为什么要用base64编码？

base64简单描述：

ASCII码一个字符用8位二进制码表示，base64一个字符只需要6位（一个字节为8位所以最高位补两个0），3*8=4*6 = 24 ，由此可见4位base64码的字符可以很好的表示3位ASCII码的字符（也就是说base64 编码后会比原本的字符长），而且base64规定 被转码的字符如果不足3的倍数，在后面补0，补足3的倍数，转码后，0会被转码为“=”号，所以我们看到的有些base64码是以“=”或者“==”结尾的。

base64的转码对象为字节码，不能是字符串。

转码前
			
转码后
		
b'a'
			
b'YQ=='
		
b'aa'
			
b'YWE='
		
b'aaa'
			
b'YWFh'
		
b'是'
			
b'5piv'
		
 

 

 

 

 

 

一：算法由来

Base64最早应用于解决电子邮件传输的问题。在早期，由于“历史问题”，电子邮件只允许ASCII码字符。如果要传输一封带有非ASCII码字符的电子邮件(例如附件)，当它通过有“历史问题”的网关时就可能出现问题（网关可能会对非ASCII码字符的二进制位作调整，即将非ASCII码的8位二进制码最高位置为0）。此时用户收到的邮件会是一封纯粹的乱码邮件，由于这个原因产生了base64算法。Base64是一种编码方式，而不是一种加密方式

电子邮件的附件一般也作Base64编码的，因为一个附件数据往往是有不可见字符的。 

对证书来说，特别是根证书，一般都是作Base64编码的，因为它要在网上被许多人下载。


标准Base64只有64个字符（英文大小写、数字和+、/）以及用作后缀等号
base64是把3个字节变成4个可打印字符，所以base64编码后的字符串一定能被4整除（不算用作后缀的等号）
等号一定用作后缀，且数目一定是0个、1个或2个。这是因为如果原文长度不能被3整除，base64要在后面添加\0凑齐3n位。为了正确还原，添加了几个\0就加上几个等号。显然添加等号的数目只能是0、1或2；


Base64是一种任意二进制到文本字符串的编码方法(二进制=》ASCII)，Base64适用于小段内容的编码，常用于在URL、Cookie、网页中传输少量二进制数据、数字证书签名、密钥。

“123456”对应的二进制位 00110001 00110010 00110011 00110100 00110101 00110110， 我们取6个比特为一组结果为


001100
010011
001000
110011
001101
000011
010100
110110


对应的base64为：MTIzNDU2

由于标准的Base64编码后可能出现字符+和/，在URL中就不能直接作为参数，所以又有一种”url safe”的base64编码，其实就是把字符+和/分别变成-和_： 

由于=字符也可能出现在Base64编码中，但=用在URL、Cookie里面会造成歧义，所以，很多Base64编码后会把=去掉或者替换成.



二：Base64Util



public class Base64Util {

    public static String encode(String src){
        BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
        String encode = encoder.encode(src.getBytes());

        return encode;
    }

    public static String decode(String encode) throws Exception {
        BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
        byte[] bytes = decoder.decodeBuffer(encode);
        return new String(bytes);
    }

    /**
     * 将base64种的敏感字符+,/,=转化为_,-,. 以及base64会在编码串中产生换行符
     * @param source
     * @return
     */
    public static String urlSafeEncode(byte[] source) {
        BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
        String str = encoder.encode(source);

        str = str.replaceAll("\\+", "_");
        str = str.replaceAll("/", "-");
        str = str.replaceAll("=", ".");
        str = str.replaceAll("\\s", "");

        return str;
    }

    /**
     * urlSafeEncode逆过程
     * @param str
     * @return
     * @throws IOException
     */
    public static byte[] urlSafeDecode(String str) throws IOException {
        if (str == null) {
            return null;
        }

        str = str.replaceAll("_", "+");
        str = str.replaceAll("-", "/");
        str = str.replaceAll("\\.", "=");

        BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
        byte[] bytes = decoder.decodeBuffer(str);

        return bytes;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        String encode = Base64Util.encode("123456");
        String decode = Base64Util.decode(encode);
        System.out.println(encode);
        System.out.println(decode);
    }
}

在互联网中的每一刻，你可能都在享受着Base64带来的便捷，但对于Base64的基础原理又了解多少？今天这篇博文带领大家了解一下Base64的底层实现。

Base64的由来
目前Base64已经成为网络上常见的传输8Bit字节代码的编码方式之一。在做支付系统时，系统之间的报文交互都需要使用Base64对明文进行转码，然后再进行签名或加密，之后再进行（或再次Base64）传输。那么，Base64到底起到什么作用呢？
在参数传输的过程中经常遇到的一种情况：使用全英文的没问题，但一旦涉及到中文就会出现乱码情况。与此类似，网络上传输的字符并不全是可打印的字符，比如二进制文件、图片等。Base64的出现就是为了解决此问题，它是基于64个可打印的字符来表示二进制的数据的一种方法。
电子邮件刚问世的时候，只能传输英文，但后来随着用户的增加，中文、日文等文字的用户也有需求，但这些字符并不能被服务器或网关有效处理，因此Base64就登场了。随之，Base64在URL、Cookie、网页传输少量二进制文件中也有相应的使用。
Base64的编码原理
Base64的原理比较简单，每当我们使用Base64时都会先定义一个类似这样的数组：
['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

上面就是Base64的索引表，字符选用了"A-Z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符，这是标准的Base64协议规定。在日常使用中我们还会看到“=”或“==”号出现在Base64的编码结果中，“=”在此是作为填充字符出现，后面会讲到。
具体转换步骤

第一步，将待转换的字符串每三个字节分为一组，每个字节占8bit，那么共有24个二进制位。
第二步，将上面的24个二进制位每6个一组，共分为4组。
第三步，在每组前面添加两个0，每组由6个变为8个二进制位，总共32个二进制位，即四个字节。
第四步，根据Base64编码对照表（见下图）获得对应的值。

0　A　　17　R　　　34　i　　　51　z

1　B　　18　S　　　35　j　　　52　0

2　C　　19　T　　　36　k　　　53　1

3　D　　20　U　　　37　l　　　54　2

4　E　　21　V　　　38　m　　　55　3

5　F　　22　W　　　39　n　　　56　4

6　G　　23　X　　　40　o　　　57　5

7　H　　24　Y　　　41　p　　　58　6

8　I　　25　Z　　　42　q　　　59　7

9　J　　26　a　　　43　r　　　60　8

10　K　　27　b　　　44　s　　　61　9

11　L　　28　c　　　45　t　　　62　+

12　M　　29　d　　　46　u　　　63　/

13　N　　30　e　　　47　v

14　O　　31　f　　　48　w　　　

15　P　　32　g　　　49　x

16　Q　　33　h　　　50　y

从上面的步骤我们发现：

Base64字符表中的字符原本用6个bit就可以表示，现在前面添加2个0，变为8个bit，会造成一定的浪费。因此，Base64编码之后的文本，要比原文大约三分之一。
为什么使用3个字节一组呢？因为6和8的最小公倍数为24，三个字节正好24个二进制位，每6个bit位一组，恰好能够分为4组。

示例说明
以下图的表格为示例，我们具体分析一下整个过程。


第一步：“M”、“a”、"n"对应的ASCII码值分别为77，97，110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110。如图第二三行所示，由此组成一个24位的二进制字符串。
第二步：如图红色框，将24位每6位二进制位一组分成四组。
第三步：在上面每一组前面补两个0，扩展成32个二进制位，此时变为四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。分别对应的值（Base64编码索引）为：19、22、5、46。
第四步：用上面的值在Base64编码表中进行查找，分别对应：T、W、F、u。因此“Man”Base64编码之后就变为：TWFu。

位数不足情况
上面是按照三个字节来举例说明的，如果字节数不足三个，那么该如何处理？


两个字节：两个字节共16个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时总共16个二进制位，每6个一组，则第三组缺少2位，用0补齐，得到三个Base64编码，第四组完全没有数据则用“=”补上。因此，上图中“BC”转换之后为“QKM=”；
一个字节：一个字节共8个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时共8个二进制位，每6个一组，则第二组缺少4位，用0补齐，得到两个Base64编码，而后面两组没有对应数据，都用“=”补上。因此，上图中“A”转换之后为“QQ==”；

注意事项

大多数编码都是由字符串转化成二进制的过程，而Base64的编码则是从二进制转换为字符串。与常规恰恰相反，
Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制领域，不能算得上加密，只是无法直接看到明文。也可以通过打乱Base64编码来进行加密。
中文有多种编码（比如：utf-8、gb2312、gbk等），不同编码对应Base64编码结果都不一样。

延伸
上面我们已经看到了Base64就是用6位（2的6次幂就是64）表示字符，因此成为Base64。同理，Base32就是用5位，Base16就是用4位。大家可以按照上面的步骤进行演化一下。
Java 验证
最后，我们用一段Java代码来验证一下上面的转换结果：
package com.secbro2.blog.utils;

import sun.misc.BASE64Encoder;

/**
 * @author zzs
 */
public class Base64Utils {

	public static void main(String[] args) {
		String man = "Man";
		String a = "A";
		String bc = "BC";

		BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
		System.out.println("Man base64结果为：" + encoder.encode(man.getBytes()));
		System.out.println("BC base64结果为：" + encoder.encode(bc.getBytes()));
		System.out.println("A base64结果为：" + encoder.encode(a.getBytes()));
	}
}

打印结果为：
Man base64结果为：TWFu
BC base64结果为：QkM=
A base64结果为：QQ==

以上结果与我们分析所得完全一致。
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原方法

BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();

String imagestr =  encoder.encode(captcha);

BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();

byte[] bytes = decoder.decodeBuffer(imagestr);

现方法

import java.util.Base64.Encoder

import java.util.Base64.Decoder

 

Encoder encoder = Base64.getEncoder();

String result = encoder.encodeToString(byteArray);

 

Decoder decoder = Base64.getDecoder();

byte[] result = decoder.decode(str);

原因是/lib/tool.jar和/lib/rt.jar已经从Java SE 9中删除