【Java小工匠】密碼學--base64編碼

1、Base64 概述

1.1 什麼是Base64編碼

  可以將任意的位元組陣列資料，通過演算法，生成只有（大小寫英文、數字、+、/）（一共64個字元）內容表示的字串資料。即將任意的內容轉換為可見的字串形式。

1.2、Base64 編碼表

1.3、Base64 演算法由來

以前傳送郵件只支援可見字元的傳送。由此，需要有一個方法將不可見的字元轉換為可見的字元，便產生了Base64編碼演算法。

1.4、Base64 與 加密關係

（1）Base 64不是加密演算法，是一種編碼解碼演算法，通過Base64編碼的資料，可以解碼回來。
（2） 如果把Base64 一定要把Base64 理解為加密演算法的話，Base64 是公佈金鑰的加密演算法。加密原則：公佈演算法，但是不公佈金鑰

2、Base64 編碼演算法

2.1 編碼規則

（1）將資料按照 3個位元組一組的形式進行處理，每三個位元組在編碼之後被轉換為4個位元組。（即：如果一個資料有6個位元組，可編碼後將包含6/3*4=8個位元組）
（2）當資料的長度無法滿足3的倍數的情況下，最後的資料需要進行填充操作，即補“=” ，這裡“=”是填充字元，不要理解為第65個字元

2.2 編碼過程

（1） 將原始資料3個一組，按位進行分割為 每6位一個位元組的形式，進行轉換，形成新的4個位元組。這四個位元組才通過Base64編碼表進行對映，形成最後實際的Base64編碼結果。
（2）如果原始資料最後無法湊成3個位元組，則補填充，以“=”作為替換，代表沒有資料。

3、Base64 演算法應用

（1） Base64 JSON 二進位制資料
伺服器給客戶端在JSON中傳遞二進位制資料
（2） Base64 圖片編碼
部分小圖片使用Base64進行儲存。
（3）Base64 在URL中的應用
Base64 在URL編碼應用時，由於'+' 和 '-' 會被瀏覽器進行轉義，因此使用'-','_' 替換，在common codec的實現用，有將提供相應的方法。
（4）Base64編碼字元顯示回車換行
Base64編碼，內容非常多時，common codec實現中，可以在生成Base64字串是，長多超過指定字串（預設76個字串）在生成的Base64字串中加入換行符（預設'\r\n'）

4、演算法實現

4.1 JDK 實現

package lzf.cipher.jdk;

import java.util.Base64;

/**
 * @author Java小工匠
 */
public class JdkBase64Utils {

    // base64 編碼
    public static String base64Encoder(byte[] bytes) {
        return Base64.getEncoder().encodeToString(bytes);
    }

    // base64 解碼
    public static byte[] base64Decode(byte[] src) {
        return Base64.getDecoder().decode(src);
    }

    // base64 解碼
    public static String base64DecodeToStr(byte[] src) {
        return new String(base64Decode(src));
    }

    public static void main(String[] args) {
        String base64 = base64Encoder("java小工匠".getBytes());
        System.out.println("編碼:" + base64);
        String str = base64DecodeToStr(base64.getBytes());
        System.out.println("解碼:" + str);
    }
}

4.2 CC 實現

package lzf.cipher.cc;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.codec.binary.StringUtils;

/**
 * @author Java小工匠
 */
public class CCBase64Utils {
    // base64 編碼
    public static String base64Encoder(byte[] bytes) {
        return Base64.encodeBase64String(bytes);
    }

    // base64 解碼
    public static byte[] base64Decode(byte[] src) {
        return Base64.decodeBase64(src);
    }

    // base64 解碼
    public static String base64DecodeToStr(byte[] src) {
        return new String(base64Decode(src));
    }

    // CC base64編碼，編碼長度超過76個字元,新增\r\n 字元進行換行
    public static String base64EncodeToChunkedStr(byte[] data) {
        byte[] bytes = Base64.encodeBase64(data, true);
        return StringUtils.newStringUsAscii(bytes);
    }

    // 使用'-' 和 '_' 下劃線替換Base64 編碼中的 '+' 和 '/',解決 URL傳輸問題
    public static String base64EncodeToURLSafeString(byte[] data) {
        return Base64.encodeBase64URLSafeString(data);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String base64 = base64Encoder("java小工匠".getBytes());
        System.out.println("編碼:" + base64);
        String str = base64DecodeToStr(base64.getBytes());
        System.out.println("解碼:" + str);
        String strNewLine = "如果base64超過76個字元,Base64編碼就會產生換行,預設新增\r\n符號！";
        String ccBase64Chunked = base64EncodeToChunkedStr(strNewLine.getBytes());
        System.out.println(ccBase64Chunked);
        System.out.println("========================");
        String strUrl = "URLBase64編碼,使用'-'和'_'替換'+'和'/'";
        String ccBBase64Url = base64EncodeToURLSafeString(strUrl.getBytes());
        System.out.println(ccBBase64Url);
    }
}

4.3 BC 實現

package lzf.cipher.bc;

import org.bouncycastle.util.encoders.Base64;

/**
 * @author Java小工匠
 */
public class BCBase64Utils {

    // base64 編碼
    public static String base64Encoder(byte[] bytes) {
        return Base64.toBase64String(bytes);
    }

    // base64 解碼
    public static byte[] base64Decode(byte[] src) {
        return Base64.decode(src);
    }

    // base64 解碼
    public static String base64DecodeToStr(byte[] src) {
        return new String(base64Decode(src));
    }

    public static void main(String[] args) {
        String base64 = base64Encoder("java小工匠".getBytes());
        System.out.println("編碼:" + base64);
        String str = base64DecodeToStr(base64.getBytes());
        System.out.println("解碼:" + str);
    }
}

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