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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...

    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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  • Base64编码原理(纯手编码自己姓名)

    千次阅读 2019-03-27 09:17:26
    一、Base64原理 Base64中的64表示的是0-16 A-Z a-z 和+ / 一共64个字符 Base64是一种编码方式,而并非加密,这种编码因为采用的64种基础字符(可见字符)所以可以全世界通用,大家都认可这一套编码规范 为什么...

    一、Base64原理

    Base64中的64表示的是0-16 A-Z a-z 和+ / 一共64个字符

    Base64是一种编码方式,而并非加密,这种编码因为采用的64种基础字符(可见字符)所以可以全世界通用,大家都认可这一套编码规范

    为什么只需要64个字符就可以编码所有的世界上已知的字符 

    目前单字符占用最大字节数3个(特殊字符) 中文2个 英文1个

    一个字节8 bit

    一个最大的字符占3*8=24bit

    转化为二进制 最小00000000 最大11111111

    重点:而base64中对8位的二进制进行重新分组 

    3组8位二进制数-->4组6位二进制数

    这边编码方式  最小000000 最大111111 转换为10进制 0-63 一共64个数字

    结论:64个数据已经可以编码目前世界上最大字节的字符,所以64已经完全足够,而不需要更多

    二、编码步骤

    第一步:找到中文在操作系统中的字符编码表对应的十进制代码

    第二步:把十进制转化为二进制

    第三步:对二进制进行重新分组

    第四步:每一组的值转化为十进制

    第五步:在base64中找到对应的值即可

    三、实际操作

    将“谢文峰”三个汉字进行编码

    找到汉字对照编码表gb2312 http://www.knowsky.com/resource/gb2312tbl.htm

    谢  D0B0+B = 53435                                               文 CEC0 +4 = 52932

    峰 B7E0+5 = 47077

    将十进制转化为二进制

    1101000010111011  1100111011000100  1011011111100101

    将3*8 --> 4*6

    110100 001011 101111 001110 110001 001011 011111 100101

    转化为对应的十进制

    52 11 47 14 49 11 31 37

    在上图中的base64编码表中转化为对应的字符

    0 L v O x L f l

    四、测试

    注意编码格式要为gb2312,因为汉字对照编码表也是对应的gb2312

    之前写的utf-8 怎么核对都不对 ,后来发现用的是gb2312的汉字对照表

    package com.huajie.others;
    
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.junit.Test;
    
    import java.io.UnsupportedEncodingException;
    import java.util.Base64;
    
    @Slf4j
    public class Base64Test {
    
        @Test
        public void test() throws UnsupportedEncodingException {
            String name = "谢文峰";
            String encodeName = Base64.getEncoder().encodeToString(name.getBytes("gb2312"));
            log.info(encodeName);
    
            byte[] decode = Base64.getDecoder().decode(encodeName);
            log.info(new String(decode,"gb2312"));
        }
    
    }
    

    运行结果与手动编码一致

     

     

     

     

     

    展开全文
  • Base64编码原理解析与Java实现. 使用Java实现Base64编码原理,更容易理解,透过现象看本质哈 知识贵在积累。

    原文 http://blog.csdn.net/zdqdj1/article/details/51760412

    作者: SoyaDokio

    一、前言

            目前还在找工作,工作日时投投简历面面试,这周末难免就闲来无事了,那就只好看看慕课逛逛CSDN了,正巧看到一个关于Base64的课程《Java实现Base64加密》,点进去看看,完了发觉完全不是我想的那回事儿,人给的实现方式还不唯一,给了3个方法,但都是API,没有实现原理。而鉴于在下喜欢钻牛角尖,于是抱着试试的心态,查了官网RFC2045下载完整PDF),了解了下相关情况,这才有了本文。


    二、Base64是什么

            以下摘自Base64的维基百科

    ----------------------------------------------------------- ↓ 华丽分割线 ↓ -----------------------------------------------------------

           Base64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。由于2的6次方等于64,所以每6个比特为一个单元,对应某个可打印字符。三个字节有24个比特,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。它可用来作为电子邮件的传输编码。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而不同。一些如uuencode的其他编码方法,和之后binhex的版本使用不同的64字符集来代表6个二进制数字,但是它们不叫Base64。
           Base64常用于在通常处理文本数据的场合,表示、传输、存储一些二进制数据。包括MIME的email、在XML中存储复杂数据。

    ----------------------------------------------------------- ↑ 华丽分割线 ↑ -----------------------------------------------------------


    三、规则与原理


          原理

            以下摘自Base64的维基百科

    ----------------------------------------------------------- ↓ 华丽分割线 ↓ -----------------------------------------------------------

            在MIME格式的电子邮件中,base64可以用来将binary的字节序列数据编码成ASCII字符序列构成的文本。使用时,在传输编码方式中指定base64。使用的字符包括大小写字母各26个,加上10个数字,和加号“+”,斜杠“/”,一共64个字符,等号“=”用来作为后缀用途。

            完整的base64定义可见RFC1421和RFC2045。编码后的数据比原始数据略长,为原来的4/3。在电子邮件中,根据RFC822规定,每76个字符,还需要加上一个回车换行。可以估算编码后数据长度大约为原长的135.1%。

            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,于缓冲器中剩下的bit用0补足。然后,每次取出6(因为2^6=64)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。

            当原数据长度不是3的整数倍时,如果最后剩下一个输入数据,在编码结果后加2个“=”;如果最后剩下两个输入数据,编码结果后加1个“=”;如果没有剩下任何数据,就什么都不要加,这样才可以保证数据还原的正确性。

    ----------------------------------------------------------- ↑ 华丽分割线 ↑ -----------------------------------------------------------

           上面提到编码后的数据长度约为原长的135.1%,算式为:1*(4/3)*((76+1)/76)≈1.351

            鉴于很多朋友不爱看大片枯燥文字,在下以个人理解将之总结为以下3点:

            将原始数据以先后顺序每3个字节分成一组*。在每一组中,把3个8bit的字节(3*8=24)按高低位顺序分为每段6bit的4段(4*6=24),将每段转为十进制得到0~63之间的数,以之为索引在Base64编码表中对照得到4个密文。重复以上操作。
           *若最后一组不足3个字节,则在其二进制位的低位上用尽量少的“0”补位,使二进制位的个数为6的倍数。

            ②密文每76个字符数据后加一个换行符*
           
    *注意这里的换行符指CRLF(\r\n),而不是LF(\n),为什么?请看RFC2045下载完整PDF)。

            若原始数据字节长度除以3余1,则在输出数据末尾加2个“=”,若原始数据长度除以3余2,则在输出数据末尾加1个“=”


          规则

            1.ASCII编码表:

            2.Base64编码表


    四、实例

            我们还是来看下面这3个例子比较直观(例子下载)。

            例子1、假设我们的明文为“Base64”(数据长度为6,正好是3的倍数),则其编码计算方式如下:


            例子2、假设我们的明文为“test”(数据长度为44%3=1),则其编码计算方式如下:



            例子3、假设我们的明文为“JiaMi”(数据长度为55%3=2),则其编码计算方式如下:



    五、编程思路

            思路什么的,我觉得就不必要写了,代码里注释得很充分了。


    六、代码

    package com.dokio.base64;
    
    public class Base64 {
    	
    	//Constructor
    	public Base64() {
    		
    	}
    	
    	private static String base64Code= "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
    	
    	public static String encode(String srcStr) {
    		//有效值检查
    		if(srcStr == null || srcStr.length() == 0) {
    			return srcStr;
    		}
    		//将明文的ASCII码转为二进制位字串
    		char[] srcStrCh= srcStr.toCharArray();
    		StringBuilder asciiBinStrB= new StringBuilder();
    		String asciiBin= null;
    		for(int i= 0; i< srcStrCh.length; i++) {
    			asciiBin= Integer.toBinaryString((int)srcStrCh[i]);
    			while(asciiBin.length()< 8) {
    				asciiBin= "0"+ asciiBin;
    			}
    			asciiBinStrB.append(asciiBin);
    		}
    		//跟据明文长度在二进制位字串尾部补“0”
    		while(asciiBinStrB.length()% 6!= 0) {
    			asciiBinStrB.append("0");
    		}
    		String asciiBinStr= String.valueOf(asciiBinStrB);
    		//将上面得到的二进制位字串转为Value,再跟据Base64编码表将之转为Encoding
    		char[] codeCh= new char[asciiBinStr.length()/ 6];
    		int index= 0;
    		for(int i= 0; i< codeCh.length; i++) {
    			index= Integer.parseInt(asciiBinStr.substring(0, 6), 2);
    			asciiBinStr= asciiBinStr.substring(6);
    			codeCh[i]= base64Code.charAt(index);
    		}
    		StringBuilder code= new StringBuilder(String.valueOf(codeCh));
    		//跟据需要在尾部添加“=”
    		if(srcStr.length()% 3 == 1) {
    			code.append("==");
    		} else if(srcStr.length()% 3 == 2) {
    			code.append("=");
    		}
    		//每76个字符加一个回车换行符(CRLF)
    		int i= 76;
    		while(i< code.length()) {
    			code.insert(i, "\r\n");
    			i+= 76;
    		}
    		code.append("\r\n");
    		return String.valueOf(code);
    	}
    	
    	public static String decode(String srcStr) {
    		//有效值检查
    		if(srcStr == null || srcStr.length() == 0) {
    			return srcStr;
    		}
    		//检测密文中“=”的个数后将之删除,同时删除换行符
    		int eqCounter= 0;
    		if(srcStr.endsWith("==")) {
    			eqCounter= 2;
    		} else if(srcStr.endsWith("=")) {
    			eqCounter= 1;
    		}
    		srcStr= srcStr.replaceAll("=", "");
    		srcStr= srcStr.replaceAll("\r\n", "");
    		//跟据Base64编码表将密文(Encoding)转为对应Value,然后转为二进制位字串
    		char[] srcStrCh= srcStr.toCharArray();
    		StringBuilder indexBinStr= new StringBuilder();
    		String indexBin= null;
    		for(int i= 0; i< srcStrCh.length; i++) {
    			indexBin= Integer.toBinaryString(base64Code.indexOf((int)srcStrCh[i]));
    			while(indexBin.length()< 6) {
    				indexBin= "0"+ indexBin;
    			}
    			indexBinStr.append(indexBin);
    		}
    		//删除因编码而在尾部补位的“0”后得到明文的ASCII码的二进制位字串
    		if(eqCounter == 1) {
    			indexBinStr.delete(indexBinStr.length()- 2, indexBinStr.length());
    		} else if(eqCounter == 2) {
    			indexBinStr.delete(indexBinStr.length()- 4, indexBinStr.length());
    		}
    		String asciiBinStr= String.valueOf(indexBinStr);
    		//将上面得到的二进制位字串分隔成字节后还原成明文
    		String asciiBin= null;
    		char[] ascii= new char[asciiBinStr.length()/ 8];
    		for(int i= 0; i< ascii.length; i++) {
    			asciiBin= asciiBinStr.substring(0, 8);
    			asciiBinStr= asciiBinStr.substring(8);
    			ascii[i]= (char)Integer.parseInt(asciiBin, 2);
    		}
    		return String.valueOf(ascii);
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.print(encode("I like your long long shadow.It just seems you are unhappy to say goodbye to me."));
    		System.out.print("\n------\n");
    		System.out.print(decode("SSBsaWtlIHlvdXIgbG9uZyBsb25nIHNoYWRvdy5JdCBqdXN0IHNlZW1zIHlvdSBhcmUgdW5oYXBweSB0byBzYXkgZ29vZGJ5ZSB0byBtZS4="));
    		System.out.print("\n------\n");
    		System.out.print(decode(encode("I like your long long shadow.It just seems you are unhappy to say goodbye to me.")));
    	}
    	
    }
    

    展开全文
  • Base64编码原理分析

    2021-04-24 11:27:10
    文章目录一、认识(一)认识(二)计算(1)规则(2)示例(3)Base64编码转换表二、网页图片转base64编码分析(一)Data URI(二)图片转Base64分析(1)认识(2)图片使用base64编码优点 一、认识 (一)认识 Base...

    一、认识

    (一)认识

    Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一,Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。Base64编码是从二进制到字符的过程,可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。采用Base64编码具有不可读性,需要解码后才能阅读。

    (二)计算

    (1)规则

    Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节(38 = 46 = 24),然后把6Bit再添两位高位0,组成四个8Bit的字节,也就是说,转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。

    【具体规则】
    1:每三个字节一组,把3个字节变成4个字节
    2:每76字节加一个换行符
    3:最后的结束符也要处理

    (2)示例

    在这里插入图片描述

    【1】现有3个8位的二进制编码
    【2】3个8位的二进制编码一组,然后每6位转换成1个新的字节,然后高位补俩个0,最终3个字节变成4个字节
    【3】将转换后的二进制转换为十进制表示,然后以转换后的十进制数为索引到Base64编码转换表中查询,根据上述的十进制索引数最终映射为rbp2
    在这里插入图片描述

    【百科详细描述参考】
    1:源第一字节右移两位,去掉低2位,高2位补零,即:00 + 高6位
    2:第一个字节高6位去掉然后左移四位,第二个字节右移四位,即:源第一字节低2位 + 源第2字节高4位
    3:第三个字节,根据源字节的第二个字节和第三个字节联合处理,第二个字节去掉高4位并左移两位(得高6位),第三个字节右移6位并去掉高6位(得低2位),相加即可,第四个字节,源第三字节去掉高2位即可

    说明:
    原文的字节数量应该是3的倍数,如果这个条件不能满足的话,具体的解决办法是这样的:原文剩余的字节根据编码规则继续单独转(1变2,2变3;不够的位数用0补全),再用=号补满4个字节。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因,但等号最多只有两个。因为一个原字节至少会变成两个目标字节,所以余数任何情况下都只可能是0,1,2这三个数中的一个。如果余数是0的话,就表示原文字节数正好是3的倍数(最理想的情况)。如果是1的话,转成2个Base64编码字符,为了让Base64编码是4的倍数,就要补2个等号;同理,如果是2的话,就要补1个等号。

    (3)Base64编码转换表

    在这里插入图片描述

    二、网页图片转base64编码分析

    (一)Data URI

    DATA-URI 是指可以在Web 页面中包含图片但无需任何额外的HTTP 请求的一类URI.
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    尽管低版本的Internet Explorer 浏览器目前还不支持这种方式,但它能给其他浏览器带来的节省值得关注。
    大多数情况下DATA-URI 用户内联图片,但它可以用在任何需要指定URL 的地方,包括script 标签和a 标签。
    DATA-URI 模式的主要缺陷是不受IE 浏览器的支持,另一个缺陷是可能存在数据大小上的限制。另外base64[8]编码在不启用GZIP[9]压缩时会明显增加图片的大小,因此整体下载量会增加
    目前,Data URI scheme支持的类型有:

      data:,文本数据
      data:text/plain,文本数据
      data:text/html,HTML代码
      data:text/html;base64,base64编码的HTML代码
      data:text/css,CSS代码
      data:text/css;base64,base64编码的CSS代码
      data:text/javascript,Javascript代码
      data:text/javascript;base64,base64编码的Javascript代码
      data:image/gif;base64,base64编码的gif图片数据
      data:image/png;base64,base64编码的png图片数据
      data:image/jpeg;base64,base64编码的jpeg图片数据
      data:image/x-icon;base64,base64编码的icon图片数据
    

    (二)图片转Base64分析

    (1)认识

    图片的本质就是每个像素点都是一个数字,该数字表示颜色,然后把很多很多像素点的数字拼到一起,就是图像
    图像转base64,就是把图像的直方图所有数字转成base64编码,进而base64也能转换回图像

    在web开发中,使用base64编码的图片和超链接方式的代码分别如下:

     <img src="data:image/gif;base64,aaaaas==" />
    <img src="http://XXX.png" />
    
    

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    这就是所谓的Data URI scheme。Data URI scheme是在RFC2397中定义的,目的是将一些小的数据,直接嵌入到网页中,从而不用再从外部文件载入。比如上面那串字符,其实是一张小图片,可以直接通过浏览器地址访问该Base64编码后的图片
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    在上面的Data URI中,data表示取得数据的协定名称,image/png 是数据类型名称,base64 是数据的编码方法,逗号后面就是这个image/png文件base64编码后的数据。

    (2)图片使用base64编码优点

    使用Base64编码可以减少HTTP请求书,一般通过< img src=“http://XXX.png” />需要单独请求服务器获取图片信息,但是base64编码就可以马上恢复成图片,相当于在本地存储了图片信息,不用去http请求,故而减少了请求数,提高了网站性能。

    我们可以将图片转成base64编码,然后直接写在html页面或者css里面,这样在加载页面或者css的时候就可以直接将图片加载过去,这样也省去了设置图片背景偏移量带来的浏览器兼容性问题。
    Base64字符串的长度是根据文件大小决定的,对于较大的图片不建议使用这种方式,会产生非常长的字符串,对于一些小的图标图片二维码等等可以使用这种方式,可以放在IMG里也可以放入到CSS中

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