Base64编解码原理

JAVA herman 981浏览 0评论
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我在面试过程中,问过很多高级java工程师,是否了解Base64?部分人回答了解,部分人直接回答不了解。而说了解的那部分人却回答不上来它的原理。

Base64 的由来

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一,大家可以查看RFC2045RFC2049,上面有MIME的详细规范。它是一种基于用64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。它通常用作存储、传输一些二进制数据编码方法!也是MIME(多用途互联网邮件扩展,主要用作电子邮件标准)中一种可打印字符表示二进制数据的常见编码方法!它其实只是定义用可打印字符传输内容一种方法,并不会产生新的字符集!

传统的邮件只支持可见字符的传送,像ASCII码的控制字符就 不能通过邮件传送。这样用途就受到了很大的限制,比如图片二进制流的每个字节不可能全部是可见字符,所以就传送不了。最好的方法就是在不改变传统协议的情 况下,做一种扩展方案来支持二进制文件的传送。把不可打印的字符也能用可打印字符来表示,问题就解决了。Base64编码应运而生,Base64就是一种 基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。

什么是Base64?

Base64被定义为:Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。

(The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.) 

Base64编码的原理

它是用64个可打印字符表示二进制所有数据方法。由于2的6次方等于64,所以可以用每6个位元为一个单元,对应某个可打印字符。我们知道三个字节有24个位元,就可以刚好对应于4个Base64单元,即3个字节需要用4个Base64的可打印字符来表示。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9 ,这样共有62个字符,此外两个可打印符号在不同的系统中一般有所不同。但是,我们经常所说的Base64另外2个字符是:“+/”。这64个字符,所对应表如下。

Base64 编码 对应表

转换的时候,将三个byte的数据,先后放入一个24bit的缓冲区中,先来的byte占高位。数据不足3byte的话,于缓冲区中剩下的bit用0补足。然后,每次取出6个bit,按照其值选择
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/中的字符作为编码后的输出。不断进行,直到全部输入数据转换完成。
如果最后剩下两个输入数据,在编码结果后加1个“=”;如果最后剩下一个输入数据,编码结果后加2个“=”;如果没有剩下任何数据,就什么都不要加,这样才可以保证资料还原的正确性。

Base64编码实例

在这里,三个字符组成的输入值“Ow!”是base64编码的,得到的是4个字符的base64编码值“T3ch”。它是按以下方式工作的。

  1. 字符串"Ow!"被拆分成3个8位的字节(0x4F、0x77、0x21)。
  2.  这3个字节构成了一个24为的二进制01001111 01110111 00100001。
  3.  这些为被划分为一些6位的序列010011、110111、011100、1000001.
  4.  每个6位值都表示了从0~63之间的数字,对应base64字母表中的64个字符之一。得到的base64编码字符串是4个字符的字符串“T3ch”。然后就可以通过线路将这个字符串作为“安全的”8位字符传送出去,因为只用了一些移植性最好的字符(字母、数字等)。

以下是JavaScript对Base64的编码实现。

// 现在将字符串"Ow!"转换为base64编码值
var str = 'Ow!';
// 或去字符串的二进制码
var binary = [];
for (var i = 0; i < str.length; i++) {
    // 转换为二进制表示
    var binStr = str.charCodeAt(i).toString(2);
    // 将得到的二进制放入数组中得到
    // ['1001111','1110111','100001']
    // 因为一个正常的二进制字节都是由8bit组成的,不够8bit的话不表示.上面得到的都不够8bit所以前面我们手动给补0,就得到了
    // ['01001111','01110111','00100001']
    binary.push(binStr);
}
// 1 把字符串按照6位分开,进行分割,得到['010011','110111','011100','1000001']
// 2 将每一个转换为十进制分别对于[19,55,28,33];
// 3 将每一位数字分别对于上面提供的base64对应表,得到对应的编码,分别对于 T 3 c h
// 4 最后就会得到base64编码T3ch
console.log('字符"Ow!"最后得到的base64编码为"T3ch"');

Base64的原理

下面我再通过一个转码过程例子来说明它的原理。

3*8=4*6
内存1个字符占8位
转前: s 1 3
先转成ascii:对应 115 49 51
2进制: 01110011 00110001 00110011
6个一组(4组) 011100110011000100110011
然后才有后面的 011100 110011 000100 110011
然后计算机是8位8位的存数 6不够,自动就补两个高位0了
所有有了 高位补0
科学计算器输入 00011100 00110011 00000100 00110011
得到 28 51 4 51
查对下照表 c z E z

Base64编码技术的应用

  1. 传输数据,尽量做到数据可(防盗链)以在网络中正常传输,同时不会因为硬件或者软件不兼容,导致数据失真。
  2. 对数据进行简单加密,如对于URL或者地址空间的处理(如百度网盘地址、p2p链接),可以通过简单的Base64进行简单的处理,防止肉眼可以直视出这些信息的处理规则。同时也可以有效的进行互联网信息传输。

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