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  • 作者:郭无心 ...X.509公钥证书也好,电子邮件数据也好,经常要用到Base64编码,那么为什么要作一下这样的编码呢? 我们知道在计算机中任何数据都是按ascii码存储的,而ascii码的128~255之间的值是不
    作者:郭无心
    链接:https://www.zhihu.com/question/36306744/answer/71626823
    来源:知乎
    著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

    X.509公钥证书也好,电子邮件数据也好,经常要用到Base64编码,那么为什么要作一下这样的编码呢?

    我们知道在计算机中任何数据都是按ascii码存储的,而ascii码的128~255之间的值是不可见字符。而在网络上交换数据时,比如说从A地传到B地,往往要经过多个路由设备,由于不同的设备对字符的处理方式有一些不同,这样那些不可见字符就有可能被处理错误,这是不利于传输的。所以就先把数据先做一个Base64编码,统统变成可见字符,这样出错的可能性就大降低了。


    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。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。

    那么Base64到底是怎样编码的呢?

    简单来说,任何一个数据无非可以看作一个比特流,如01000100010011101100111010111100011001010......那么我们取6个比特为一组,计算它的ascii值,得到一个字符,这个字符肯定是可见字符,好,把它对应的字符写出来,再取6个比特,计算...,如此下去,直到最后,就完成了编码。



    1.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;
    2.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);
    3.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;
    4.严格来说base64不能算是一种加密,只能说是编码转换。使用base64的初衷。是为了方便把含有不可见字符串的信息用可见字符串表示出来,以便复制粘贴;


    ---------------------------------------------------------------------------------------------
    提供一个工作中用到过的base64场景
    一个xml当中包含另一个xml数据,此时如果将xml数据直接写入显然不合适,将xml进行适当编码存入较为方便,事实上xml当中的字符一般都是可见字符(0-127之间),但是由于中文的存在,可能存在不可见字符,直接将字符打印在外层xml的数据中显然不合理,那么怎么办呢?
    可以使用base64进行编码,然后存入xml,解码反之
    其实还有个办法,将byte的值写在xml当中,空格或者,分开,这样也可以将byte数据传入,不过这样更浪费空间,并且不易保存.

    另一个,比如http协议当中的key value字段,必须进行URLEncode 不然出现的等号可能使解析失败 空格也会使http请求解析出现问题,比如 请求行就是以空格来划分的 POST /guowuxin/hehe HTTP/1.1

    又比如有些文本协议不支持不可见字符的传递,只能用大于32的可见字符来传递信息(协议规定)

    https://www.zhihu.com/question/36306744/answer/71626823
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  • hi,大家好,我是开发者FTD。相信很多同学在工作中,经常会用到Base64编码,那大家知道为什么会有Base64...虽然我们在工作中使用最多的是Base64,但是Base家族可不止是只有Base64,除了Base64之外,Base家族还有Ba...

    hi,大家好,我是开发者FTD。相信很多同学在工作中,经常会用到Base64编码,那大家知道为什么会有Base64编码吗?我们为什么要使用它呢,它又是怎么实现的呢?下面就让我们来一起深入探究一下Base64编码吧。

    Base 家族

    在开始之前,我们先给大家介绍一下Base家族。虽然我们在工作中使用最多的是Base64,但是Base家族可不止是只有Base64,除了Base64之外,Base家族还有Base32和Base16。

    我们都知道ASCII 编码,ASCII 编码是用256(2的8次方)个字符,对二进制数据进行编码的方式,同样的

    Base64 编码是用64(2的6次方)个字符,对二进制数据进行编码的方式

    Base32 编码是用32(2的5次方)个字符,对二进制数据进行编码的方式

    Base16 编码是用16(2的4次方)个字符,对二进制数据进行编码的方式

    那Base家族有这么多编码形式,为什么偏偏使用Base64呢?

    Base64 编码是用64(2的6次方)个特定的ASCII字符来表示256(2的8次方)个ASCII字符,也就是说三个ASCII字符经过Base64编码后变为四个的ASCII字符显示(公约数为24),编码后数据长度比原来增加1/3,不足3n用“=”补足。

    Base32 编码就是用32(2的5次方)个特定的ASCII字符来表示256(2的8次方)个ASCII码,也就是说五个ASCII字符经过Base32编码后会变为八个ASCII字符显示(公约数为40),编码后数据长度比原来增加3/5,不足8n用“=”补足。

    Base16 编码就是用16(2的4次方)个特定的ASCII字符表示256(2的8次方)个ASCII字符,也就是说一个ASCII字符经过Base16编码后会变为两个ASCII字符显示,编码后数据长度比原来增加一倍,不足2n用“=”补足。

    从上面可以看出Base64编码后,长度增加是最少的,这也是我们选用Base64的一个重要原因。

    Base64 简介

    Base64顾名思义,就是基于64个可打印字符来表示二进制数据的一种方法,「注意它并不是一种加密算法」。对于64个打印字符,我们只需要6个二进制位就可以完全表示了。那么我们如何利用8个二进制位来表示只需要6个二进制位就可以完全表示的可打印字符呢?由于2的6次方等于64,所以我们可以将每6个位元为一个单元,对应某个可打印字符。三个字节有24个位元,对应于4个Base64单元,即3个字节需要用4个可打印字符来表示。

    Base64是从二进制数据到字符的过程。所以计算机中所有的内容,包括文本、图片、音频、视频等等都可以使用Base64编码来表示。

    Base64 编码原理

    Base64编码就是使用64个字符作为一个基本字符集:

    小写字母a-z、大写字母A-Z、数字0-9、符号”+”、”/”(再加上作为垫字的”=”,实际上是65个字符)

    然后,所有其他符号都根据一定规则转换成这个字符集中的字符。

    具体来说,Base64编码的转换方式可以分为以下四步:

    第一步,将每三个字节作为一组,一共是24个二进制位

    第二步,将这24个二进制位分为四组,每个组有6个二进制位

    第三步,在每组前面加两个00,扩展成32个二进制位,即四个字节

    第四步,根据下表,得到扩展后的每个字节的对应符号,这就是Base64的编码值

    Base64 编码的字符索引表如下所示:

    数值

    字符

    数值

    字符

    数值

    字符

    数值

    字符

    0

    A

    16

    Q

    32

    g

    48

    w

    1

    B

    17

    R

    33

    h

    49

    x

    2

    C

    18

    S

    34

    i

    50

    y

    3

    D

    19

    T

    35

    j

    51

    z

    4

    E

    20

    U

    36

    k

    52

    0

    5

    F

    21

    V

    37

    l

    53

    1

    6

    G

    22

    W

    38

    m

    54

    2

    7

    H

    23

    X

    39

    n

    55

    3

    8

    I

    24

    Y

    40

    o

    56

    4

    9

    J

    25

    Z

    41

    p

    57

    5

    10

    K

    26

    a

    42

    q

    58

    6

    11

    L

    27

    b

    43

    r

    59

    7

    12

    M

    28

    c

    44

    s

    60

    8

    13

    N

    29

    d

    45

    t

    61

    9

    14

    O

    30

    e

    46

    u

    62

    +

    15

    P

    31

    f

    47

    v

    63

    /

    有了这个字符索引表,我们就可以把任意的二进制转换成Base64的编码了,下面我们通过几个例子,给大家展示一下转换的过程。

    1,假设现在有字符串 「FTD」 需要转换成base64的编码格式

    0179b699868b9279fa3c88de9866116c.png

    base64

    第一步:“F”、“T”、”D” 字符对应的ASCII码值分别为70,84,68,对应的二进制值是01000110、01010100、01000100。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:将24位二进制按照每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:00010001、00100101、00010001、00000100。分别对应的值(Base64编码索引)为:17、37、17、4。

    第四步:用上面的值在Base64 字符索引表中进行查找,分别对应:R、I、R、E。

    因此字符串 “FTD” 经过Base64 编码之后就变为:RIRE 。

    2,上面的例子中的字符正好是三个字节,如果字节数不足三个时该如何处理呢?下面我们以 「F」 和 「FT」 分别举例说明如下:

    3b10e719dd30d6847618cc777d670c15.png

    base64-2

    如上表所示,由于字符F的二进制为01000110,按照每6位进行分组,此时只能分成一组,第二组缺少4位,如果位数不足时,用0补齐;第三组和第四组完全没有数据,则用**=「补上。因此,字符F经过Base64编码后得到的数值为」Rg==**。

    3,下面我们再看一下如果只有两个字符的情况:

    56f82479b3b96350981319c4a52dd9ac.png

    base64-3

    如上表所示,这个也属于位数不足,需要补位的情况。第一组和第二组按照正常的分组计算,第三组由于不足位数,最后两位补0,第四组完全没有数据,用**=「补上。因此,字符FT经过Base64编码后得到的数值为」RlQ=**。

    关于中文的Base64编码

    大家都知道中文编码有很多种,例如「GB2312、GBK、GB18030」,不同的汉字使用不同的编码格式进行编码后,它的二进制是不同的,所以在进行Base64编码后,他们的Base64编码的值也是不同的。这就要求我们在解码的时候需要注意原文的字符集格式,一定要保持一致才能正确解码。

    例如:

    中文 “【我是开发者FTD】公众号” UTF-8 格式的Base64 编码后的值是:44CQ5oiR5piv5byA5Y+R6ICFRlRE44CR5YWs5LyX5Y+3

    中文 “【我是开发者FTD】公众号” GB2312 格式的Base64 编码后的值是:ob7O0srHv6q3otXfRlREob+5q9bausU=

    Base64 是加密算法吗?

    Base64 主要不是用来加密的,它主要的用途是把一些二进制数转成普通字符用于网络传输,这是因为一些二进制字符在传输协议中属于控制字符,不能直接在网络上传输。另外,还有一些系统中只能使用ASCII字符。Base64 编码就是用来将非ASCII字符的数据转换成ASCII字符的一种方法。Base64 并不是安全领域下的加密解密算法,虽然有时候也会经常看到所谓的Base64加密解密算法。其实Base64只能算是一个编码算法,对数据内容进行编码来适合网络传输。虽然Base64编码过后原文也变成无法直接理解的字符格式,但是这种编码方式比较初级,很简单,很容易就可以被还原成原文,所以如果有比较重要的信息需要加密,一定要使用我们之前文章中介绍的那些加密算法进行数据的安全保护。

    Base64 编码实现

    Java语言中有多个库实现了Base64编码,不管哪一个库,最终的结果都是一样的。

    JDK 提供的 Base64 编码实现:

    public static String encode(String data){

    return Base64.getEncoder().encodeToString(data.getBytes());

    }

    public static String decode(String base64Data){

    return new String(Base64.getDecoder().decode(base64Data));

    }

    Bouncy Castle 提供的 Base64 编码实现:

    public static String encode(String data){

    return new String(Base64.encode(data.getBytes()));

    }

    public static String decode(String base64Data){

    return new String(Base64.decode(base64Data));

    }

    Commons Codec 提供的 Base64 编码实现:

    public static String encode(String data){

    return Base64.encodeBase64String(data.getBytes());

    }

    public static String decode(String base64Data){

    return new String(Base64.decodeBase64(base64Data));

    }

    下面让我们用Java语言的实现来验证一下,我们第二章节的推理是否正确吧,代码如下:

    public static void main(String[] args){

    String ftd = "FTD";

    String ft = "FT";

    String f = "F";

    System.out.println("FTD base64 编码:" + encode(ftd));

    System.out.println("FT base64 编码:" + encode(ft));

    System.out.println("F base64 编码:" + encode(f));

    }

    输出结果为:

    FTD base64 编码:RlRE

    FT base64 编码:RlQ=

    F base64 编码:Rg==

    可以看到,和我们分析所得的结果是完全一样的。

    总结

    Base64是我们在工作中经常用到,但是很少有人会深入研究一下它的实现原理,如果理解不当,甚至可能还会有人用它当做加解密用到业务系统关键位置,可能会引发比较严重的后果,相信大家看完上述的内容后,应该对Base64编码已经有了深刻的理解了吧。

    技术人,技术魂,每天肝一篇技术文,ヾ(◍°∇°◍)ノ゙哈哈~

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  • 一篇文章彻底弄懂Base64编码原理

    万次阅读 多人点赞 2018-08-16 07:42:09
    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...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,...

    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。

    在这里插入图片描述

    • 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?

    在这里插入图片描述

    • 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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  • javascript处理中文base64编码
  • Base64编码

    2018-01-23 10:35:57
    开发者对Base64编码肯定很熟悉,是否对它有很清晰的认识就不一定了。实际上Base64已经简单到不能再简单了,如果对它的理解还是模棱两可实在不应该。大概介绍一下Base64的相关内容,花几分钟时间就可以彻底理解它。...

           开发者对Base64编码肯定很熟悉,是否对它有很清晰的认识就不一定了。实际上Base64已经简单到不能再简单了,如果对它的理解还是模棱两可实在不应该。大概介绍一下Base64的相关内容,花几分钟时间就可以彻底理解它。文章下边贴了一个Base64的编解码器,方便阅读文章的同时来实验。

      一. Base64编码由来

      为什么会有Base64编码呢?因为有些网络传送渠道并不支持所有的字节,例如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

      二. Base64编码原理

      看一下Base64的索引表,字符选用了"A-Z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符。数值代表字符的索引,这个是标准Base64协议规定的,不能更改。64个字符用6个bit位就可以全部表示,一个字节有8个bit位,剩下两个bit就浪费掉了,这样就不得不牺牲一部分空间了。这里需要弄明白的就是一个Base64字符是8个bit,但是有效部分只有右边的6个bit,左边两个永远是0。

      那么怎么用6个有效bit来表示传统字符的8个bit呢?8和6的最小公倍数是24,也就是说3个传统字节可以由4个Base64字符来表示,保证有效位数是一样的,这样就多了1/3的字节数来弥补Base64只有6个有效bit的不足。你也可以说用两个Base64字符也能表示一个传统字符,但是采用最小公倍数的方案其实是最减少浪费的。结合下边的图比较容易理解。Man是三个字符,一共24个有效bit,只好用4个Base64字符来凑齐24个有效位。红框表示的是对应的Base64,6个有效位转化成相应的索引值再对应Base64字符表,查出"Man"对应的Base64字符是"TWFU"。说到这里有个原则不知道你发现了没有,要转换成Base64的最小单位就是三个字节,对一个字符串来说每次都是三个字节三个字节的转换,对应的是Base64的四个字节。这个搞清楚了其实就差不多了。

             

      但是转换到最后你发现不够三个字节了怎么办呢?愿望终于实现了,我们可以用两个Base64来表示一个字符或用三个Base64表示两个字符,像下图的A对应的第二个Base64的二进制位只有两个,把后边的四个补0就是了。所以A对应的Base64字符就是QQ。上边已经说过了,原则是Base64字符的最小单位是四个字符一组,那这才两个字符,后边补两个"="吧。其实不用"="也不耽误解码,之所以用"=",可能是考虑到多段编码后的Base64字符串拼起来也不会引起混淆。由此可见Base64字符串只可能最后出现一个或两个"=",中间是不可能出现"="的。下图中字符"BC"的编码过程也是一样的。

      三. 总结  

      说起Base64编码可能有些奇怪,因为大多数的编码都是由字符转化成二进制的过程,而从二进制转成字符的过程称为解码。而Base64的概念就恰好反了,由二进制转到字符称为编码,由字符到二进制称为解码。

      Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制等领域,还可以用来加密,但是这种加密比较简单,只是一眼看上去不知道什么内容罢了,当然也可以对Base64的字符序列进行定制来进行加密。

      Base64编码是从二进制到字符的过程,像一些中文字符用不同的编码转为二进制时,产生的二进制是不一样的,所以最终产生的Base64字符也不一样。例如"上网"对应utf-8格式的Base64编码是"5LiK572R",对应GB2312格式的Base64编码是"yc/N+A=="。

    在线Base64编码器

    文章转自:

    http://www.cnblogs.com/luguo3000/p/3940197.html

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