Base64 的原理、實現及應用

Natumsol發表於2016-04-06
原文網址 : http://web.jobbole.com/83294/

一、Base64編碼原理

Base64編碼是基於64個字元A-Z,a-z，0-9，+，/的編碼方式，因為2的6次方正好為64，所以就用6bit就可以表示出64個字元，eg:000000對應A，000001對應B。

**BASE64 的編碼原理：**都是按字串長度，以每 3 個 字元（1Byte=8bit）為一組，然後針對每組，首先獲取每個字元的 ASCII 編碼(字元'a'=97=01100001)，然後將 ASCII 編碼轉換成 8 bit 的二進位制，得到一組 3 * 8=24 bit 的位元組。然後再將這 24 bit 劃分為 4 個 6 bit 的位元組，並在每個 6 bit 的位元組前面都填兩個高位 0，得到 4 個 8 bit 的位元組，然後將這 4 個 8 bit 的位元組轉換成十進位制，對照 BASE64 編碼表 （下表），得到對應編碼後的字元。

image

注：1. 要求被編碼字元是8bit的，所以須在ASCII編碼範圍內，\u0000-\u00ff，中文就不行。   2. 如果被編碼字元長度不是3的倍數的時候，則都用0代替，對應的輸出字元為“=”

Base64編碼本質上是一種將二進位制資料轉成文字資料的方案。對於非二進位制資料，是先將其轉換成二進位制形式，然後每連續6位元（2的6次方=64）計算其十進位制值，根據該值在A--Z,a--z,0--9,+,/ 這64個字元中找到對應的字元，最終得到一個文字字串。基本規則如下幾點：

  1. 標準Base64只有64個字元（英文大小寫、數字和+、/）以及用作字尾等號；
  2. Base64是把3個位元組變成4個可列印字元，所以Base64編碼後的字串一定能被4整除（不算用作字尾的等號）；
  3. 等號一定用作字尾，且數目一定是0個、1個或2個。這是因為如果原文長度不能被3整除，Base64要在後面新增\0湊齊3n位。為了正確還原，新增了幾個\0就加上幾個等號。顯然新增等號的數目只能是0、1或2；
  4. 嚴格來說Base64不能算是一種加密，只能說是編碼轉換。

二、Base64解碼原理

解碼原理是將4個位元組轉換成3個位元組.先讀入4個6位(用或運算),每次左移6位,再右移3次,每次8位，這樣就還原了。

三、Base64編碼字串例項

1、字元長度為能被3整除時：比如“Tom” ：

Base64 的原理、實現及應用
所以，“Tom”的 BASE64 編碼結果為 VG9t。

2、字串長度不能被3整除時，比如“Lucy”：

Base64 的原理、實現及應用
因為4個Base編碼為一組，最後再補上'='補齊，即：THVjeQ==

四、Base64編碼的應用

  1. 實現簡單的資料加密，使使用者一眼望去完全看不出真實資料內容，base64演算法的複雜程度要小，效率要高相對較高。

  2. Base64編碼的主要的作用不在於安全性，而在於讓內容能在各個閘道器間無錯的傳輸，這才是Base64編碼的核心作用。

  3. 在計算機中任何資料都是按ascii碼儲存的，而ascii碼的128～255之間的值是不可見字元。而在網路上交換資料時，比如說從A地傳到B地，往往要經過多個路由裝置，由於不同的裝置對字元的處理方式有一些不同，這樣那些不可見字元就有可能被處理錯誤，這是不利於傳輸的。所以就先把資料先做一個Base64編碼，統統變成可見字元，這樣出錯的可能性就大降低了。

  4. Base64 編碼在URL中的應用：

    Base64編碼可用於在HTTP環境下傳遞較長的標識資訊。例如，在Java持久化系統Hibernate中，就採用了Base64來將一個較長的唯一識別符號（一般為128-bit的UUID）編碼為一個字串，用作HTTP表單和HTTP GET URL中的引數。在其他應用程式中，也常常需要把二進位制資料編碼為適合放在URL（包括隱藏表單域）中的形式。此時，採用Base64編碼不僅比較簡短，同時也具有不可讀性，即所編碼的資料不會被人用肉眼所直接看到。

    然而，標準的Base64並不適合直接放在URL裡傳輸，因為URL編碼器會把標準Base64中的“/”和“+”字元變為形如“%XX”的形式，而這些“%”號在存入資料庫時還需要再進行轉換，因為ANSI SQL中已將“%”號用作萬用字元。

    （1）為解決此問題，可採用一種用於URL的改進Base64編碼，它不在末尾填充'='號，並將標準Base64中的“+”和“/”分別改成了“-”和“”，這樣就免去了在URL編解碼和資料庫儲存時所要作的轉換，避免了編碼資訊長度在此過程中的增加，並統一了資料庫、表單等處物件識別符號的格式。 （2）另有一種用於正規表示式的改進Base64變種，它將“+”和“/”改成了“!”和“-”，因為“+”，“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正規表示式中都可能具有特殊含義。 此外還有一些變種，它們將“+/”改為“-”或“.”（用作程式語言中的識別符號名稱）或“.-”（用於XML中的Nmtoken）甚至“:”（用於XML中的Name）。

    很多下載類網站都提供“迅雷下載”的連結，其地址通常是加密的迅雷專用下載地址。   如thunder://QUFodHRwOi8vd3d3LmJhaWR1LmNvbS9pbWcvc3NsbTFfbG9nby5naWZaWg==   其實迅雷的“專用地址”也是用Base64加密的，其加密過程如下：

    •   一、在地址的前後分別新增AA和ZZ

    如www.baidu.com/img/sslm1_logo.gif變成 AAwww.baidu.com/img/sslm1_l…

    •   二、對新的字串進行Base64編碼

    如AAwww.baidu.com/img/sslm1_logo.gifZZ用Base64編碼得到QUFodHRwOi8vd3d3LmJhaWR1LmNvbS9pbWcvc3NsbTFfbG9nby5naWZaWg==

    •   三、在上面得到的字串前加上“thunder://”就成了

    thunder://QUFodHRwOi8vd3d3LmJhaWR1LmNvbS9pbWcvc3NsbTFfbG9nby5naWZaWg==

五、Base64具體實現

1. 對字串進行Base64編碼

//對字串進行Base64編碼
    public void base64Encode(View view) {
        String str = "a";
        stringBase64 = Base64.encodeToString(str.getBytes(), Base64.NO_PADDING);
        
        test.setText("a 的Base64編碼為："+stringBase64);
    }
複製程式碼

2. 對字串進行Base64解碼

//對字串進行Base64解碼
    public void base64Decode(View view) {
        byte[] decode = Base64.decode(stringBase64, Base64.DEFAULT);
        String string = new String(decode);
        
        test.setText("base64解碼為："+string);
    }
複製程式碼

3. 對檔案進行Base64編碼

File file = new File("/storage/emulated/0/pimsecure_debug.txt");
FileInputStream inputFile = null;
try {
    inputFile = new FileInputStream(file);
    byte[] buffer = new byte[(int) file.length()];
    inputFile.read(buffer);
    inputFile.close();
    encodedString = Base64.encodeToString(buffer, Base64.DEFAULT);
    Log.e("Base64", "Base64---->" + encodedString);
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
複製程式碼

4. 對檔案進行Base64編碼

File desFile = new File("/storage/emulated/0/pimsecure_debug_1.txt");
FileOutputStream  fos = null;
try {
    byte[] decodeBytes = Base64.decode(encodedString.getBytes(), Base64.DEFAULT);
    fos = new FileOutputStream(desFile);
    fos.write(decodeBytes);
    fos.close();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
複製程式碼

5. 針對Base64.DEFAULT引數說明

無論是編碼還是解碼都會有一個引數Flags，Android提供了以下幾種

  1. DEFAULT 這個引數是預設，使用預設的方法來加密

    對“a”進行Base64編碼結果為：YQ==，並且編碼後出現換行符

  2. NO_PADDING 這個引數是略去加密字串最後的”=”

    對“a”進行Base64編碼結果為：YQ

  3. NO_WRAP 這個引數意思是略去所有的換行符（設定後CRLF就沒用了）

    對“a”進行Base64編碼結果為：YQ==，並且編碼後不出現換行符

  4. CRLF 這個引數看起來比較眼熟，它就是Win風格的換行符，意思就是使用CR LF這一對作為一行的結尾而不是Unix風格的LF

  5. URL_SAFE 這個引數意思是加密時不使用對URL和檔名有特殊意義的字元來作為加密字元，具體就是以-和_取代+和/

    對“a”進行Base64編碼結果為：YQ==，並且編碼後出現換行符

注意：BASE64Encoder每編碼76個字元後，都會在後面加上一個回車換行。所以當超過76個字元的字串被編碼後，再解碼時會提示RuntimeError；如果除去編碼後出現的所有換行符，如使用Base64.NO_WRAP，則字串能正常解碼。
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