed scheme.  An
+encoded password is always a multiple of 2 characters long, and never
+longer than 20 characters.  The characters in an encoded password are
+always in the graphic ASCII range 33 through 126.  Each successive
+pair of characters in the password encodes a single byte in the
+plaintext password.
+
+Use the following algorithm to decode a pair of characters:
+
+@enumerate
+@item
+Let @var{a} be the ASCII code of the first character, and @var{b} be
+the ASCII code of the second character.
+
+@item
+Let @var{ah} be the most significant 4 bits of @var{a}.  Find the line
+in the table below that has @var{ah} on the left side.  The right side
+of the line is a set of possible values for the most significant 4
+bits of the decoded byte.
+
+@display
+@t{2 } @result{} @t{2367}
+@t{3 } @result{} @t{0145}
+@t{47} @result{} @t{89cd}
+@t{56} @result{} @t{abef}
+@end display
+
+@item
+Let @var{bh} be the most significant 4 bits of @var{b}.  Find the line
+in the second table below that has @var{bh} on the left side.  The
+right side of the line is a set of possible values for the most
+significant 4 bits of the decoded byte.  Together with the results of
+the previous step, only a single possibility is left.
+
+@display
+@t{2 } @result{} @t{139b}
+@t{3 } @result{} @t{028a}
+@t{47} @result{} @t{46ce}
+@t{56} @result{} @t{57df}
+@end display
+
+@item
+Let @var{al} be the least significant 4 bits of @var{a}.  Find the
+line in the table below that has @var{al} on the left side.  The right
+side of the line is a set of possible values for the least significant
+4 bits of the decoded byte.
+
+@display
+@t{03cf} @result{} @t{0145}
+@t{12de} @result{} @t{2367}
+@t{478b} @result{} @t{89cd}
+@t{569a} @result{} @t{abef}
+@end display
+
+@item
+Let @var{bl} be the least significant 4 bits of @var{b}.  Find the
+line in the table below that has @var{bl} on the left side.  The right
+side of the line is a set of possible values for the least significant
+4 bits of the decoded byte.  Together with the results of the previous
+step, only a single possibility is left.
+
+@display
+@t{03cf} @result{} @t{028a}
+@t{12de} @result{} @t{139b}
+@t{478b} @result{} @t{46ce}
+@t{569a} @result{} @t{57df}
+@end display
+@end enumerate
+
+@subsubheading Example
+
+Consider the encoded character pair @samp{-|}.  @var{a} is
+0x2d and @var{b} is 0x7c, so @var{ah} is 2, @var{bh} is 7, @var{al} is
+0xd, and @var{bl} is 0xc.  @var{ah} means that the most significant
+four bits of the decoded character is 2, 3, 6, or 7, and @var{bh}
+means that they are 4, 6, 0xc, or 0xe.  The single possibility in
+common is 6, so the most significant four bits are 6.  Similarly,
+@var{al} means that the least significant four bits are 2, 3, 6, or 7,
+and @var{bl} means they are 0, 2, 8, or 0xa, so the least significant
+four bits are 2.  The decoded character is therefore 0x62, the letter
+@samp{b}.