Base64编码

Base64 是一种将2进制数据编码为 ASCII 字符的编码方式。它主要用于在文本环境中传输或存储二进制数据，例如在电子邮件、URL 或 JSON 中传输文件或图像数据。Base64 编码后的数据由 64 个字符（A-Z, a-z, 0-9, '+', '/'）组成，并且可能包含填充字符 =。

Base64是一种“二进制转换到文本”的编码方式，它能够将任意二进制数据转换为ASCII字符串的形式，以便在只支持文本的环境中也能够顺利地传输二进制数据。

（1）base64编码：把二进制数据转为字符；

（2）base64解码：把字符转为二进制数据；

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Base64 编码的原理

1. 输入数据分组：

   • 将二进制数据按每 3 个字节（24 位）分为一组。

   • 如果最后一组不足 3 个字节，则用 0 填充。

2. 转换为 6 位单位：

   • 将 24 位数据分为 4 个 6 位的单位。

   • 每个 6 位的单位可以表示 0 到 63 的数值。

3. 映射到 Base64 字符表：

   • 将每个 6 位的数值映射到 Base64 字符表中的对应字符。

   • Base64 字符表为：A-Z, a-z, 0-9, '+', '/'。

4. 填充字符：

   • 如果最后一组不足 3 个字节，编码后会少 1 或 2 个字符，此时用 = 填充。

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Base64 编码示例

假设输入数据为 Man（ASCII 值为 77 97 110）：

1. 二进制表示：

   M (77) -> 01001101
   a (97) -> 01100001
   n (110) -> 01101110

2. 合并为 24 位：

   01001101 01100001 01101110

3. 分为 4 个 6 位单位：

   010011 010110 000101 101110

4. 转换为十进制：

   19 22 5 46

5. 映射到 Base64 字符表：

   19 -> T
   22 -> W
   5 -> F
   46 -> u

6. 编码结果：

   TWFu

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Base64 填充示例

如果输入数据为 Ma（ASCII 值为 77 97）：

1. 二进制表示：

   M (77) -> 01001101
   a (97) -> 01100001

2. 合并为 16 位（不足 24 位，填充 0）：

   01001101 01100001 00000000

3. 分为 4 个 6 位单位：

   010011 010110 000100 000000

4. 转换为十进制：

   19 22 4 0

5. 映射到 Base64 字符表：

   19 -> T
   22 -> W
   4 -> E
   0 -> A

6. 填充 =：

   因为原始数据只有 2 字节，所以需要填充 1 个 =。

7. 编码结果：

   TWE=

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Base64 字符表

索引	字符	索引	字符	索引	字符	索引	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	/

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Base64 的应用场景

1. 数据传输：

   • 在 HTTP 请求中传输二进制数据（如图片、文件）。

   • 在 JSON 中嵌入二进制数据。

2. 数据存储：

   • 将二进制数据存储为文本格式（如数据库中的 BLOB 字段）。

3. URL 安全：

   • 使用 URL 安全的 Base64 变种（将 + 和 / 替换为 - 和 _）。

4. 电子邮件：

   • 在电子邮件中传输附件。

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Base64 的优缺点

优点：

• 将二进制数据转换为文本格式，便于在文本环境中传输和存储。

• 编码和解码算法简单，易于实现。

缺点：

• 编码后的数据比原始数据大 33%（每 3 字节编码为 4 字符）。

• 不适合加密敏感数据，因为 Base64 不是加密算法。

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Java 中的 Base64 实现

Java 提供了内置的 Base64 工具类（java.util.Base64），可以方便地进行编码和解码：

import java.util.Base64;

public class Base64Example {
    public static void main(String[] args) {
        String original = "Hello, World!";
        
        // 编码
        String encoded = Base64.getEncoder().encodeToString(original.getBytes());
        System.out.println("Encoded: " + encoded); // SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==
        
        // 解码
        byte[] decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(encoded);
        String decoded = new String(decodedBytes);
        System.out.println("Decoded: " + decoded); // Hello, World!
    }
}

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总结

Base64 是一种常用的编码方式，适用于在文本环境中传输或存储二进制数据。它的核心思想是将二进制数据转换为 ASCII 字符，并通过填充字符 = 处理不足 3 字节的情况。